EP2780591A2 - Axialkolbenmaschine mit veränderbarem schluckvolumen und hydraulikantriebsstrang mit einer axialkolbenmaschine - Google Patents

Axialkolbenmaschine mit veränderbarem schluckvolumen und hydraulikantriebsstrang mit einer axialkolbenmaschine

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Publication number
EP2780591A2
EP2780591A2 EP12790817.6A EP12790817A EP2780591A2 EP 2780591 A2 EP2780591 A2 EP 2780591A2 EP 12790817 A EP12790817 A EP 12790817A EP 2780591 A2 EP2780591 A2 EP 2780591A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial piston
piston machine
pivoting
piston
adjusting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12790817.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Mark
David Breuer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2780591A2 publication Critical patent/EP2780591A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26—Control
    • F04B1/30—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
    • F04B1/32—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block

Definitions

  • the invention relates to axial piston machines for the pump and / or
  • Hydraulic drive train with an axial piston machine according to the invention.
  • Axial piston machines are used in principle for the conversion of hydraulic into mechanical work, or vice versa. They are accordingly operated as a motor and / or as a pump or as a hydraulic transmission and are used in a wide variety of applications.
  • An area of application for axial piston machines is, for example, in
  • Hydraulic hybrid powertrain In a serial hydraulic hybrid powertrain, as disclosed, for example, in German Patent Application No. 10201 1005356.5, which is not previously published, there is at least one
  • Hydraulic displacement machine for example, connected in series with an internal combustion engine.
  • the hydraulic displacement machine can as
  • Axial piston machine or hydraulic pump or operated as a hydraulic motor.
  • Torque is required. For example, when starting. In existing axial piston machines, an increase in the torque is possible by increasing the hydraulic pressure, which has the disadvantage that the machine must be designed for a higher pressure, or the speed of the axial piston machine must be increased, but this is not useful for every operating condition , especially when starting off. Furthermore, can
  • axial piston machines with increased pivot angle have a large projection length of the pistons from the associated cylinder. This lowers the efficiency in part-load operation of the machine, since the ratio between the projection length and the guide length in the cylinder is decisive for the efficiency.
  • the guide length can not be increased arbitrarily, due to space and viscous losses.
  • the invention is based on the object to provide a higher torque on the axial piston machine.
  • an axial piston machine with housing for pump and / or motor operation with variably adjustable displacement
  • pivotable pivoting cradle having at least one surface and the axial piston machine has a rotatably arranged on an axis piston drum with piston arranged in the piston drum, wherein the piston on the surface of the
  • Swivel cradle lie so that between the piston and the
  • the invention is characterized by a second adjusting device of the axial piston machine, which is movable such that the displacement of the axial piston machine in addition to variably adjustable by the first adjusting device
  • Suction volume is changeable.
  • Adjustment device predetermined maximum displacement and the resulting torque can be achieved. This is normal, or
  • Efficiency ratio of the axial piston machine to lie In certain operating conditions, such as when starting a motor vehicle with a hydraulic hybrid powertrain, it may be necessary for the axial piston engine to provide excessive torque.
  • a second adjusting device is movable such that the absorption volume of the axial piston machine can be changed in addition to the intake volume which can be variably adjusted by the first adjusting device.
  • the axial piston machine according to the invention has the advantage that it offers the advantages of a conventional axial piston machine in standard operation, such as good efficiency, and flexibly and temporarily delivers a required higher torque in special operation, without
  • the axial piston machine can thus be designed so that in
  • the second adjusting device can be controlled, for example via a higher-level control, in particular motor control.
  • the axial piston machine may further be designed so that the surface of the pivoting cradle and / or that a support for the pivoting cradle by the second adjusting device is movable. This leads to a Hubver handledrung in the overhead piston and thus to an increase in the
  • the projecting length of the pistons is thus increased in order to increase the volume of swallowing without the guide length having to be significantly increased.
  • the Auskragin can be designed to the necessary length for the special operation, for example, the operating time when starting a motor vehicle to the total operating time is relatively low, so that the device is compact and can be manufactured material and cost.
  • the second adjusting device can be designed so that it moves the support of the pivoting cradle, or the pivoting cradle via a linear guide, or that they the surface of the pivoting cradle via an additional
  • a first embodiment of the invention is characterized in that the support is arranged in the piston drum and the piston drum or the support by the second adjusting device is axially movable.
  • Support is, for example, an axial ball bearing that is pressed directly into the piston drum or shrunk or shrunk.
  • the support may for example also be indirectly connected to the piston drum, preferably in a holder which is firmly connected to the piston drum.
  • the axially displaceable support can be arranged to be movable directly in the piston drum by the second adjusting device, or via a holder which is movable in the piston drum via the second adjusting device.
  • the second adjusting device of the axial piston machine is for the first
  • Embodiment indirectly arranged on the housing or in the piston drum.
  • the above embodiments have the advantage that the second adjusting device can be controlled pneumatically, hydraulically, mechanically or electrically.
  • the pivoting cradle may further comprise a pivoting body and a body arranged in the swivel weighing panic with the surface, wherein the
  • Pivoting plunger is movable by the second adjusting device.
  • Adjustment device in the pivoting cradle as this is particularly space-saving.
  • Hydraulic hybrid powertrain be arranged.
  • serial hydraulic hybrid arrangement wherein one or more
  • the axial piston machine according to the invention can also be used in other areas of the hydraulic machines.
  • hydrostatic travel drives or hydrostatic rotary actuators in general.
  • a motor, pump or gearbox in general.
  • Figure 1 shows an axial piston machine in swash plate construction in longitudinal section with an axis perpendicular to a rotation axis
  • Figure 2 shows an axial piston machine of Figure 1 in pumping operation at full load in longitudinal section according to the prior art
  • Figure 3 shows an axial piston machine of Figure 1 in engine operation under partial load in longitudinal section according to the prior art
  • FIG. 4 shows a first exemplary embodiment of an axial piston machine in standard operation (partial load);
  • Figure 5 shows the first embodiment of an axial piston machine in standard operation (full load);
  • Figure 6 shows the first embodiment of an axial piston machine in special operation
  • FIG. 7 shows a second exemplary embodiment of an axial piston machine in standard operation (neutral position);
  • Figure 8 shows the second embodiment of an axial piston machine in standard operation (full load);
  • Figure 9 shows the second embodiment of an axial piston machine in special operation
  • Axial piston machine 18 exemplified.
  • a pivoting cradle 2 is rotatably mounted about a pivot point 26, wherein the pivot point 26 can intersect an axis 24.
  • Panning Weigh 2 are also among the terms
  • Swivel disk or swash plate known.
  • an adjusting device 3 in the form of a (telescopic) adjusting piston is shown, which is fixedly connected to a housing, not shown here.
  • the pivoting cradle 2 which is perpendicular to the axis 24 in Figure 1 and correspondingly assumes an angle of inclination ⁇ of 90 °, relative to the axis 24 deflected, as is visible in Figures 2 and 3.
  • the adjusting device 3 is connected to the pivoting cradle 2 such that only a movement in translational direction is possible.
  • a shaft 4 is rotatably arranged, which is connected in translational and rotational direction fixed to a piston drum 7.
  • first cylinders 21 are arranged parallel to the axis 24, in which first pistons 12 with first piston bottoms 19 are located.
  • the first pistons 12 lie with their first sliding shoes 20 on a surface 22 of the pivoting cradle 4. About this connection, compressive forces can be transmitted.
  • the first pistons 12 slide along a first cylinder wall 30.
  • the first cylinders 21 are arranged circularly and concentrically about the axis 24.
  • the cylinders are connected to both a high pressure H and a low pressure N. The section through the piston drum 7 is selected such that of the first connected to the high pressure H.
  • Cylinders 21 one above the axis 24 is shown. Furthermore, the section through the piston drum 7 is selected such that one of the first cylinders 21 connected to the low pressure N is shown below the axle 24.
  • Piston drum 7 is fluid-tight rotatably connected to a fixedly connected to a housing not shown connection plate 8.
  • the first pistons 12 do not become mutually due to a rotation of the shaft 4 so that a fluid in the first cylinders 21 is neither compressed nor relaxed.
  • FIG. 2 shows the axial piston machine 18 from FIG. 1 in pump operation under full load in longitudinal section. It is clearly visible that the pivoting cradle 2 was deflected by means of the adjusting device 3 in its maximum position and thus the enclosed between the pivoting cradle 2 and the axis 24
  • the swash plate machine 18 in the present embodiment is operated as an axial piston pump, also called Hydrostat, in a swash plate design. It is clearly visible that the first piston head 19 of the first piston 12 moves between a first bottom dead center 34 and a first top dead center 36. This route is also referred to as the first piston stroke 32.
  • the first displacement 28 is bounded by the first cylinder wall 25, by the first piston head 19, when it is displaced into its first bottom dead center 34, and the first piston head 19, when it is displaced into its first top dead center 36.
  • the shaft 4 is driven by a drive unit, not shown.
  • the drive unit can rotate the shaft 4.
  • the drive shaft can be rotated speed or torque-controlled fluid is sucked by the in the direction of the pivoting cradle 2 from the first lower 34 to the first top dead center 36 displacing first piston 12 on the low pressure side N and then by means of the then in the direction of the connection plate 8 displaced from the first upper 36 to the bottom dead center 34 displacing first piston 12 on the high pressure side H.
  • FIG. 3 shows the axial piston machine 18 from FIG. 1 during engine operation under partial load.
  • the pivoting cradle 2 is adjusted by means of the adjusting device 3 in the opposite direction as in Figure 2, so that the inclination angle ⁇ between the pivoting cradle 2 and the axis 24 assumes an inclination angle ⁇ of less than 90 °.
  • the first piston stroke 32 is also lower.
  • the high pressure H of the fluid becomes the high pressure side H of FIG. 3
  • the expanded fluid on the low pressure side N is discharged from the axial piston motor by the first piston to be displaced from the upper 36 to the bottom dead center 34.
  • the ejected fluid is supplied to the low pressure side of the axial piston pump of FIG.
  • the torque of the axial piston machine 18 results inter alia from the so-called displacement in pump or engine operation.
  • the displacement is the amount of hydraulic fluid that the
  • Axial piston engine 18 consumed per revolution. At adjustable
  • Swivel cradle 2 the displacement is variably adjustable.
  • the angle range is given in the pivoting cradle 2 of FIG. 1 to 3 and indeed in
  • the axial piston machine 18 according to the invention is intended to enable "boosting", that is to say that an operating state of the axial piston machine 18 is possible in which a torque increase is produced compared to the standard operation the state of
  • the basic structure of the axial piston machine 18 according to the invention is the same as the structure of the axial piston machine 18 from the representation of FIGS. 1 to 3.
  • the axial piston machine 18 according to the invention has a first
  • Adjustment device 3 which deflects the rotatably mounted pivoting cradle 2 by the angle ⁇ relative to the axis 24.
  • the first adjusting device 3 provides an angular range in which the axial piston machine 18 can be operated in standard operation.
  • the predetermined angle of the first adjusting device 3 thus provides a critical angle, which can be set to the maximum with the first adjusting device 3.
  • the pivoting cradle 2 is rotatably mounted in the housing 1, for example via a bearing shell or a link.
  • the deflection of the pivoting cradle 2 is also called pivoting ß, in which case the value of the pivoting ß is the angle between the perpendicular to the axis 24 and the surface 22 of the pivoting cradle 2.
  • the maximum pivoting ß in standard operation is the critical angle, which is predetermined by the first adjusting device 3.
  • the piston drum 7, arranged in the piston drum 7 piston 12, 120, via a cylindrical toothing 10 axially displaceable and rotatably connected to the shaft 4 and the cylinder gear 10 has a stop ring 13, on which the piston drum 7 in the standard mode of
  • Axial piston machine 18 in the direction of the pivoting cradle 2 is supported.
  • FIG. 4 to 9 are each a piston 12 in the uppermost possible position (high point) of the cutting plane and a piston 120 in the lowest possible position (low point) of the cutting plane shown.
  • Displacement piston 9 is shown, which are arranged on the connection plate 8.
  • the connection plate 8, also called distribution plate, moves in the axial direction with the piston drum 7 with.
  • the axial displacement of the piston drum 7, for example, pneumatically, electrically, mechanically or via other actuators.
  • the piston drum 7 has a support 11 for the pivoting cradle 2 in the form of a thrust bearing.
  • the pivoting cradle 2 has a surface 22 on which the pistons 12, 120 rest in such a way that between the pistons 12, 120 and the pivoting cradle 2
  • Compressive forces can be transmitted.
  • Figure 4 shows the first embodiment of the axial piston machine 18 in a mean pivoting ß of about 5 °.
  • the piston drum 7 is located on
  • Stop ring 13 and the surface 22 of the pivoting cradle 2 is free and does not abut the support 11.
  • the piston 12 at the high point is not yet fully extended from its cylinder 21 and the piston 120 at the bottom is not fully retracted into its cylinder 21.
  • Figure 5 shows the first embodiment of the axial piston machine 18 in a maximum pivoting ß in standard operation of about 15 °, the first adjusting device 3 exerts its maximum possible Ausklenkung on the pivoting cradle 2 and thus the critical angle is reached in standard operation.
  • Piston drum 7 is located on the stop ring 13, or is supported by this and the surface 22 of the pivoting cradle 2 is located on the support 11 at.
  • the piston 12 at the high point is for the maximum operation of his maximum
  • Cylinder 21 extended and the piston 120 in the low point is almost completely retracted into its cylinder 21.
  • the axial piston machine 18 is shown in special operation.
  • the piston drum 7 is adjusted by the second adjusting device 9 axially in the direction of the pivoting cradle 2 away.
  • the support 11 for the pivoting cradle 2 is moved axially with the piston drum 7. Since the pivoting cradle 2 is mounted on a fixed bearing housing and the first adjusting device 3 has reached its maximum possible deflection, the upper piston 12 moves at a high point still further from its cylinder 21 than in standard operation and the piston 120 in the low point takes almost the same position a, like in the
  • FIGS. 1 to 3 and 4 to 6 show a second embodiment of the axial piston machine 18 according to the invention with a housing 1, the shaft 4 is also mounted on the front shaft bearing 5 and the rear shaft bearing 6.
  • the axial piston machine 18 of the second embodiment has, just like the first embodiment, a first adjusting device 3, which deflects the rotatably mounted pivoting cradle 2 by the angle ⁇ with respect to the axis 24.
  • the first adjusting device 3 also provides an angular range in which the axial piston machine 18 can be operated in standard operation.
  • the maximum pivoting ß in standard operation is the critical angle, which is predetermined by the first adjusting device 3.
  • the pivoting cradle 2 is rotatably mounted in the housing 1, for example via a bearing shell or a link.
  • the pivoting cradle 2 of the second embodiment of the invention is a multi-part pivoting cradle 2, consisting of a pivoting body 200, a movable in the pivoting body 200 pivoting cradle 17, which is supported on a lower side of the pivoting cradle 2 via a support 40 in the form of a bearing cap and the the upper side of the
  • Additional piston is movably supported in the pivoting body 200.
  • the piston drum 7, arranged in the piston drum 7 piston 12, 120, is axially fixed and rotatably connected to the shaft 4.
  • the second adjusting device 16 of the axial piston machine 18 is designed for example by hydraulically operated auxiliary piston.
  • the displacement of the pivoting cradle 17 may also be pneumatic, electrical, mechanical or done via other actuators.
  • the surface 22 of the swinging lug 17 is formed so that the piston 12, 120 abut on it such that between the pistons 12, 120 and the pivoting cradle 2 compressive forces can be transmitted.
  • Figure 7 shows the second embodiment of the axial piston machine 18 in a pivoting ß of 0 ° in standard operation.
  • the pivotal lobe 17, or its surface 22 is aligned parallel to the pivoting body 200, wherein the pivoting cradle 17 is supported on the lower side of the pivoting body 200 and the second adjusting device 16 is in standard position.
  • the piston 12 in the high point and the piston 120 in the low point are virtually in the middle position in their cylinders 21st
  • Figure 8 shows the second embodiment of the axial piston machine 18 in a maximum pivoting ß in standard operation of about 15 °, wherein the first adjusting device 3 their maximum possible Ausklenkung on the
  • Swing cradle 2 exercises and thus the critical angle is reached in standard operation.
  • the pivoting plunger 17, or its surface 22 is further aligned parallel to the pivoting body 200, wherein the
  • Pivoting bolster 17 is supported on the lower side of the pivoting cradle 2 and the second adjusting device 16 is in standard position.
  • the piston 12 at the high point is for the maximum operation of his maximum
  • Cylinder 21 extended and the piston 120 in the low point is almost completely retracted into its cylinder 21.
  • the pivoting plunger 17 rotates about the support 40 on the lower side of the pivoting cradle 2, so that the upper piston 12 moves further out of its cylinder 21 at the high point, as in the standard mode and the piston 120 in the low point almost takes the same position as in standard operation, so that the displacement of the Axial piston engine 18 increases and the torque increases as required.
  • the upper piston 12 is thus overstretched and the pivoting ß increases in comparison to the standard operation and is for example 20 °. The critical angle to standard operation is thus exceeded.
  • Shaft bearing 5 and a rear shaft bearing 6, the shaft 4 is mounted, has a basically the same structure as the axial piston machine 18 from the
  • the axial piston machine 18 of the third embodiment has a first adjusting device 3, which deflects the rotatably mounted and axially displaceable pivoting cradle 2 by the angle ⁇ relative to the axis 24.
  • the first adjusting device 3 also specifies an angular range in which the
  • Axial piston machine 18 can be operated in standard operation.
  • Swivel cradle 2 is axially displaceable and rotatably mounted in the housing 1 in this embodiment.
  • the Schwenkwiegenlagerung can be done via a bearing shell or a backdrop.
  • the pivoting cradle 2 is axially displaceable via a device and rotatably connected indirectly to the housing 1.
  • the axial piston machine 18 of the third embodiment has a second adjusting device which can move the pivoting cradle 2 axially relative to the shaft 4.
  • the axial displacement of the pivoting cradle 2 can be done pneumatically, electrically, mechanically or via other actuators.
  • Swivel cradle 2 has a surface 22 on which the pistons 12, 120 rest in such a way that between the pistons 12, 120 and the pivoting cradle 2
  • Pivoting cradle 2 via an axial displacement of the pivotal pivot bearing by the second adjusting device is Pivoting cradle 2 via an axial displacement of the pivotal pivot bearing by the second adjusting device.
  • the axial piston machine 18 of the third embodiment can in
  • the pivoting cradle 2 is adjusted by the second adjusting device axially in the direction of the piston drum 7 away. Since the
  • Piston drum 7 is not moved axially and the first adjusting device 3 has reached its maximum possible deflection, the upper piston 12 moves at a high point still further from its cylinder 21 than in standard operation and the piston 120 at the bottom takes almost the same position as in
  • Another embodiment has a support 11 in a piston drum 7, wherein the piston drum 7 is axially fixed and rotatably connected to the shaft 4 and the support 11 is arranged axially displaceably in the piston drum 7.
  • the axial displacement of the support 11 via a second adjusting device.
  • the second adjusting device can be arranged, for example, in the piston drum 7.
  • FIG. 1 Another not shown embodiment of an axial piston machine has a split pivoting cradle 2, which has a similar operation, as the pivoting cradle of the second embodiment.
  • the difference is that the split pivot cradle 2 is formed of twisted conical disks. The conical disks are moved by the second adjusting device and ensure an increase in the absorption volume of the axial piston machine 18.
  • FIG. 1 Another not shown embodiment of an axial piston machine has a split pivoting cradle 2, which has a similar operation, as the pivoting cradle of the second embodiment. The difference is that the split pivot cradle 2 divided from a
  • Panning cradle is formed. An upper part of the pivoting louver is moved by the second adjusting device and provides for an increase in the absorption volume of the axial piston machine 18.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Hydraulic Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine (18) mit Gehäuse (1) für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb mit variabel einstellbarem Schluckvolumen, mit einer durch eine erste Verstelleinrichtung (3) innerhalb eines durch die erste Verstelleinrichtung (3) vorgegebenen Winkelbereichs schwenkbaren Schwenkwiege (2), die zumindest eine Oberfläche (22) aufweist und einer drehfest auf einer Achse (24) angeordneten Kolbentrommel (7) mit in der Kolbentrommel (7) angeordneten Kolben (12, 120), wobei die Kolben (12, 120) an der Oberfläche (22) der Schwenkwiege (2) derart anliegen, dass zwischen den Kolben (12, 120) und der Schwenkwiege (2) Druckkräfte übertragen werden können. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine (18) weist weiterhin eine zweite Verstelleinrichtung (9, 16) auf, die derart bewegbar ist, dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine (18) zusätzlich zum durch die erste Verstelleinrichtung (3) variabel einstellbaren Schluckvolumen veränderbar ist.

Description

Beschreibung
Axialkolbenmaschine mit veränderbarem Schluckvolumen und
Hvdraulikantriebsstrang mit einer Axialkolbenmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft Axialkolbenmaschinen für den Pumpen- und/oder
Motorbetrieb mit veränderbarem Schluckvolumen und einen
Hydraulikantriebsstrang mit einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
Axialkolbenmaschinen dienen prinzipiell zur Wandlung von hydraulischer in mechanische Arbeit, oder umgekehrt. Sie werden dementsprechend als Motor und/oder als Pumpe oder als Hydraulikgetriebe betrieben und kommen dabei in den verschiedensten Anwendungsgebieten zum Einsatz.
Ein Anwendungsgebiet für Axialkolbenmaschinen ist beispielsweise im
Kraftfahrzeugbereich in einem seriellen oder parallelen
Hydraulikhybridantriebsstrang. In einem seriellen Hydraulikhybridantriebsstrang, wie er beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10201 1005356.5 offenbart ist, ist mindestens eine
hydraulische Verdrängermaschine zum Beispiel mit einem Verbrennungsmotor in Reihe geschaltet. Die hydraulische Verdrängermaschine kann als
Axialkolbenmaschine, bzw. Hydraulikpumpe oder als Hydraulikmotor betrieben werden.
Ferner sind beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten deutschen
Anmeldung mit dem Aktenzeichen 102010038651.0 Axialkolbenmaschinen mit verstellbaren Schwenkwiegen offenbart.
Bei Axialkolbenmaschinen in Hydraulikhybridantriebssträngen kann das
Bedürfnis bestehen, dass in bestimmten Betriebszuständen ein höheres
Drehmoment erforderlich ist. Beispielsweise beim Anfahren. Bei bestehenden Axialkolbenmaschinen ist eine Erhöhung des Drehmoments möglich, indem der hydraulische Druck erhöht wird, was den Nachteil bringt, dass die Maschine für einen höheren Druck ausgelegt werden muss, oder die Drehzahl der Axialkolbenmaschine muss erhöht werden, was aber nicht für jeden Betriebszustand sinnvoll ist, besonders beim Anfahren. Ferner können
Axialkolbenmaschinen mit größerem Schwenkwinkel, bzw, mit einer großen möglichen Verschwenkung zum Einsatz kommen, was aber größeren Bauraum erfordert, bzw. das Problem der Überdimensionierung im Standardbetrieb ergibt. Ferner weisen Axialkolbenmaschinen mit erhöhtem Schwenkwinkel eine große Auskraglänge der Kolben aus dem zugehörigen Zylinder auf. Dies senkt im Teillastbetrieb der Maschine den Wirkungsgrad, da für den Wirkungsgrad das Verhältnis zwischen Auskraglänge und Führungslänge im Zylinder entscheidend ist. Die Führungslänge kann auch nicht, aufgrund von Bauraum und viskosen Verlusten, beliebig erhöht werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich für die Stellmotoren der Versteileinrichtung bei großem Schwenkwinkel, da höhere Kräfte zu überwinden sind, um die Schwenkwiege zu verstellen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung liegt der Aufgabe zu Grunde ein höheres Drehmoment an der Axialkolbenmaschine bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird eine Axialkolbenmaschine mit Gehäuse für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb mit variabel einstellbarem Schluckvolumen
vorgeschlagen, wobei die Axialkolbenmaschine eine durch eine erste
Versteileinrichtung innerhalb eines durch die erste Versteileinrichtung
vorgegebenen Winkelbereichs schwenkbaren Schwenkwiege aufweist, die zumindest eine Oberfläche aufweist und die Axialkolbenmaschine eine drehfest auf einer Achse angeordnete Kolbentrommel mit in der Kolbentrommel angeordneten Kolben aufweist, wobei die Kolben an der Oberfläche der
Schwenkwiege derart anliegen, dass zwischen den Kolben und der
Schwenkwiege Druckkräfte übertragen werden können. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine zweite Versteileinrichtung der Axialkolbenmaschine, die derart bewegbar ist, dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine zusätzlich zum durch die erste Versteileinrichtung variabel einstellbaren
Schluckvolumen veränderbar ist.
Vorteile ergeben sich aus dem zusätzlich veränderbaren Schluckvolumen dahingehend, dass im Standardbetrieb nur das durch die erste
Versteileinrichtung vorgegebene maximale Schluckvolumen und das daraus resultierende Drehmoment erreicht werden kann. Dies ist im Normal-, bzw.
Standardbetrieb auch gefordert, um in einem guten Leistungs- und
Wirkungsgradverhältnis der Axialkolbenmaschine zu liegen. In bestimmten Betriebszuständen, wie zum Beispiel beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit einem Hydraulikhybridantriebsstrang kann es jedoch erforderlich sein, dass die Axialkolbenmaschine ein überhöhtes Drehmoment liefern soll. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem eine zweite Versteileinrichtung derart bewegbar ist, dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine zusätzlich zum durch die erste Versteileinrichtung variabel einstellbaren Schluckvolumen veränderbar ist.
Die Erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine bietet den Vorteil, dass sie im Standardbetrieb die Vorteile einer üblichen Axialkolbenmaschine bietet, wie beispielsweise einen guten Wirkungsgrad, und im Sonderbetrieb flexibel und temporär ein erforderliches höheres Drehmoment liefert, ohne dass
beispielsweise eine Druckerhöhung der Hydraulik erforderlich wäre, bzw. die gesamte Axialkolbenmaschine für eine größere Verschwenkung ausgelegt werden müsste, als für den Standardbetrieb erforderlich. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die Erfindung eine Drehmomentenüberhöhung bei niedrigen Drehzahlen der Axialkolbenmaschine möglich ist.
Die Axialkolbenmaschine kann somit so ausgelegt werden, dass im
Standardbetrieb ein kleineres Schluckvolumen möglich ist, was für eine kompaktere Maschine mit geringem Bauvolumen sorgt. Ferner ist der
Drehzahlbereich der Axialkolbenmaschine erweiterbar.
Die zweite Versteileinrichtung ist beispielsweise über eine übergeordnete Steuerung, insbesondere Motorsteuerung ansteuerbar.
Die Axialkolbenmaschine kann ferner so ausgeführt sein, dass die Oberfläche der Schwenkwiege und/oder dass eine Abstützung für die Schwenkwiege durch die zweite Versteileinrichtung bewegbar ist. Dies führt zu einer Hubvergrößerung bei den oben liegenden Kolben und somit zu einer Erhöhung des
Schluckvolumens der Axialkolbenmaschine. Erfindungsgemäß wird somit die Auskraglänge der Kolben erhöht, um das Schluckvolumen zu erhöhen, ohne dass die Führungslänge signifikant erhöht werden muss. Die Auskraglänge kann auf die notwendige Länge für den Sonderbetrieb ausgelegt sein, wobei beispielsweise die Betriebslaufzeit beim Anfahren eines Kraftfahrzeug zur Gesamtbetriebslaufzeit verhältnismäßig gering ist, so dass die Vorrichtung kompakt baut und material- und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die Vorteile dieser Ausführung sind, dass die Axialkolbenmaschine kompakt gebaut werden kann.
Die zweite Versteileinrichtung kann so ausgeführt sein, dass sie die Abstützung der Schwenkwiege, bzw. die Schwenkwiege über eine Linearführung verschiebt, oder dass sie die Oberfläche der Schwenkwiege über eine zusätzliche
Verschwenkung auslenkt, oder das sie für eine zusätzliche Verdrillung der Oberfläche der Schwenkwiege sorgt.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, das die Abstützung in der Kolbentrommel angeordnet ist und die Kolbentrommel oder die Abstützung durch die zweite Versteileinrichtung axial bewegbar ist. Die
Abstützung ist beispielsweise ein Axialkugellager, dass unmittelbar in der Kolbentrommel eingepresst oder ein- bzw. aufgeschrumpft ist. Die Abstützung kann beispielsweise auch mittelbar mit der Kolbentrommel verbunden sein, bevorzugt in einer Halterung, die fest mit der Kolbentrommel verbunden ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die axial verschiebbare Abstützung unmittelbar durch die zweite Versteileinrichtung bewegbar in der Kolbentrommel angeordnet sein, oder über eine Halterung, die in der Kolbentrommel über die zweite Versteileinrichtung bewegbar ist.
Die zweite Versteileinrichtung der Axialkolbenmaschine ist für das erste
Ausführungsbeispiel mittelbar am Gehäuse oder in der Kolbentrommel angeordnet. Die oben genannten Ausführungsformen weisen den Vorteil auf, dass die zweite Versteileinrichtung pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektrisch angesteuert werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine mehrteilig ausgebildete Schwenkwiege. Hierbei kann die Schwenkwiege ferner einen Schwenkwiegenkörper und eine im Schwenkwiegen körper angeordnete Schwenkwiegenscheibe mit der Oberfläche aufweisen, wobei die
Schwenkwiegenscheibe durch die zweite Versteileinrichtung bewegbar ist.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zur Umsetzung des
erfindungswesentlichen Gedankens nur die Schwenkwiege in der
Axialkolbenmaschine ausgetauscht werden muss und relativ wenig Bauraum benötigt wird. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der zweiten
Versteileinrichtung in der Schwenkwiege, da dies besonders Platz sparend ist.
Ferner kann die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in einem
Hydraulikhybridanstriebsstrang angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist eine serielle Hydraulikhybridanordnung, wobei ein oder mehrere
Axialkolbenmaschinen mittelbar oder unmittelbar hinter einem
Verbrennungsmotor angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine kann jedoch auch in anderen Bereichen der hydraulischen Maschinen zum Einsatz kommen. Beispielsweise für hydrostatische Fahrantriebe oder bei hydrostatischen Drehantrieben allgemein. Hier als Motor, Pumpe oder Getriebe.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der nachfolgenden Zeichnung.
Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: zeigt eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise im Längsschnitt mit zu einer Drehachse senkrecht stehender
Schwenkwiege nach dem Stand der Technik;
Figur 2: zeigt eine Axialkolbenmaschine aus Figur 1 im Pumpbetrieb unter Volllast im Längsschnitt nach dem Stand der Technik;
Figur 3: zeigt eine Axialkolbenmaschine aus Figur 1 im Motorbetrieb unter Teilhast im Längsschnitt nach dem Stand der Technik;
Figur 4: zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine im Standardbetrieb (Teillast);
Figur 5: zeigt das erste Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine im Standardbetrieb (Volllast);
Figur 6: zeigt das erste Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine im Sonderbetrieb
Figur 7: zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine im Standardbetrieb (Neutralstellung);
Figur 8: zeigt das zweite Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine im Standardbetrieb (Volllast);
Figur 9: zeigt das zweite Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine im Sonderbetrieb
Ausführungsformen der Erfindung Anhand der Figuren 1, 2 und 3 wird die Funktionsweise einer Axialkolbenmaschine 18 in Schrägscheibenbauweise nach dem Stand der Technik erklärt. In Figur 1 sind die wesentlichen Bauelemente dieser
Axialkolbenmaschine 18 beispielhaft dargestellt. Eine Schwenkwiege 2 ist um einen Drehpunkt 26 drehbar gelagert, wobei der Drehpunkt 26 eine Achse 24 schneiden kann. Schwenkwiegen 2 sind auch unter den Begriffen
Schwenkscheibe oder Schrägscheibe bekannt. Oberhalb der Achse 24 ist eine Versteileinrichtung 3 in Form eines (Teleskop-)Verstellkolbens dargestellt, die mit einem hier nicht dargestellten Gehäuse fest verbunden ist. Durch ein Verstellen der Versteileinrichtung 3 wird die Schwenkwiege 2, welche in Figur 1 senkrecht auf die Achse 24 steht und entsprechend einen Neigungswinkel α von 90° einnimmt, gegenüber der Achse 24 ausgelenkt, wie dies in den Figuren 2 und 3 sichtbar ist. Hierbei ist die Versteileinrichtung 3 mit der Schwenkwiege 2 derart verbunden, dass lediglich eine Bewegung in translatorischer Richtung möglich ist. Um die Achse 24 ist eine Welle 4 drehbar angeordnet, die in translatorischer und rotatorischer Richtung fest mit einer Kolbentrommel 7 verbunden ist. In der Kolbentrommel 7 sind parallel zu der Achse 24 erste Zylinder 21 angeordnet, in denen sich erste Kolben 12 mit ersten Kolbenböden 19 befinden. Die ersten Kolben 12 liegen mit ihren ersten Gleitschuhen 20 auf einer Oberfläche 22 der Schwenkwiege 4. Über diese Verbindung können Druckkräfte übertragen werden. Die ersten Kolben 12 gleiten entlang einer ersten Zylinderwandung 30. Die ersten Zylinder 21 sind kreisförmig und konzentrisch um die Achse 24 angeordnet. Die Zylinder werden sowohl mit einem Hochdruck H als auch mit einem Niederdruck N verbunden. Der Schnitt durch die Kolbentrommel 7 ist derart gewählt, dass von den mit dem Hochdruck H verbundenen ersten
Zylindern 21 einer oberhalb der Achse 24 dargestellt ist. Weiterhin ist der Schnitt durch die Kolbentrommel 7 derart gewählt, dass von den mit dem Niederdruck N verbundenen ersten Zylindern 21 einer unterhalb der Achse 24 dargestellt ist. Eine der Oberfläche 22 der Schwenkwiege 2 abgewandte Seite 23 der
Kolbentrommel 7 ist fluiddicht drehbar mit einer mit einem hier nicht dargestellten Gehäuse fest verbundenen Anschlussplatte 8 verbunden.
In der in Figur 1 dargestellten Funktionsweise der Axialkolbenmaschine 18 werden die ersten Kolben 12 durch eine Drehung der Welle 4 zueinander nicht bewegt, so dass ein in den ersten Zylindern 21 befindliches Fluid weder verdichtet noch entspannt ist.
Figur 2 zeigt die Axialkolbenmaschine 18 aus Figur 1 im Pumpenbetrieb unter Volllast im Längsschnitt. Deutlich sichtbar ist, dass die Schwenkwiege 2 mittels der Versteileinrichtung 3 in seine Maximalposition ausgelenkt wurde und damit der zwischen der Schwenkwiege 2 und der Achse 24 eingeschlossene
Neigungswinkel α erheblich größer als 90° ist. Die Schrägscheibenmaschine 18 in der hier vorliegenden Ausführungsform wird als Axialkolbenpumpe, auch Hydrostat genannt, in Schrägscheibenbauweise betrieben. Deutlich sichtbar ist, dass der erste Kolbenboden 19 des ersten Kolbens 12 sich zwischen einem ersten unteren Totpunkt 34 und einem ersten oberen Totpunkt 36 bewegt. Diese Strecke wird auch als erster Kolbenhub 32 bezeichnet. Der erste Hubraum 28 wird begrenzt von der ersten Zylinderwandung 25, von dem ersten Kolbenboden 19, wenn er in seinen ersten unteren Totpunkt 34 verlagert ist, und dem ersten Kolbenboden 19, wenn er in seinen ersten oberen Totpunkt 36 verlagert ist.
Die Welle 4 wird von einer nicht dargestellten Antriebseinheit angetrieben. Die Antriebseinheit kann die Welle 4 drehen. Auch kann die Antriebswelle drehzahl- oder drehmomentgeregelt gedreht werden Ein Fluid wird durch den sich in Richtung der Schwenkwiege 2 von dem ersten unteren 34 zu dem ersten oberen Totpunkt 36 verlagernden ersten Kolben 12 auf der Niederdruckseite N angesaugt und mittels der sich anschließend in Richtung der Anschlussplatte 8 von dem ersten oberen 36 zu dem unteren Totpunkt 34 verlagernden ersten Kolben 12 auf der Hochdruckseite H verdrängt.
Figur 3 zeigt die Axialkolbenmaschine 18 aus Figur 1 im Motorbetrieb unter Teillast. Hier wird die Schwenkwiege 2 mittels der Versteileinrichtung 3 in entgegengesetzter Richtung wie in Figur 2 verstellt, so dass der Neigungswinkel α zwischen der Schwenkwiege 2 und der Achse 24 einen Neigungswinkel α von weniger als 90° einnimmt. Dadurch, dass die Schwenkwiege 2 nicht so weit ausgelenkt ist als in der Figur 2 dargestellt, ist der erste Kolbenhub 32 auch geringer. Der Hochdruck H des Fluids wird der Hochdruckseite H des in Figur 3
dargestellten Motors zugeführt. Durch das Fluid werden die in den ersten unteren Totpunkt 34 verlagerten ersten Kolben 12 in Richtung der Schwenkwiege 2 bis zu ihrem oberen Totpunkt 36 verlagert. Durch die Verlagerung der Kolben 12 wird eine Rotation der Kolbentrommel 7 und der mit ihr verbundenen Welle 4 angestoßen. Die Welle 4 kann nunmehr einen mit ihr verbundenen
Endverbraucher antreiben. Anschließend wird das entspannte Fluid auf der Niederdruckseite N durch den von dem oberen 36 zu dem unteren Totpunkt 34 zu verlagernden ersten Kolben aus dem Axialkolbenmotor ausgestoßen. Das ausgestoßene Fluid wird der Niederdruckseite der Axialkolbenpumpe aus Figur 2 zugeführt.
Das Drehmoment der Axialkolbenmaschine 18 ergibt sich unter anderem aus dem sogenannten Schluckvolumen im Pumpen- oder Motorenbetrieb. Das Schluckvolumen ist jene Menge an Hydraulikflüssigkeit, die die
Axialkolbenmaschine 18 pro Umdrehung verbraucht. Bei verstellbarer
Schwenkwiege 2 ist das Schluckvolumen variabel einstellbar. Der Winkelbereich ist bei der Schwenkwiege 2 nach Fig. 1 bis 3 vorgegeben und zwar in
Abhängigkeit von der Auslenkung der Versteileinrichtung 3. Je größer der Winkel a, desto höher wird das Schluckvolumen und desto höher resultiert das
Drehmoment.
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 18 soll ein„Boosten" ermöglichen, das heißt, dass ein Betriebszustand der Axialkolbenmaschine 18 möglich ist, in dem eine Drehmomentüberhöhung gegenüber dem Standardbetrieb hergestellt wird. Im folgenden stellt der Standardbetrieb den Zustand im normalen Betrieb der Axialkolbenmaschine 18 dar und der Sonderbetrieb den Zustand der
Drehmomentüberhöhung, bzw. des„Boostens". Die Figuren 4 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine 18 mit einem Gehäuse 1, in dem über ein vorderes
Wellenlager 5 und ein hinteres Wellenlager 6 die Welle 4 gelagert ist. Der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 18 ist gleich dem Aufbau der Axialkolbenmaschine 18 aus der Darstellung der Figuren 1 bis 3. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 18 weist eine erste
Versteileinrichtung 3 auf, die die drehbar gelagerte Schwenkwiege 2 um den Winkel α gegenüber der Achse 24 auslenkt. Die erste Versteileinrichtung 3 gibt einen Winkelbereich vor, in dem die Axialkolbenmaschine 18 im Standardbetrieb betrieben werden kann. Der von der ersten Versteileinrichtung 3 vorgegebene Winkel stellt somit einen Grenzwinkel da, der mit der ersten Versteileinrichtung 3 maximal eingestellt werden kann. Die Schwenkwiege 2 ist beispielsweise über eine Lagerschale oder eine Kulisse im Gehäuse 1 drehbar gelagert.
Die Auslenkung der Schwenkwiege 2 wird auch Verschwenkung ß genannt, wobei in diesem Fall der Wert der Verschwenkung ß der Winkel zwischen der Senkrechten zur Achse 24 und der Oberfläche 22 der Schwenkwiege 2 ist. Eine übliche maximale Verschwenkung ß bei Axialkolbenmaschinen 18 liegt beispielsweise bei 15 bis 17°, da sich dort ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen Leistung und Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine 18 einstellt. Bei einer größeren Verschwenkung ß steigt die Leistung, bzw. das Drehmoment an, jedoch sinkt der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine 18. Die maximale Verschwenkung ß im Standardbetrieb ist der Grenzwinkel, der durch die erste Versteileinrichtung 3 vorgegeben wird.
Die Kolbentrommel 7, mit in der Kolbentrommel 7 angeordneten Kolben 12, 120, ist über eine Zylinderverzahnung 10 axial verschiebbar und drehfest mit der Welle 4 verbunden und die Zylinderverzahnung 10 weist einen Anschlagring 13 auf, an dem sich die Kolbentrommel 7 im Standardbetrieb der
Axialkolbenmaschine 18 in Richtung zur Schwenkwiege 2 abstützt. In den Schnittdarstellungen der Figuren 4 bis 9 sind jeweils ein Kolben 12 in der obersten möglichen Stellung (Hochpunkt) der Schnittebene und ein Kolben 120 in der untersten möglichen Stellung (Tiefpunkt) der Schnittebene dargestellt.
Ferner weist die Axialkolbenmaschine 18 eine zweite Versteileinrichtung 9 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel durch hydraulisch betriebene
Verschiebekolben 9 dargestellt ist, welche an der Anschlussplatte 8 angeordnet sind. Die Anschlussplatte 8, auch Verteilerplatte genannt, verschiebt sich in axialer Richtung mit der Kolbentrommel 7 mit. Die axiale Verschiebung der Kolbentrommel 7 kann beispielsweise auch pneumatisch, elektrisch, mechanisch oder über andere Stellglieder erfolgen. Ferner weist die Kolbentrommel 7 eine Abstützung 11 für die Schwenkwiege 2 in Form eines Axiallagers auf. Die Schwenkwiege 2 weist eine Oberfläche 22 auf, an der die Kolben 12, 120 derart anliegen, dass zwischen den Kolben 12, 120 und der Schwenkwiege 2
Druckkräfte übertragen werden können.
Figur 4 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine 18 in einer mittleren Verschwenkung ß von ca. 5°. Die Kolbentrommel 7 liegt am
Anschlagring 13 an und die Oberfläche 22 der Schwenkwiege 2 ist frei und liegt nicht an der Abstützung 11 an. Der Kolben 12 im Hochpunkt ist noch nicht ganz aus seinem Zylinder 21 ausgefahren und der Kolben 120 im Tiefpunkt ist noch nicht vollständig in seinen Zylinder 21 eingefahren.
Figur 5 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine 18 in einer maximalen Verschwenkung ß im Standardbetrieb von ca 15°, wobei die erste Versteileinrichtung 3 ihre maximal mögliche Ausklenkung auf die Schwenkwiege 2 ausübt und somit der Grenzwinkel im Standardbetrieb erreicht ist. Die
Kolbentrommel 7 liegt am Anschlagring 13 an, bzw. wird durch diesen abgestützt und die Oberfläche 22 der Schwenkwiege 2 liegt an der Abstützung 11 an. Der Kolben 12 im Hochpunkt ist für den Standardbetrieb maximal aus seinem
Zylinder 21 ausgefahren und der Kolben 120 im Tiefpunkt ist nahezu vollständig in seinen Zylinder 21 eingefahren.
In Figur 6 ist die Axialkolbenmaschine 18 im Sonderbetrieb dargestellt. Die Kolbentrommel 7 wird durch die zweite Versteileinrichtung 9 axial in Richtung von der Schwenkwiege 2 weg verstellt. Gleichzeitig wird die Abstützung 11 für die Schwenkwiege 2 axial mit der Kolbentrommel 7 bewegt. Da die Schwenkwiege 2 über ein gehäusefestes Lager gelagert ist und die erste Versteileinrichtung 3 ihre maximal mögliche Auslenkung erreicht hat, bewegt sich der obere Kolben 12 im Hochpunkt noch weiter aus seinem Zylinder 21 als im Standardbetrieb und der Kolben 120 im Tiefpunkt nimmt nahezu die gleiche Position ein, wie im
Standardbetrieb, so dass die Auskraglänge des oberen Kolbens 12 zunimmt wodurch das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine 18 zunimmt und das Drehmoment ansteigt. Der obere Kolben 12 wird demnach überstreckt und die Verschwenkung ß nimmt im Vergleich zum Standardbetrieb zu und beträgt beispielsweise 20°. Der Grenzwinkel zum Standardbetrieb ist somit überschritten.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 18 mit einem Gehäuse 1, deren Welle 4 ebenfalls über das vordere Wellenlager 5 und das hintere Wellenlager 6 gelagert ist. Der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 18 ist ebenso wie der Aufbau der Axialkolbenmaschine 18 aus der Darstellung der Figuren 1 bis 3 und 4 bis 6.
Die Axialkolbenmaschine 18 der zweiten Ausführungsform weist ebenso wie die erste Ausführungsform eine erste Versteileinrichtung 3 auf, die die drehbar gelagerte Schwenkwiege 2 um den Winkel α gegenüber der Achse 24 auslenkt. Die erste Versteileinrichtung 3 gibt auch hier einen Winkelbereich vor, in dem die Axialkolbenmaschine 18 im Standardbetrieb betrieben werden kann. Die maximale Verschwenkung ß im Standardbetrieb ist der Grenzwinkel, der durch die erste Versteileinrichtung 3 vorgegeben wird.
Die Schwenkwiege 2 ist beispielsweise über eine Lagerschale oder eine Kulisse im Gehäuse 1 drehbar gelagert.
Die Schwenkwiege 2 der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine mehrteilige Schwenkwiege 2, bestehend aus einem Schwenkwiegenkörper 200, einer in dem Schwenkwiegenkörper 200 bewegbaren Schwenkwiegenscheibe 17, die an einer unteren Seite der Schwenkwiege 2 über eine Abstützung 40 in Form einer Lagerkuppe abgestützt ist und die an der oberen Seite der
Schwenkwiege 2 über eine zweite Versteileinrichtung 16 in Form eines
Zusatzkolbens bewegbar im Schwenkwiegenkörper 200 abgestützt ist.
Die Kolbentrommel 7, mit in der Kolbentrommel 7 angeordneten Kolben 12, 120, ist axial fest und drehfest mit der Welle 4 verbunden.
Die zweite Versteileinrichtung 16 der Axialkolbenmaschine 18 ist beispielsweise durch hydraulisch betriebene Zusatzkolben ausgeführt. Die Verschiebung der Schwenkwiegenscheibe 17 kann auch pneumatisch, elektrisch, mechanisch oder über andere Stellglieder erfolgen. Die Oberfläche 22 der Schwenkwiegenscheibe 17 ist so ausgebildet, dass auf ihr die Kolben 12, 120 derart anliegen, dass zwischen den Kolben 12, 120 und der Schwenkwiege 2 Druckkräfte übertragen werden können.
Figur 7 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine 18 in einer Verschwenkung ß von 0° im Standardbetrieb. Die Schwenkwiegenscheibe 17, bzw. deren Oberfläche 22 ist parallel zum Schwenkwiegenkörper 200 ausgerichtet, wobei die Schwenkwiegenscheibe 17 an der unteren Seite des Schwenkwiegenkörpers 200 abgestützt ist und sich die zweite Versteileinrichtung 16 in Standardstellung befindet. Der Kolben 12 im Hochpunkt und der Kolben 120 im Tiefpunkt sind quasi in Mittelstellung in ihren Zylindern 21.
Figur 8 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine 18 in einer maximalen Verschwenkung ß im Standardbetrieb von ca 15°, wobei die erste Versteileinrichtung 3 ihre maximal mögliche Ausklenkung auf die
Schwenkwiege 2 ausübt und somit der Grenzwinkel im Standardbetrieb erreicht ist. Die Schwenkwiegenscheibe 17, bzw. deren Oberfläche 22 ist weiterhin parallel zum Schwenkwiegenkörper 200 ausgerichtet, wobei die
Schwenkwiegenscheibe 17 an der unteren Seite der Schwenkwiege 2 abgestützt ist und sich die zweite Versteileinrichtung 16 in Standardstellung befindet. Der Kolben 12 im Hochpunkt ist für den Standardbetrieb maximal aus seinem
Zylinder 21 ausgefahren und der Kolben 120 im Tiefpunkt ist nahezu vollständig in seinen Zylinder 21 eingefahren.
In Figur 9 ist die Axialkolbenmaschine 18 im Sonderbetrieb dargestellt. Die Schwenkwiegenscheibe 17 wird durch die zweite Versteileinrichtung 16 relativ zum Schwenkwiegenkörper 200 verstellt, so dass die Oberfläche 22 der
Schwenkwiegenscheibe 17 nicht mehr parallel zum Schwenkwiegen körper 200 ausgerichtet ist. Die Verstellung geschieht in Richtung weg von der
Kolbentrommel 7. Gleichzeitig dreht sich die Schwenkwiegenscheibe 17 um die Abstützung 40 an der unteren Seite der Schwenkwiege 2, so dass sich der obere Kolben 12 im Hochpunkt noch weiter aus seinem Zylinder 21 heraus bewegt, als im Standardbetrieb und der Kolben 120 im Tiefpunkt nimmt nahezu die gleiche Position ein, wie im Standardbetrieb, so dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine 18 zunimmt und das Drehmoment wie gefordert ansteigt. Der obere Kolben 12 wird demnach überstreckt und die Verschwenkung ß nimmt im Vergleich zum Standardbetrieb zu und beträgt beispielsweise 20°. Der Grenzwinkel zum Standardbetrieb ist somit überschritten.
Eine dritte nicht dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine 18 mit einem Gehäuse 1, in dem über ein vorderes
Wellenlager 5 und ein hinteres Wellenlager 6 die Welle 4 gelagert ist, weist einen prinzipiell gleichen Aufbau auf, wie die Axialkolbenmaschine 18 aus der
Darstellung der Figuren 4 bis 6.
Die Axialkolbenmaschine 18 der dritten Ausführungsform weist eine erste Versteileinrichtung 3 auf, die die drehbar gelagerte und axial verschiebbare Schwenkwiege 2 um den Winkel α gegenüber der Achse 24 auslenkt. Die erste Versteileinrichtung 3 gibt auch hier einen Winkelbereich vor, in dem die
Axialkolbenmaschine 18 im Standardbetrieb betrieben werden kann. Die
Schwenkwiege 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel axial verschiebbar und drehfest im Gehäuse 1 gelagert. Die Schwenkwiegenlagerung kann über eine Lagerschale oder eine Kulisse geschehen.
Die Schwenkwiege 2 ist über eine Vorrichtung axial verschiebbar und drehfest mittelbar am Gehäuse 1 verbunden.
Ferner weist die Axialkolbenmaschine 18 der dritten Ausführungsform eine zweite Versteileinrichtung auf, die die Schwenkwiege 2 axial zur Welle 4 bewegen kann. Die axiale Verschiebung der Schwenkwiege 2 kann pneumatisch, elektrisch, mechanisch oder über andere Stellglieder erfolgen. Die
Schwenkwiege 2 weist eine Oberfläche 22 auf, an der die Kolben 12, 120 derart anliegen, dass zwischen den Kolben 12, 120 und der Schwenkwiege 2
Druckkräfte übertragen werden können. Die axiale Verschiebung der
Schwenkwiege 2 erfolgt über eine axiale Verschiebung der Schwenkwiegenlager durch die zweite Versteileinrichtung.
Die Axialkolbenmaschine 18 der dritten Ausführungsform kann im
Standardbetrieb, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben, eine Verschwenkung ß bis ca. 15-17° ausüben und somit den Grenzwinkel im
Standardbetrieb erreichen.
Im Sonderbetrieb wird die Schwenkwiege 2 durch die zweite Versteileinrichtung axial in Richtung von der Kolbentrommel 7 weg verstellt. Da sich die
Kolbentrommel 7 axial nicht bewegt und die erste Versteileinrichtung 3 ihre maximal mögliche Auslenkung erreicht hat, bewegt sich der obere Kolben 12 im Hochpunkt noch weiter aus seinem Zylinder 21 als im Standardbetrieb und der Kolben 120 im Tiefpunkt nimmt nahezu die gleiche Position ein, wie im
Standardbetrieb, so dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine 18 zunimmt und das Drehmoment ansteigt. Der obere Kolben 12 wird demnach überstreckt und die Verschwenkung ß nimmt im Vergleich zum Standardbetrieb zu und beträgt beispielsweise 20°. Ein weiteres nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel weist eine Abstützung 11 in einer Kolbentrommel 7 auf, wobei die Kolbentrommel 7 axial fest und drehfest mit der Welle 4 verbunden ist und die Abstützung 11 axial verschiebbar in der Kolbentrommel 7 angeordnet ist. Die axiale Verschiebung der Abstützung 11 erfolgt über eine zweite Versteileinrichtung. Die zweite Versteileinrichtung kann beispielsweise in der Kolbentrommel 7 angeordnet sein.
Ein weiteres nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine weist eine geteilte Schwenkwiege 2 auf, die eine ähnliche Funktionsweise hat, wie die Schwenkwiege des zweiten Ausführungsbeispiels. Der Unterschied liegt darin, dass die geteilte Schwenkwiege 2 aus verdrillten Kegelscheiben gebildet ist. Die Kegelscheiben werden durch die zweite Versteileinrichtung bewegt und sorgen für eine Erhöhung des Schluckvolumens der Axialkolbenmaschine 18.
Ein weiteres nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine weist eine geteilte Schwenkwiege 2 auf, die eine ähnliche Funktionsweise hat, wie die Schwenkwiege des zweiten Ausführungsbeispiels. Der Unterschied liegt darin, dass die geteilte Schwenkwiege 2 aus einer geteilten
Schwenkwiegenscheibe gebildet ist. Ein oberer Teil der Schwenkwiegenscheibe wird durch die zweite Versteileinrichtung bewegt und sorgt für eine Erhöhung des Schluckvolumens der Axialkolbenmaschine 18.

Claims

che
Axialkolbenmaschine (18) mit Gehäuse (1) für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb mit variabel einstellbarem Schluckvolumen, mit einer durch eine erste Versteileinrichtung (3) innerhalb eines durch die erste Versteileinrichtung (3) vorgegebenen Winkelbereichs schwenkbaren Schwenkwiege (2), die zumindest eine Oberfläche (22) aufweist und einer drehfest auf einer Achse (24) angeordneten Kolbentrommel (7) mit in der Kolbentrommel (7) angeordneten Kolben (12, 120), wobei die Kolben (12, 120) an der Oberfläche (22) der Schwenkwiege (2) derart anliegen, dass zwischen den Kolben (12, 120) und der Schwenkwiege (2) Druckkräfte übertragen werden können,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Axialkolbenmaschine (18) eine zweite Versteileinrichtung (9, 16) aufweist, die derart bewegbar ist, dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine (18) zusätzlich zum durch die erste
Versteileinrichtung (3) variabel einstellbaren Schluckvolumen veränderbar ist.
Axialkolbenmaschine (18) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberfläche (22) der Schwenkwiege (2) und/oder dass eine
Abstützung (11) für die Schwenkwiege (2) durch die zweite
Versteileinrichtung (9, 16) bewegbar ist.
Axialkolbenmaschine (18) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abstützung (11) in der Kolbentrommel (7) angeordnet ist und die Kolbentrommel (7) oder die Abstützung (11) durch die zweite
Versteileinrichtung (9) axial bewegbar ist.
Axialkolbenmaschine (18) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Versteileinrichtung (9) mittelbar am Gehäuse (1) oder in der Kolbentrommel (7) angeordnet ist
5. Axialkolbenmaschine (18) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwenkwiege (2) mehrteilig ausgebildet ist.
6. Axialkolbenmaschine (18) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkwiege (2) einen Schwenkwiegenkörper (200) und eine im Schwenkwiegenkörper (200) angeordnete Schwenkwiegenscheibe (17) mit der Oberfläche (22) aufweist, wobei die Schwenkwiegenscheibe (17) durch die zweite Versteileinrichtung (16) bewegbar ist.
7. Axialkolbenmaschine (18) nach einem der Ansprüch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Versteileinrichtung (16) in der Schwenkwiege (2) angeordnet ist.
8. Hydraulikhybridanstriebsstrang mit einer Axialkolbenmaschine (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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