JP2004504535A

JP2004504535A - 油圧変換器

Info

Publication number: JP2004504535A
Application number: JP2002512540A
Authority: JP
Inventors: ルドルフ　シャファー
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2004-02-12
Also published as: US20030113212A1; WO2002006669A1; DE50105252D1; US6887045B2; EP1299644B1; EP1299644A1; DE10034238A1

Abstract

本発明は、多数のディスプレーサが押しのけ部材内に案内される油圧変換器に関するものである。ディスプレーサの行程は、カム要素の介在により定められ、圧力媒体の供給および吐出が、少なくとも３つの制御用溝を有する制御部材の介在によって制御される。本発明によると、押しのけ部材またはカム要素ないしは制御部材のいずれかを駆動することができるのに対し、いずれの部品が駆動されるかによって、カム要素または押しのけ部材が自由に調整できるように取り付けられ、そして、残りの第３の部品がハウジングと一体に収容される。

Description

【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前文に従った油圧変換器に関するものである。
【０００２】
油圧変換器は、静水圧モータおよびポンプの流体継手を介して、エネルギー流（Ｑ_１×ｐ_１）がエネルギー流（Ｑ_２×ｐ_２）に変換されるユニットである。処理工程において、ポンプに接続された使用装置を駆動するために必要とされるエネルギーの量だけが、既存の圧力供給装置から引き出される。このような油圧変換器は、ラジアルピストンエンジンまたはアキシャルピストンエンジンとして設計することができる。
【０００３】
米国特許第３，１８８，９６３号は、回転可能なシリンダ内に案内されるディスプレーサが固定の斜板に支持されている斜板式モータの形態を有する油圧変換器を開示している。斜板の角度によって、ディスプレーサのピストン行程が決められる。圧力媒体の供給と吐出が、４つの腎臓形制御部を有する制御ディスクを用いて行われており、そこで、それぞれの組の腎臓形制御部がモータおよびポンプと協働されている。
【０００４】
米国特許第３，０７９，８６４号には、羽根セル構成の油圧変換器が開示されている。この解決法においては、半径方向に並進運動可能な多数のディスプレーサがロータ内に取り付けられ、カムリングに対して押され付勢されている。圧力媒体の供給および吐出は、上記の解決法と同様に、前端側に配置された制御ディスクを用いて行われている。
【０００５】
国際公開９７／３１１８５号および参考文献、Ｓｉｅｇｆｒｉｅｄ　Ｒｏｔｔｈａｕｓｅｒ、Ｐｅｔｅｒ　Ａｃｈｔｅｎ著「Ｅｉｎ　ｎｅｕｅｒ　ａｌｔｅｒ　Ｂｅｋａｎｎｔｅｒ−ｄｅｒ　Ｈｙｄｒｏｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｏｒ」、Ｏ＋Ｐ「Ｏｌｈｙｄｒａｕｌｉｋ　ｕｎｄ　Ｐｎｅｕｍａｔｉｋ」４２（１９９８年）ＮＯ．６、Ｐ．３７４以下の参照から、変圧比、すなわち供給圧力と使用装置の荷重圧力との間の比が変動可能である、いわゆるＩＮＮＡＳ油圧変換器が周知である。この目的のために、制御ディスクには３つの腎臓形制御部が設けられており、制御ディスクのディスプレーサの死点位置までの相対的位置が、アキシャルピストン機械の斜板に対して制御ディスクを回転させることによって変更可能である。制御ディスクを調整することによって、斜板を横切るトルクの平衡が変化される。油圧変換器を停止させるためには、斜板に作用するトルクの合計がゼロになるニュートラル位置に、制御ディスクが入れられなければならない。所定の変圧比のために必要な制御ディスクの回転位置を精密に調整するための調節は、比較的に複雑である。
【０００６】
このような背景の前に、本発明は、変圧比の容易な調整が可能な油圧変換器を提供するという目的に基づいている。
【０００７】
この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を有する油圧変換器によって達成される。
【０００８】
本発明によれば、油圧変換器には、ディスプレーサを収容する押しのけ部材と、行程の方向にディスプレーサに作用するカム要素と、タンクポート、作業ポートおよび供給ポートへの圧力媒体の供給を制御する制御部材とが設けられており、これらの要素の１つが、駆動機構によって回転駆動することが可能である。いずれの部品が駆動されるかによって、押しのけ部材またはカム要素は、反力の結果として自由に自動調整できるように、油圧変換器のハウジング内に取り付けられる。それぞれの第３の部品、すなわち駆動されていない部品または自由に調整可能な部品が、ハウジング内に固定して取り付けられる。
【０００９】
１つの部品が駆動される結果として、変圧比が、駆動機構の回転速度によって実質的に決められるので、使用装置における調整可能な圧力が、従って、駆動される部品の回転速度および利用可能な供給圧力の関数になる。駆動機構が作動しなくなると、第２の部品の自由な可動性のために、油圧変換器は、供給圧力および荷重圧力に依存していて、トルクが作用していない平衡位置を直ちに取るものであり、さらにまた、油圧変換器は、ＩＮＮＡＳ油圧変換器において必要とされるような複雑なフィードバック制御手段なしに、自動的に回復される。
【００１０】
本発明に従った解決方法は、駆動機構の回転速度に基づく極めて容易な変圧比の調整を可能にするものであり、そこで、駆動機構が作動しなくなるや否や直ちに、平衡位置が自動的に取られるので、従来の解決方法と比較して作動の安全性が実質的に高められる。
【００１１】
駆動機構の回転速度制御手段のおかげで、種々な変圧比が、極めて簡単な方法で、調整することができる。定圧比においては、油圧変換器の流量は、設定回転速度に比例する。
【００１２】
本発明に従った基本的な概念が、アキシャルおよびラジアル設計両方の油圧変換器において実現することができる。
【００１３】
必要条件によって、駆動部品、固定部品および自動調整部品は、以下の好ましい変形において実現することができる。
【００１４】
特に有利な実施形態においては、ディスプレーサを受ける押しのけ部材が、ハウジング内に固定して取り付けられるのに対して、制御部材は、駆動機構によって駆動することができ、そして、カム部材は、ハウジング内に回転可能に取り付けられる。固定の押しのけ部材のために、関連したロータと共にディスプレーサが加速されなければならない従来の解決方法と比較して、加速されることになる質量が実質的に減少されるので、最小限の損失において、変圧比をより精密に、かつ迅速に調整することが可能になる。
【００１５】
第２の変形においては、制御部材が固定して取り付けられて、押しのけ部材が回転可能にハウジング内に取り付けられるのに対して、ディスプレーサに作用するカム部材は、駆動される。
【００１６】
第３の別の形態においては、押しのけ部材が駆動されるのに対して、制御部材が固定して取り付けられて、カム要素がハウジング内に回転可能に取り付けられる。
【００１７】
特に好ましい実施形態においては、油圧変換器は、アキシャルピストン設計（斜板）または羽根セル機械として実現される。
【００１８】
本発明のさらに別の有利な展開は、特許請求の範囲の残りの従属請求項の主題である。
【００１９】
以下に、本発明の好ましい例示的な実施形態が、概略図面を参照することによって一層詳細に説明される。
【００２０】
図１乃至図３に、本発明に従った油圧変換器１の第１の実施形態が、アキシャルピストンの設計において実現されて示される。図１は、油圧変換器１における著しく簡略化された縦方向断面を示しており、この油圧変換器１は、部分円に沿ってドラム２内に形成された軸方向に延びる多数のシリンダチャンバ４を有している。図示の実施形態においては、合計で１８個のシリンダチャンバ４がドラム２内に形成されている。各々のシリンダチャンバ４には、ピストン形状のディスプレーサ６が案内されており、これらディスプレーサ６のピストン下部が、直接に、または摺動ブロックを介して、のいずれかによって、斜板１０の傾斜面８上に支持されている。シリンダチャンバ４は、制御開口部１２を介して、斜板１０と反対側を向いているドラム２の前端面１４に開口している。
【００２１】
全体で１８個の制御開口部１２に、前端面１４に水密に取り付けられた制御ディスク２０の３つの腎臓形制御部１６、１７、１８が協働されている。これら３つの腎臓形制御部１６、１７、１８は、それぞれ、図２に示されるタンクポートＴ、作業ポートＡおよび供給ポートＰと接続されている。
【００２２】
本発明に従えば、部品を回転させることができる別個の駆動機構が、斜板１０、ドラム２または弁板２０のいずれかに協働されている。どの部品が駆動されるかによって、ドラム２または斜板１０のいずれかが、自由に調整できるように油圧変換器１のハウジング（図示せず）内に取り付けられるが、各々の第３の部品はハウジング内に固定して取り付けられる。
【００２３】
図１に示される実施形態において、回転速度制御手段を有する弁板２０自体の駆動機構２２を介して、弁板２０を駆動させることができるものと考えられる。この実施形態においては、ドラム２は、ハウジングと一体的に回転するように取り付けられる。すなわち、「ドラム」という表現は、必ずしもこの部品をハウジング内に回転可能に取り付けることを決めているものではない。この実施形態において、斜板１０は、ディスプレーサ６により傾斜面８に伝えられるトルクによって生じる回転位置を有するようにハウジング内に回転可能に取り付けられている。
【００２４】
このトルクは、ディスプレーサ６が配置される部分円の半径と、供給ポート（高圧）と作業ポート（荷重圧力）に作用する圧力とによって決まる。定圧比において、流量は、駆動機構２２の駆動制御手段を介して調整することができる弁板２０の回転速度に比例する。
【００２５】
駆動機構２２が作動しなくなると、斜板１０は、この斜板１０に作用するトルクの合計がゼロとなる平衡位置を自動的に取り、これによって、油圧変換器は、例えば、停電の場合には、ゼロに戻され、このために、作業ポートへの圧力媒体の供給が行われなくなる。これは、本発明に従った油圧変換器の重要な安全性の利点である。
【００２６】
ディスプレーサ６を含む比較的重いドラム２が、説明されている実施形態においては、回転しないために、従来の解決方法と比較すると、移動質量が相対的に少ないので、より高い回転速度レベルを調整することができる。
【００２７】
同じ駆動トルクにおいて、油圧変換器は、ＩＮＮＡＳ油圧変換器よりも一層動的に作動することができる。
【００２８】
説明の始めに述べたように、本発明は、固定のドラム２および自由に調整可能な斜板１０を有する駆動される弁板２０に全く制限されるものではなく、原則的には、他の２つ部品、すなわち斜板１０またはドラム２が、駆動機構２２によって駆動されるようにできるし、また、他の２つの部品が、表１の構成において、ハウジング内に固定されるか、または回転できるように配置される。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１によると、弁板が自由に回転可能である１つの組合せ、または斜板がハウジング内に固定して取り付けられる１つの組合わせを除いては、如何なる組合わせも、それに応じて実現することができる。ここで、「斜板」という用語は、回転斜板または曲げ軸を有するアキシャルピストン構成も含んでいる。
【００３１】
図３は、図１に示される油圧変換器１の概略的な展開図を示しており、単一の部品の相互関係が良好に理解できるもので、弁板２０が３６０°まで完全に回転する間の単一の部品の相対的な配置が示されている。傾斜面８によって決められるようなディスプレーサ６の押上げ運動を定めるカムディスクは、制御ディスク２０の角位置およびポートＰ、ＡおよびＴにおいて作用する圧力の関数としてのトルクの平衡が崩された結果として自動的に調整される。ドラム２は、弁板２０および斜板１０に対して固定されている。
【００３２】
駆動機構２２が作動されないとき、すなわち弁板２０が固定されている間、カムディスクとして作用する傾斜面８を有する斜板１０は、この斜板１０に作用するトルクがゼロとなるように斜板１０に作用するトルクの結果として自動調整を行う。図３に示される平衡位置は、供給ポートおよび作業ポート（荷重圧力）がほとんど同じ圧力になっているときに生じる。作業ポートＡにおける荷重圧力が極く僅かである場合には、斜板１０は、腎臓形制御部１８を介して高圧に曝されるディスプレーサ６が、傾斜面８によって形成されるカムディスクの谷の中に配置されるまで、図３による位置から左方に移動する。
【００３３】
制御ディスク２０が矢印の方向に駆動されるときに、供給ポートＰと作動的に接続されたディスプレーサチャンバ６は、圧力供給を連続的に受けるので、斜板１０は、水平方向に作用する圧縮力の分力Ｆ_Ｈに基づいて左方に動かされる。
【００３４】
上述の実施形態において、油圧変換器は、アキシャルピストン設計において実現される。しかしながら、本発明は、アキシャルピストン機械に限定されるものではなく、例えば、ラジアルピストン機械や、サイクロイド歯車、羽根セル機械などのような他の押しのけ原理にも適用することができるものである。
【００３５】
図４および図５は、羽根セル設計において実現された油圧変換器１の第２の実施形態の、著しく簡略化された断面図を示している。同様な羽根セルユニットは、回転可能に取り付けられたロータ２８を有しており、周囲に半径方向の凹部が設けられていて、この凹部内に半径方向に移動可能な羽根３０が案内されている。ロータ２８から半径方向に突出する羽根３０の端部分は、偏心距離ｅだけロータ２８からオフセットしたカムリング３２に支持されている。図４および図５の図示によると、カムリング３２は、羽根３０を有するロータ２８の周りに達している。２つの隣接する羽根３０と、カムリング３２とロータ２８との互いに向かい合う周壁は、一方において弁板３６によって、他方において前板（図示せず）によって、前側に定められたディスプレーサチャンバ３４を形成している。弁板３６は、先に説明された実施形態と同じように、それぞれ、タンクポートＴ、作業ポートＡおよび供給ポートＰと協働された３つの腎臓形制御部１６、１７および１８を有している。従って、これらの腎臓形制御部を用いることによって、上述のディスプレーサチャンバ３４を、部品の相対的な位置に依存する供給ポート、作業ポートまたはタンクポートと接続することが可能になる。
【００３６】
図４および図５に示される実施形態において、羽根３０を有するロータ２８は、実際に、ディスプレーサ６を有するドラム２に対応しており、カムリング３２は、斜板１０に対応している。前端側の終端部を構成し、かつ腎臓形制御部１６、１７、１８を有する弁板３６は、機能に関しては、図１乃至図３の弁板２０と実際に同じである。これらの関連性を用いて、表１に従った変形を羽根セルユニットに移すこともできる。
【００３７】
図４および図５に示される実施形態において、腎臓形制御部１６、１７、１８を有する弁板３６は、油圧変換器１のハウジング（図示せず）内に固定して取り付けられているが、羽根３０を有するロータ２８は、回転速度を調節する駆動機構を介して駆動することができる。別の形態として、「ロータ」をハウジング内に固定して取り付けることも可能である。カムリング３２は、ロータ２８に関連する特定の回転位置における反力に基づいた配向方向を取ることができるように、ハウジング内に取り付けられる。言い換えると、この自由な調整機能は、カムリング３２の波打ち運動による調整を実質的に含んでいる。
【００３８】
図４は、供給ポートＰにおける圧力が、使用装置ポートＡにおける圧力とほぼ等しいときに生じる平衡位置を示している。このときに、２つの腎臓形制御部１７および１８は、羽根３０の２つの死点位置を含む対称軸心３８に対して対称に配置されている。
【００３９】
作業ポートＡにおける荷重圧力が、タンクポートＴにおける圧力とほぼ同じ場合には、図５に示される平衡位置が従って生じ、この平衡位置において、供給ポートＰと接続された腎臓形制御部１８は、死点位置を決める対称軸心３８に対して対称である。
【００４０】
ロータ２８が速度制御される駆動機構を介して駆動される場合には、カムリングに作用するトルクの平衡は、上述した実施形態と同じ方法で崩されるので、カムリングは、作業ポートＡおよび使用装置ポートＰにおける圧力比に基づいた新しい平衡位置に向かう方向に回転される。ロータ２８の運動の循環運動に基づいて、カムリング３２は、また波打ち運動を行う。供給ポートＰと作業ポートＡとの間の一定の変圧比において、流量は、ロータ２８の回転速度に比例する。上述の実施形態に対応して、代わりに、カムリング３２または弁板３６を駆動することも可能であり、その場合には、平衡位置に向かう方向に自由に自動調整する部品は、常に、ロータ２８か、またはカムリング３２のいずれかでなければならない。その他の点については、図４および図５に示される油圧変換器の機能は、図１乃至図３の油圧変換器の機能と一致するものであるので、さらなる説明を省略することができる。
【００４１】
圧力変換を定める部品、すなわち、押しのけ部材（ロータ２８、ドラム２）、カム要素（カムリング３２、斜板１０）または制御部材（弁板２０、３６）のうちの１つを、回転速度制御手段のもとで駆動することができるのに対して、どの部品が駆動されるかによって、押しのけ部材またはカム要素が自由に調整できるように取り付けられるが、他方にて、残りの第３の部品がハウジング内に固定して収容されることが、本発明において極めて重要である。
【００４２】
多数のディスプレーサが押しのけ部材内に案内される油圧変換器が開示されている。ディスプレーサの行程は、カム要素の介在によって決められ、圧力媒体の供給および吐出が、少なくとも３つの制御用溝を有する制御部材の介在によって制御される。本発明に従えば、押しのけ部材またはカム要素ないしは制御部材のいずれかを駆動することができるのに対し、いずれの部品が駆動されるかによって、カム要素または押しのけ部材が自由に調整できるように取り付けられ、そして、残りの第３の部品がハウジングと一体に収容されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
アキシャルピストン設計における本発明の油圧変換器の概略的な縦断面図である。
【図２】
図１のアキシャルピストン設計における本発明の油圧変換器のＡ−Ａ線矢視方向の概略的な横断面図である。
【図３】
作動を明らかにするために、図１の油圧変換器の展開図を示す。
【図４】
羽根セル機械の形態を有する本発明の油圧変換器の実施形態における２つの異なる作動条件の１つを示す図である。
【図５】
図４の羽根セル機械の形態を有する本発明の油圧変換器の実施形態における２つの異なる作動条件の別の１つを示す図である。
【符号の説明】
１　　油圧変換器
２　　ドラム
４　　シリンダチャンバ
６　　ディスプレーサ
１０　斜板
１２　制御開口部
１４　前端面
１６　腎臓形制御部
１７　腎臓形制御部
１８　腎臓形制御部
２０　弁板
２２　駆動機構
２８　ロータ
３０　羽根
３２　カムリング
３４　ディスプレーサチャンバ
３６　弁板
３８　回転軸

Claims

ダイ圧力媒体の供給および吐出が、それぞれ作業ポート（Ａ）、供給ポート（Ｐ）およびタンクポート（Ｔ）と接続される少なくとも３つの腎臓形制御部（１６、１７、１８）を有する制御部材（２０、３６）を用いて制御可能であり、押しのけ部材（２、２８）内に案内されて、可変のディスプレーサ容積を定め、かつカム要素（１０、３２）に支持された多数のディスプレーサ（６、３０）を有する油圧変換器において、
押しのけ部材（２、２８）、カム要素（１０、３２）および制御部材（２０、３６）の部品のうち、１つは、駆動機構（２２）を用いて回転可能に駆動することができるのに対し、前記制御部材（２０、３６）を除いた第２の部品は、反力の結果として回転可能であり、そして、前記カム部材（２、２８）を除いた第３の部品は、前記油圧変換器（１）のハウジング内に固定して取り付けられることを特徴とする油圧変換器。
前記押しのけ部材（２、２８）が固定して取り付けられて、前記カム部材（１０、３２）が回転可能に取り付けられ、そして、前記制御部材（２０、３６）が駆動されることを特徴とする請求項１に記載の油圧変換器。
前記制御部材（２０、３６）が固定して取り付けられて、前記押しのけ部材（２、２８）が回転可能に取り付けられ、そして、前記カム部材（１０、３２）が駆動されることを特徴とする請求項１に記載の油圧変換器。
前記制御部材（２０、３６）が固定して取り付けられて、前記カム部材（１０、３２）が回転可能に取り付けられ、そして、前記押しのけ部材（２、２８）が駆動されることを特徴とする請求項１に記載の油圧変換器。
回転速度制御手段が、前記駆動機構（２２）に協働されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の油圧変換器。
アキシャルピストンの設計において実現されて、前記制御部材が弁板（２０）であり、前記カム要素が斜板または回転斜板（１０）であって、そして、前記押しのけ部材がディスプレーサ（６）を有するドラム（２）であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の油圧変換器。
羽根セルユニットの形状を有していて、前記制御部材が弁板（３６）であり、前記押しのけ部材が半径方向に案内される羽根（３０）を有するロータ（２８）であって、そして、前記カム要素がカムリング（３２）であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の油圧変換器。