JP2009097515A - 流体静力学的なアキシャルピストン機械 - Google Patents

Abstract

【課題】効率および摩耗特性の点で改善されているような流体静力学的なアキシャルピストン機械を提供する。
【解決手段】１つの回転軸線２を中心にして回転可能に支承された回転シリンダブロック３が複数のシリンダ孔４を備えており、該シリンダ孔内にそれぞれ１つのピストン５が長手方向摺動可能に支承されており、回転シリンダブロック３が、ハウジング固定の制御面８に軸方向で支持されており、該制御面に流入接続部１０と流出接続部１１とが形成されており、シリンダ孔４が、それぞれ１つの接続通路１２によって制御面８に接続可能であり、該接続通路１２が、シリンダ孔４から制御面８へ向かって増大する横断面を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイドロスタティック式のアキシャルピストン機械、つまり流体静力学的なアキシャルピストン機械、特に斜板式アキシャルピストン機械であって、１つの回転軸線を中心にして回転可能に支承された回転シリンダブロック（Zylindertrommel）が設けられており、該回転シリンダブロックが、複数のシリンダ孔を備えており、該シリンダ孔内にそれぞれ１つのピストンが長手方向摺動可能に支承されており、回転シリンダブロックが、ハウジング固定の制御面に軸方向で支持されており、該制御面に流入接続部と流出接続部とが形成されており、シリンダ孔が、それぞれ１つの接続通路によって前記制御面に接続可能である形式のものに関する。

斜板構造のこのような形式のアキシャルピストン機械は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３４０６１号明細書に基づき公知である。

このような形式の流体静力学的なアキシャルピストン機械では、回転する回転シリンダブロックと、アキシャルピストン機械の流入接続部および流出接続部を形成する複数の腎臓形の制御通路が形成されているハウジング固定の制御面との間にギャップが必要となる。このギャップには流体静力学的な潤滑膜が形成され、これにより、回転シリンダブロックと制御面とにより形成された流体静力学的な両滑り軸受けの間の摩擦が低減される。

回転シリンダブロックはこの場合、ピストン押圧力によって制御面の方向に負荷される。このピストン押圧力はシリンダ孔内に生ぜしめられる圧力と、圧力負荷された受圧面とにより形成される。この受圧面は、接続通路の横断面がシリンダ孔の横断面よりも小さく形成されることによって形成されている。このようなピストン押圧力に抗して、回転シリンダブロックと制御面との間のギャップに生じる流体静力学的な圧力（開離力）が作用する。この流体静力学的な圧力は前記ギャップ内に生ぜしめられた圧力と、回転シリンダブロックの、制御面に面した端面に形成されたシールウェブ面とから形成される。

ピストン押圧力と、負荷を軽減する流体静力学的な圧力（負荷軽減圧力）との間の力オーバハング（Kraftueberhang）はこの場合、一方では回転シリンダブロックの持上がりが回避され、ひいてはギャップ高さが増大した場合のギャップにおける高い漏れ流が回避され、他方ではギャップ高さが過度に小さくなった場合の回転シリンダブロックと制御面との間の過度に高い摩擦力および摩耗が回避されるように設計されなければならない。

しかし、流体静力学的な圧力は、特に死点における流入接続部から流出接続部へのシリンダ孔の切換制御時、つまり低圧から高圧への切換制御時もしくは高圧から低圧への切換制御時に妨害影響因子にさらされている。この妨害影響因子は実際には、ピストン押圧力の増大により、ひいてはピストン押圧力と、負荷軽減圧力との間の高い力オーバハングによって阻止される。しかし、この高い力オーバハングは回転シリンダブロックと制御面との間の摩擦の増大を招き、ひいてはアキシャルピストン機械の効率の悪化ならびに摩耗の増大を招く。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３４０６１号明細書

本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式の流体静力学的なアキシャルピストン機械を改良して、効率および摩耗特性の点で改善されているような流体静力学的なアキシャルピストン機械を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、接続通路が、シリンダ孔から制御面へ向かって増大する横断面を備えているようにした。

したがって、本発明によれば、接続通路の開口が制御面に向かって拡大され、これによりシールウェブ面は減じられる。シールウェブ面をこのように減少させることにより、死点における切換制御時に生じる、流体静力学的な圧力への妨害影響が減少させられる。妨害影響の減少により、ピストン押圧力と負荷軽減圧力とは、本発明によるアキシャルピストン機械では、より一定の割合にあり、これによって負荷軽減圧力に対するピストン押圧力の力オーバハングを減少させることができる。これにより、回転シリンダブロックと制御面との間の摩擦の低減ならびに回転シリンダブロックと制御面との間のギャップにおける漏れの低減が達成可能となる。これにより、本発明によるアキシャルピストン機械の改善された効率が得られる。さらに、回転シリンダブロックと制御面との間でのアキシャルピストン機械の摩耗が低減され、これにより、流体静力学的な滑り軸受けを形成する回転シリンダブロックと制御面とのために、あまり耐摩耗性ではない廉価な材料を使用することができる。

本発明の有利な構成では、接続通路が、第１の横断面によってシリンダ孔に接続されていて、第２の横断面によって制御面に接続されており、ただし第２の横断面は第１の横断面よりも大きく形成されている。互いに異なる横断面を有するこのような接続通路は、簡単に形成され得る。

第２の横断面が、回転シリンダブロックの、制御面に面した端面に接続通路の凹設部として形成されていると特別な利点が得られる。これにより、接続通路のシリンダ孔側の範囲において、隣接し合う接続通路の間に、回転シリンダブロックに設けられた結合ウェブの、強度理由から必要となる所定の最小ウェブ幅が維持されることが達成される。

本発明のさらに別の有利な構成では、第１の横断面および／または第２の横断面が、円環形に形成されている。

本願発明のさらに別の特に有利な構成では、第１の横断面および／または第２の横断面が、つまり第１の横断面および第２の横断面の少なくともいずれか一方が、繭形もしくは腎臓形に形成されている。腎臓形の横断面を用いると、接続通路の開口を制御面に向かって簡単に拡大させることができ、ひいてはシールウェブ面を減少させ、これにより妨害影響を減少させることができる。

僅かな構成手間の点では、第１の横断面が円環形に形成されていて、第２の横断面が繭形もしくは腎臓形に形成されていると有利である。

第２の横断面が腎臓形の横断面を有しており、ただし第２の横断面の幅は、腎臓形の第１の横断面の幅もしくは円環形の第１の横断面の直径にほぼ相当しており、第２の横断面の長さは、腎臓形の第１の横断面の長さもしくは円環形の第１の横断面の直径に比べて拡大されていると有利である。

本発明のさらに別の有利な構成では、第１の横断面から第２の横断面への移行部が、段状に形成されている。

本発明のさらに別の有利な構成では、第１の横断面から第２の横断面への移行部が、連続的に形成されている。この場合、接続通路の第１の横断面から第２の横断面への移行部における圧力媒体流に基づいたエロージョン摩耗を簡単に回避することができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、第１の横断面から第２の横断面への移行部が、斜めに形成されている。斜めの移行部、つまりホッパ形の移行部を用いると、連続的な移行部を簡単に製作することができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、第１の横断面から第２の横断面への移行部が、凸面状に形成されている。これにより、穏やかな連続的な移行部が得られ、エロージョン摩耗が有効に回避され得る。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１には、公知先行技術の、たとえば斜板機械として形成された流体静力学的なアキシャルピストン機械１が縦断面図で図示されている。

アキシャルピストン機械１は、１つの回転軸線２を中心にして回転可能に支承された回転シリンダブロック３を有している。この回転シリンダブロック３は同心的に配置された複数のシリンダ孔４を備えており、これらのシリンダ孔４内にはそれぞれ１つのピストン５が長手方向摺動可能に支承されている。

ピストン５はこの場合、それぞれ１つのスライドシュー６によって斜板７に支持されている。この斜板７はハウジング（図示しない）に一体成形されていてよく、この場合、アキシャルピストン機械１は固定の押しのけ容積を有している（定容量型）。しかし、斜板７を調節可能に形成することも可能であり、これによりアキシャルピストン機械１は可変の押しのけ容積を有する（可変容量型）。

回転シリンダブロック３は軸方向でハウジング固定の制御面８に支持されている。この制御面８はディスク状の制御底部９に形成されている。この制御底部９は繭形もしくは腎臓形の制御ポートとして制御スリット１０ａ，１１ａを備えており、これらの制御スリット１０ａ，１１ａはアキシャルピストン機械１の流入接続部１０と流出接続部１１とを形成している。回転シリンダブロック３は各シリンダ孔４のためにそれぞれ１つの接続通路１２を備えており、この接続通路１２は回転シリンダブロック３の回転時にシリンダ孔４と流入接続部１０ならびに流出接続部１１との接続を可能にする。

接続通路１２は図２に図示されているように、長さＬ１を有する繭形もしくは腎臓形の一定の横断面を有している。接続通路１２の腎臓形の横断面の代わりに、直径Ｌ１を有する接続通路の円環形の横断面を設けることもできる。

各接続通路１２の間では、回転シリンダブロック３にそれぞれ結合ウェブが形成されている。この結合ウェブは強度理由から所定の最小幅Ｓを下回ってはならない。

アキシャルピストン機械１の運転中に、回転シリンダブロック３はピストン押圧力によって軸方向で制御面８の方向に負荷される。ピストン押圧力は、シリンダ孔４内に生ぜしめられる圧力と、圧力負荷される受圧面Ａ_Ｋとにより形成される。接続通路１２の横断面は、シリンダ孔４の横断面よりも小さく形成されており、この場合、この差により、受圧面Ａ_Ｋが形成される。このピストン押圧力に抗して、回転シリンダブロック３と制御面８との間のギャップに生じる流体静力学的な圧力が作用する。この流体静力学的な圧力は、前記ギャップに生ぜしめられる圧力と、回転シリンダブロック３の、制御面８に面した端面に形成されたシールウェブ面Ａ_Ｅとから生ぜしめられる。

図３には、１つのシリンダ孔４に、ひいては１つの腎臓形の接続通路１２に対応配置されたシールウェブ面Ａ_Ｅが図示されている。このシールウェブ面Ａ_Ｅは周方向においてはアキシャルピストン機械１のピッチ角度αを有する１つの円環状のセクタにより、半径方向では内側および外側の輪郭を画定する半径方向の輪郭画定部によりそれぞれ画定されており、この場合、シールウェブ面Ａ_Ｅの内側および外側の半径方向の画定部は、それぞれ接続開口もしくは接続通路１２の内径もしくは外径と、制御面８の半径方向内側の輪郭もしくは半径方向外側の輪郭を画定する画定部との間の中間の直径により形成されている。

図４には、上死点の範囲における流入接続部１０から流出接続部１１への切換制御時における接続通路１２、ひいてはシリンダ孔４が図示されている。

しかし、接続通路１２に対応配置されたシールウェブ面Ａ_Ｅは、死点における流入接続部１０から流出接続部１１へのシリンダ孔の切換制御時に以下の妨害影響因子にさらされている。

図４において、流入接続部１０がアキシャルピストン機械１の高圧側を形成していて、流出接続部１１がアキシャルピストン機械１の低圧側を形成している場合、接続通路１２、ひいては対応するシリンダ孔４は、図４に示した位置において既に流出接続部１１へ切換制御されている。したがって、圧力負荷される受圧面Ａ_Ｋは、流出接続部１１に生ぜしめられる低圧によって負荷されており、これにより制御面８には、回転シリンダブロック３の小さなピストン押圧力が加えられる。しかし、高圧側を形成する流入接続部１０に生ぜしめられる圧力域Ｐは接続通路１２の図示の位置において、接続通路１２に対応配置されたシールウェブ面Ａ_Ｅ内に侵入していて、低圧によって負荷された当該シールウェブ面Ａ_Ｅにおいて欠陥面（Fehlflaeche）Ａ_Ｆｅｈｌを形成している。この欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌは流入接続部１０に生ぜしめられる高圧によって負荷されている。したがって、高圧によって負荷されたこの欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌは、高い流体静力学的な負荷軽減圧力を生ぜしめ、これにより回転シリンダブロック３が制御面８から持ち上がる恐れがあり、回転シリンダブロック３と制御面８との間のギャップに、高められた漏れ流が生じる恐れがある。このような高められた漏れ流はアキシャルピストン機械の効率の低下を招く。

相応して、流入接続部１０が低圧側を形成していて、流出接続部１１が高圧側を形成している場合、接続通路１２の、図４に図示されている位置では、対応するシリンダ孔４が、流出接続部１１に生ぜしめられる高圧によって負荷されている。これにより、受圧面Ａ_Ｋには、高いピストン押圧力が生ぜしめられる。この運転状態では、やはり流入接続部１０に生ぜしめられる低圧によって負荷されている、低圧側の圧力域Ｐによって形成された欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌが、対応する接続通路１２の、高圧によって負荷されたシールウェブ面Ａ_Ｅ内へ侵入して妨害影響因子となる。これにより、流体静力学的な負荷軽減圧力は減じられ、そして制御面８への回転シリンダブロック３の押圧力は増大する。これにより、回転シリンダブロック３と制御面８との間には、高められた摩耗および高められた摩擦が生じ、このような摩耗および摩擦はやはりアキシャルピストン機械の悪化された効率を招く。

本発明によれば、図５に図示されているように、相応するシリンダ孔４を制御面８に接続する接続通路１２が、シリンダ孔４から制御面８へ向かって増大する横断面を備えている。

接続通路１２はこの場合、第１の横断面Ｑ１と、第２の横断面Ｑ２とを有している。第１の横断面Ｑ１によって接続通路１２はシリンダ孔４に接続されている。第２の横断面Ｑ２は回転シリンダブロック３の端面に形成されていて、この第２の横断面Ｑ２によって接続通路１２は制御面８に接続されている。第２の横断面Ｑ２は第１の横断面Ｑ１よりも大きく形成されている。

図５に示した本発明の実施例では、第１の横断面Ｑ１および第２の横断面Ｑ２が、それぞれ等しい幅の繭形もしくは腎臓形の横断面を備えており、この場合、第２の横断面Ｑ２の長さＬ２は第１の横断面Ｑ１の長さＬ１に比べて増大されている。

第２の横断面Ｑ２は回転シリンダブロック３の、制御面８に面した側の端面に接続通路１２の凹設部として形成されている。この場合、この凹設部は深さＴを備えている。これにより、各接続通路１２の間では、回転シリンダブロック３の結合ウェブの、強度理由から必要となる最小幅Ｓを得ることができる。

第１の横断面Ｑ１および第２の横断面Ｑ２はこの場合、互いに等しい幅を有していてよい。しかし、第２の横断面Ｑ２に、第１の横断面Ｑ１よりも大きな幅を施与することも可能である。さらに、腎臓形の横断面の代わりに、第１の横断面および／または第２の横断面に円形の横断面を付与することができる。

接続通路１２の第１の横断面Ｑ１から第２の横断面Ｑ２への移行部１５は、図５および図８の右側の実施例からよく分かるように、段状に形成されていてよい。

さらに、移行部１５は、本発明によるアキシャルピストン機械の、図８の左側の実施例および真ん中の実施例に示されているように、連続的に形成されていてよい。この場合、図８の左側に図示されている実施例の場合のように、移行部１５を斜面２０により形成することができる。これによりホッパ状の移行部１５が生ぜしめられる。あるいはまた、図８の真ん中に図示した実施例の場合のように移行部１５を、凸面状の曲線２１を描くように形成することもできる。

図６から判るように、腎臓形の第２の横断面Ｑ２の長さＬ２は、シリンダ孔４に対応配置されたシールウェブ面Ａ_Ｅのほぼ全体にわたって延びている。図７と相まって明らかであるように、死点の範囲における流入接続部１０から流出接続部１１へのシリンダ孔４の切換制御時には、拡大された第２の横断面Ｑ２によって、シールウェブ面Ａ_Ｅに高圧もしくは低圧によって負荷された、減じられた欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌしか生ぜしめられなくなる。

この場合、シールウェブ面Ａ_Ｅが、低圧によって負荷された流入接続部１０から、高圧によって負荷された流出接続部１１へのシリンダ孔４の切換制御時に高圧によって負荷されていて、低圧によって負荷された欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌが、高圧によって負荷されたシールウェブ面Ａ_Ｅ内へ侵入すると、欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌが占める割合が減じられたことに基づき、低圧によって負荷された欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌにおけるピストン押圧力によって回転シリンダブロック３の減じられた付加的な押圧が得られる。

相応して、シールウェブ面Ａ_Ｅが、高圧によって負荷された流入接続部１０から、低圧によって負荷された流出接続部１１へのシリンダ孔４の切換制御時に低圧によって負荷されていて、高圧によって負荷された欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌが、低圧によって負荷されたシールウェブ面Ａ_Ｅ内へ侵入すると、高圧によって負荷された欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌが占める割合が減じられたことに基づき、高圧によって負荷された欠陥面Ａ_Ｆｅｈｌにおける負荷軽減圧力の増大が減じられる。

したがって、ピストン押圧力対負荷軽減圧力の割合は、より一定となる。したがって、妨害影響因子の低減により、本発明によるアキシャルピストン機械は改善された効率および低減された摩耗を有している。これにより、回転シリンダブロック３と制御面８とから形成された流体静力学的な滑り軸受けのために、あまり耐摩耗性でない材料ペアリング、つまり廉価な材料ペアリングを使用することができる。

公知先行技術によるアキシャルピストン機械の縦断面図である。 図１に示したアキシャルピストン機械の回転シリンダブロックおよび制御面の展開断面図である。 図１に示したアキシャルピストン機械の回転シリンダブロックの平面図である。 図１に示したアキシャルピストン機械の制御面の平面図である。 本発明によるアキシャルピストン機械の回転シリンダブロックおよび制御面の展開断面図である。 図５に示したアキシャルピストン機械の回転シリンダブロックの平面図である。 図５に示したアキシャルピストン機械の制御面の平面図である。 本発明によるアキシャルピストン機械の改良形による回転シリンダブロックおよび制御面の展開断面図である。

符号の説明

１ アキシャルピストン機械
２ 回転軸線
３ 回転シリンダブロック
４ シリンダ孔
５ ピストン
６ スライドシュー
７ 斜板
８ 制御面
９ 制御底部
１０ 流入接続部
１１ 流出接続部
１０ａ,１１ａ 制御スリット
１２ 接続通路
１５ 移行部
２０ 斜面
２１ 凸面状の曲線

Claims (11)

1. 流体静力学的なアキシャルピストン機械であって、１つの回転軸線を中心にして回転可能に支承された回転シリンダブロックが設けられており、該回転シリンダブロックが、複数のシリンダ孔を備えており、該シリンダ孔内にそれぞれ１つのピストンが長手方向摺動可能に支承されており、回転シリンダブロックが、ハウジング固定の制御面に軸方向で支持されており、該制御面に流入接続部と流出接続部とが形成されており、シリンダ孔が、それぞれ１つの接続通路によって前記制御面に接続可能である形式のものにおいて、接続通路（１２）が、シリンダ孔（４）から制御面（８）へ向かって増大する横断面を備えていることを特徴とする、流体静力学的なアキシャルピストン機械。
2. 接続通路（１２）が、第１の横断面（Ｑ１）によってシリンダ孔（４）に接続されていて、第２の横断面（Ｑ２）によって制御面（８）に接続されており、ただし第２の横断面（Ｑ２）は第１の横断面（Ｑ１）よりも大きく形成されている、請求項１記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
3. 第２の横断面（Ｑ２）が、回転シリンダブロック（３）の、制御面（８）に面した端面に接続通路（１２）の凹設部として形成されている、請求項２記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
4. 第１の横断面（Ｑ１）および／または第２の横断面（Ｑ２）が、円環形に形成されている、請求項２または３記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
5. 第１の横断面（Ｑ１）および／または第２の横断面（Ｑ２）が、腎臓形に形成されている、請求項２から４までのいずれか１項記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
6. 第１の横断面（Ｑ１）が円環形に形成されており、第２の横断面（Ｑ２）が腎臓形に形成されている、請求項２から５までのいずれか１項記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
7. 第２の横断面（Ｑ２）が腎臓形の横断面を有しており、ただし第２の横断面（Ｑ２）の幅は、腎臓形の第１の横断面（Ｑ１）の幅もしくは円環形の第１の横断面（Ｑ１）の直径にほぼ相当しており、第２の横断面（Ｑ２）の長さ（Ｌ２）は、腎臓形の第１の横断面（Ｑ１）の長さ（Ｌ１）もしくは円環形の第１の横断面（Ｑ１）の直径に比べて拡大されている、請求項５または６記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
8. 第１の横断面（Ｑ１）から第２の横断面（Ｑ２）への移行部（１５）が、段状に形成されている、請求項２から７までのいずれか１項記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
9. 第１の横断面（Ｑ１）から第２の横断面（Ｑ２）への移行部（１５）が、連続的に形成されている、請求項２から７までのいずれか１項記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
10. 第１の横断面（Ｑ１）から第２の横断面（Ｑ２）への移行部（１５）が、斜めに形成されている、請求項９記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
11. 第１の横断面（Ｑ１）から第２の横断面（Ｑ２）への移行部（１５）が、凸面状に形成されている、請求項９記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。

Images