JP2012524209A - 調節された行程容積を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイドロスタティック式のピストン機械（１）の調節された行程容積を検出するための装置に関する。当該装置は、作動運動を発生させるための作動エレメント（４）と、該作動エレメント（４）の位置を検出するためのセンサ（６）とを有している。該センサ（６）により、前記作動エレメント（４）の位置を特徴付ける信号が発生させられる。前記作動エレメント（４）は、変速装置（５）を介して前記センサ（６）と協働する。該変速装置（５）は、本発明によれば、溝（１１）を有しており、該溝（１１）が、前記作動エレメント（４）の運動方向に対して平行に位置する平面に沿って延びている。該溝（１１）の長手方向軸線は、前記溝（１１）の平面に運動方向を投影すると、該運動方向との間に０とは異なる角度（α）を成している。前記溝（１１）内には、前記作動エレメント（４）の運動を伝達するために伝達エレメント（１０）が係合している。

Description

本発明は、ハイドロスタティック式の、つまり流体静力学式のピストン機械の調節された行程容積を検出するための装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許第１０１１９２３６号明細書に基づき、斜軸構造のハイドロスタティック式のピストン機械が公知である。この公知のアキシャルピストン機械は調節可能に構成されている。駆動シャフト軸線に対して回転シリンダブロック軸線の傾斜角を調節するためには、作動ピストンを備えた作動装置が設けられている。この作動ピストンはその作動ピストン軸線の方向に移動可能に案内されていて、調節のために回転シリンダブロックに結合されている。アキシャルピストン機械の調節された旋回角度を検出し得るようにするためには、センサが設けられている。このセンサは回転角度センサとして構成されている。作動ピストンの位置を検出し、ひいてはアキシャルピストン機械の調節された押しのけ容積または吸込み容積を検出するためには、センサのシャフトにレバーアームが配置されている。このレバーアームの一方の端部はセンサのシャフトに相対回動不能に結合されているが、反対の側の他方の端部は作動ピストンに設けられた切欠き内に挿入されている。これによって、作動ピストンの線状の移動により、シャフト軸線を中心としたレバーアームの旋回が生ぜしめられる。レバーアームの長さを適当に設定することにより、回転角度センサの作動範囲に最大作動ピストンストロークを適合させることができる。しかし、このことは大きな作動ストロークの場合には、アキシャルピストン機械の全構成スペースの著しい拡大を招く恐れがある。

特に不都合となるのは、減速比が増大するにつれて、ハウジングの側方に形成されたセンサユニットが本来の作動装置ハウジングから比較的大きな間隔を有することである。このことは、組込み状況を困難にすると共に、センサの露出された位置が著しい損傷危険を招く。

したがって、本発明の課題は、作動ピストンの最大運動とセンサの検出範囲との間での適合が可能となり、しかもコンパクトな構造が達成されるような、調節された行程容積を検出するための装置を提供することである。

上で挙げた課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。

請求項１に記載されているように、ハイドロスタティック式の、つまり流体静力学式のピストン機械の調節された行程容積もしくはこれに付随する旋回角度を検出するための装置は、作動運動を発生させるための作動エレメントと、該作動エレメントの位置を検出するためのセンサとを有している。センサは、作動エレメントの位置を特徴付ける信号を発生させ、この場合、この作動エレメントは、変速装置を介して前記センサと協働する。本発明によれば、前記変速装置が溝を有している。この溝は、前記作動エレメントの運動方向に対して平行に位置する１つの平面に沿って延びている。この溝の長手方向軸線は、この溝の前記平面に前記作動エレメントの運動方向を投影すると、該運動方向との間に、０゜とは異なる角度を成している。この溝内には、前記作動エレメントの運動を前記センサの操作エレメントへ伝達するための伝達エレメントが係合している。

前記溝の長手方向軸線が、運動方向に対して平行な平面に運動方向を投影した場合に該運動方向との間に成す角度を適当に設定することにより、変速比が設定される。これにより作動エレメントとセンサとの間の間隔を増大させる必要が生じることなしに、センサの検出領域に最大作動運動を適合させることができるようになる。これによって、コンパクトな構造を有する機械を実現することができる。さらに、前記溝内に伝達エレメントが係合することにより、運動方向とは無関係に、常に所定の作動力が伝達エレメントへ加えられることが保証されている。

請求項２以下には、本発明による装置の有利な改良形が記載されている。

センサが回転角度センサとして形成されていると特に有利である。この場合、回転角度センサの回転可能な操作エレメントには、伝達エレメントが偏心的に配置されている。したがって、変速装置の溝内への伝達エレメントの導入は、操作エレメントにおける偏心的な配置に基づいて、センサの回転運動、ひいてはセンサの直接的な制御をもたらす。

さらに、前記溝が枢着ピストンに設けられており、該枢着ピストンの、少なくとも前記作動エレメントとは反対の側の端部が、平坦にされた範囲を有していると有利である。その場合、この平坦にされた範囲に前記溝が配置されている。枢着ピストンはこの場合、作動ピストンの位置を伝達エレメントへ伝達し、ひいてはセンサへ伝達するために働く。種々異なる枢着ピストンにより、場合によっては、固有の作動エレメントの新規構造が必要となることなく、たとえば種々異なるセンサへの適合を行うことができる。このことは、コスト手間を減少させると同時に、種々異なるユニットジェネレーション（Aggregate-Generation）への適合を容易にする。角度の変更によって変速装置を適合させるだけで済む。さらに、平坦部により、ピストンが簡単に回動防止されることが可能となる。このためには、平坦部に対応して、作動装置の収容ハウジングに案内面が形成されていると有利である。

さらに、前記溝が枢着ピストンに設けられており、該枢着ピストンが、その、前記作動エレメントに面した側に、ばね支承部を有していることが有利である。枢着ピストンにばね支承部を形成することにより、枢着ピストンに作動ピストンもしくは作動エレメントを別個に固定することは必要とならない。ばね力により、枢着ピストンの、作動エレメントに面した側は常に作動エレメントの端面に当付けられた状態に保持される。

別の有利な実施態様では、前記枢着ピストンと前記作動エレメントとが、相対回動防止されて互いに結合されている。作動エレメントと枢着ピストンとの間でのこのような相対回動防止は、特に、枢着ピストンとハウジングとの間に形成されている相対回動防止部を同時に作動エレメントのための相対回動防止部としても利用することを可能にする。したがって、作動エレメント自体は、たとえば回転対称的な作動ピストンとして形成されていてよく、このことは製作を簡単にし、ひいてはコストを減少させる。伝達エレメントはボールスタッドであると有利である。この場合、ボールスタッドのボールヘッド形の端部が前記溝内に係合する。ボールスタッドのこのような構成およびボールヘッド形の側における案内により、機能確実性は一層高められる。なぜならば、前記溝内でのひっかかりが確実に回避されるからである。特に、ボールヘッド形の構成では、製作時に不可避に発生する構成部分誤差があまり重要ではなくなる。さらに、操作エレメントにおける位置決めも重要でなくなる。

本発明による装置は、ハイドロスタティック式の、つまり流体静力学式のピストン機械に組み込まれた構成要素であると有利である。これにより、ハイドロスタティック式のピストン機械は既に、調節された旋回角度もしくは調節された行程容積を検出する能力を具備している。

以下に、本発明の有利な実施形態を図面につき詳しく説明する。

旋回角度を検出するための本発明による装置を備えた斜軸構造のアキシャルピストン機械の部分断面図である。 図１に示したアキシャルピストン機械の作動装置の一部を示す部分断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 前記溝の位置を説明するための枢着ピストンの拡大図である。 枢着ピストン７の斜視図である。

以下に、本発明を斜軸構造のアキシャルピストン機械につき説明する。図示の実施形態はダブルポンプに関するものであるが、もちろん本発明は、旋回角度センサもしくは行程容積センサによる検出のために作動運動が変換されなければならないようなその他のハイドロスタティック式のピストン機械にも適用可能である。以下においては、「旋回角度」という用語のみを使用する。

アキシャルピストン機械１には、回転シリンダブロック２が配置されている。この回転シリンダブロック２では、一般に知られているように、複数のピストンがシリンダ孔内に配置されている。入力シャフト軸線もしくは出力シャフト軸線に対して相対的な回転シリンダブロック軸線の調節された角度、つまり旋回角度に基づき、行程容積が変化する。これによって、設定された吸込み容積または押しのけ容積を変えることができる。調節のためには、回転シリンダブロック２に設けられたハウジング側の支承部において連行体３がアクチュエータもしくは作動エレメント内に配置されている。この作動エレメントは作動ピストン４として形成されていると有利である。作動エレメント４は第１の終端位置と第２の終端位置との間で位置決め可能である。この位置はアキシャルピストンポンプの場合には、調節された圧送容積に相当する。作動ピストン４の位置を検出し、ひいては調節された旋回角度を検出し、ひいては調節された行程容積を検出するためには、旋回角度を検出するための本発明による装置５が設けられている。

図１には、図面を見易くするために、前記装置５が概略的にしか描かれていないが、装置５の詳細については、以下に別の図面につき詳しく説明する。

前記装置５はセンサ６を有している。このセンサ６は図示の実施形態では、回転ポテンショメータとして構成されている。すなわち、旋回角度を検出するためには、作動ピストンの線状の運動もしくは調節された位置が、センサ６のシャフトの対応する角度位置へ変換されなければならない。

作動ピストン４をいかなる時点でも規定の出発位置もしくは初期位置に保持するためには、ばね８が設けられている。このばね８は、作動ピストン４を第１の終端位置の方向に負荷している。図示の実施形態では、ばね８が枢着ピストン７に作用している。この枢着ピストン７はばね８によって作動ピストン４に当て付けられた状態に保持される。枢着ピストン７によって、作動ピストン４の線状の運動（リニア運動）が操作エレメント９へ伝達される。枢着ピストン７と作動ピストン４との間の相対回動を回避するために、図１の実施形態では、嵌合ピンが設けられている。

この嵌合ピンは、作動ピストン４と枢着ピストン７との互いに向かい合わされた端面に突入して係合している。操作エレメント９は中間部材であり、この中間部材はセンサ６のその都度の取付け状況に適合されていて、伝達エレメント１０の運動をセンサ６のシャフトへ伝達する。この伝達エレメント１０は、操作エレメント９に、センサ６のシャフトの軸線に対して偏心的に配置されている。伝達エレメント１０の軸線と、操作エレメント９の軸線とは、互いに平行であり、かつ特に作動ピストン４の運動方向に対して直角に位置している。

枢着ピストン７には、溝１１が設けられている。この溝１１は、作動ピストン４の運動方向に対して平行に位置する１つの平面に沿って延びている。この平面はさらに、センサ６のシャフトの軸線に対して直角に位置している。この平面内に溝１１が形成されており、この場合、この溝１１は作動ピストン４の運動方向に対して斜めに延びている。すなわち、この平面に対して運動方向もしくは作動ピストン軸線を投影すると、該運動方向もしくは作動ピストン軸線は、溝の長手方向軸線に対して０゜とは異なる角度を成している。この角度の大きさにより、伝達エレメント１０と枢着ピストン７とを有する変速装置の変速比を調節することができる。

図２には、もう一度、旋回角度を検出するための装置が拡大されて図示されている。図面から判るように、枢着ピストン７は、平坦にされた範囲１２を有している。その他の個所では、枢着ピストン７は、連続した円形の横断面により特徴付けられている。この場合、センサ６とは反対の側の端部には、半径方向の拡張によって、ばね支承部１３が形成されている。このばね支承部１３には、図１につき既に説明したばね８が支持されている。ばね８の反対の側の端部はハウジング側に支持されている。

溝１１は、枢着ピストン７の平坦にされた範囲１２に加工成形されている。平坦にされた範囲１２は枢着ピストン７において、溝１１の平面に対して平行でかつ特に図２に矢印により示した運動方向に対して平行に延びる面を形成している。この平面の位置は、図２において一点鎖線１８によって表されている。溝１１内には、伝達エレメント１０が係合しており、この伝達エレメント１０の、溝１１内に係合した端部は、ボールヘッド１４を有している。このボールヘッド１４の直径は、溝１１の幅とほぼ一致している。

センサ６はシャフト１５の回転によって調節される。伝達エレメント１０の運動をシャフト１５へ伝達するためには、操作エレメント９が設けられている。操作エレメント９はシャフト１５に相対回動不能に結合されている。図示の実施形態では、このことは、シャフト１５に設けられた、平坦にされた個所を介して行われる。この場合、シャフト１５は操作エレメント９の対応するジオメトリ（幾何学的形状）内に係合する。操作エレメント９はセンサ６のハウジング内に回転可能に支承されている。シャフト１５の回転軸線と合致する操作エレメント９の回転軸線に対して偏心的に、操作エレメント９内には、枢着ピストン７寄りの側で伝達エレメント１０が挿入されている。伝達エレメント１０は回転対称的に形成されていて、その対称軸線は操作エレメント９の回転軸線に対して平行に延びている。

作動ピストン４の運動方向に対して相対的に溝１１が斜めに配置されていることに基づき、作動ピストン４の運動時には、伝達エレメント１０の、作動ピストン４の運動方向に対して側方の変位が生ぜしめられる。この側方の変位は、センサ６のシャフト１５の軸線を中心とした操作エレメント９の回転を生ぜしめる。回転ポテンショメータとして形成されたセンサ６はその後に信号を発生させる。この信号は枢着ピストン７のその都度の位置に相当する。枢着ピストン７は作動エレメントに、すなわち本実施形態では作動ピストン４に、固く結合されており、したがって枢着ピストン７は作動ピストン４の軸方向運動に従動するので、センサ６によって、作動エレメントの位置に相当する信号が出力される。この信号を、たとえば電子制御装置へ伝送するためには、電気的な接続部１７が設けられている。図３には、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図が示されている。同一の構成要素には、同じ符号が付与されている。同一の構成要素の説明は、繰り返しを避けるために省略する。

図３に示した断面は、作動ピストン４の運動方向に対して直角に、ひいては枢着ピストン７の運動方向に対して直角に延びている。図３から良く判るように、枢着ピストン７に設けられた、平坦にされた範囲１２は、平面１８に対して平行に延びる面を形成している。さらに図３から良く判るように、シャフト１５の軸線１９は平面１８に対して直角に位置している。溝１１の幅は、既に説明したように、伝達エレメント１０のボールヘッド形の端部１４の直径と一致している。これにより、一種の強制案内機構が形成されており、この強制案内機構は、片側の当付けしか有しないシステムに比べてヒステリシス効果を回避する。

図４には、もう一度、枢着ピストン７が拡大されて図示されている。図４から判るように、溝１１の長手方向軸線２０は、溝１１の平面に運動方向を投影すると、該運動方向との間に、角度αを成している。角度αの大きさはこの場合、変速装置の変速比を決定する。さらに図４から判るように、ばね支承部１３へ向かう方向に向けられた端部には、切欠き２１が形成されている。この切欠き２１は、伝達エレメント１０のボールヘッド形の端部の導入を容易にする。枢着ピストン７は図５にもう一度、斜視図で図示されている。

特に念のため付言しておくと、旋回角度を検出するための提案した装置は、回転ポテンショメータを用いた図示の実施形態に限定されるものではない。特に、位置を検出するための線状運動を必要とするセンサが設けられていてもよい。その場合、このようなセンサの作動装置は、作動エレメントの運動方向に対して直角に位置しており、この場合にも、伝達エレメントは、斜めに延びる溝１１内に係合する。特に、ヒステリシスが生じないと共に、装置全体の構成サイズが、調節された変速比の影響を受けないことが有利である。特に、センサ６が配置されている組付け面と、作動ピストン４の軸線との間隔は、設定された変速比の影響を受けないままとなる。

本発明は、図示の実施形態に限定されるものではない。特に、図示の実施形態の個々の特徴も、有利には互いに組合せ可能である。

Claims (7)

1. ハイドロスタティック式の、つまり流体静力学式のピストン機械（１）の調節された行程容積を検出するための装置であって、作動運動を発生させるための作動エレメント（４）と、該作動エレメント（４）の位置を検出しかつ該位置を特徴付ける信号を発生させるためのセンサ（６）とが設けられており、前記作動エレメント（４）が、変速装置（５）を介して前記センサ（６）と協働する形式のものにおいて、前記変速装置（５）が、溝（１１）を有しており、該溝（１１）が、前記作動エレメント（４）の運動方向に対して平行に位置する平面（１８）に沿って延びており、該溝（１１）の長手方向軸線（２０）が、運動方向を投影した投影図で見ると、該運動方向との間にゼロとは異なる角度（α）を成しており、前記溝（１１）内に、前記作動エレメント（４）の運動を前記センサ（６）へ伝達するための伝達エレメント（１０）が係合していることを特徴とする、調節された行程容積を検出するための装置。
2. 前記伝達エレメント（１０）における運動を伝達するために、前記伝達エレメント（１０）の運動を前記センサ（６）へ伝達するための操作エレメント（９）が偏心的に配置されていて、前記伝達エレメント（１０）が回転可能となっている、請求項１記載の装置。
3. 前記溝（１１）が枢着ピストン（７）に設けられており、該枢着ピストン（７）の、少なくとも前記作動エレメント（４）とは反対の側の端部が、平坦にされた範囲（１２）を有しており、該平坦にされた範囲（１２）に前記溝（１１）が配置されている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記溝（１１）が枢着ピストン（７）に設けられており、該枢着ピストン（７）の、前記作動エレメント（４）に面した側に、ばね支承部（１３）が形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記枢着ピストン（７）と前記作動エレメント（４）とが、相対回動防止されて互いに結合されている、請求項３または４記載の装置。
6. 前記伝達エレメント（１０）が、ボールスタッドである、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 調節された旋回角度を検出するための装置を備えたハイドロスタティック式の、つまり流体静力学式のピストン機械において、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置が構成されていることを特徴とするピストン機械。

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