JP2014513240A - 斜軸式アキシャルピストン機械 - Google Patents

Abstract

本発明に係る斜軸式アキシャルピストン機械（１）は，回転可能なシリンダ装置（２）内を軸線方向に移動する複数のピストン部（３）と，ピストン部（３）に作動接続してトルクを伝達するトルク伝達域（４）とを備える。トルク伝達域（４）は旋回軸（10）を中心に旋回可能に構成し，アキシャルピストン機械（１）の押しのけ量はトルク伝達域（４）の旋回運動に従って変化する。

Description

本発明は，請求項１の前提部に記載された斜軸式アキシャルピストン機械に関するものである。

アキシャルピストン機械は，種々の油圧駆動可能装置の駆動及びトルクの変換のために現に利用されている。これは特に，アキシャルピストン機械の出力密度が高いこと及び押しのけ量が無段階で調節可能であることに起因する。

アキシャルピストン機械は，例えば掘削機アームやシャベル，ホイールローダの搭載装置，テレハンドラー，ブルドーザ，ダンプカーのリフト装置等，油圧駆動式機械の油圧駆動装置として装備する。更に，このような機械のドライブトレインにアキシャルピストン機械を統合する構成も知られており，その場合アキシャルピストン機械は，個々の車輪駆動装置の静油圧変速機又はパワースプリット方式の無段変速機の一部として構成する。

この場合，調整可能なアキシャルピストン機械は斜板式又は斜軸式で構成することが好適であり，斜板式ポンプとして構成されたアキシャルピストン機械の場合，構造上の要件により通常調整角度は最大で±21°である。構造上の要件で調整角度域が制限されるため，斜板式機械は特徴的に出力密度が低く，従って対応する出力を供給可能とするため又は所望の範囲で変換可能とするために大型化する。

更に斜板式機械は，ピストン部がスライドシューにより斜板上で摺動し，その際せん断力の作用を受けるために効率が低い。ピストン部に作用するせん断力は，ピストン部と各々のピストン部に割り当てられたシリンダの間の接続領域において，稼働中に発生する摩擦力に起因するものであり，摩擦力は効率性に悪影響を及ぼす。また，ピストン部と各々に割り当てられたシリンダの隙間領域では，斜板式機械の容量効率に悪影響を及ぼす漏出流が発生する。

斜軸式アキシャルピストン機械は，斜板式機械と比較してより高い効率で稼動可能であり，従来の構成による斜軸式機械において最大調整角度は約25°である。しかし，通常この種の斜軸装置は完全には旋回できない。

斜軸式装置がポンプとして稼動する場合，通常開回路に挿入する。斜軸式装置の領域内で油の流れの方向を変更可能とするには，斜軸式装置の回転方向を変更する。斜軸式アキシャルピストンポンプが，トルク伝達域及びシリンダ装置と接続する同期ジョイント無しで構成される場合，シリンダ装置とバルブプレートの間に発生する摩擦力を支承可能とするために，不都合なことに，ピストン部からシリンダ装置とトルク伝達域の間にせん断力を伝達しなければならない。ピストン部のピストン端部は，多くの場合キャロットに突き当たっており，そこでピストンの力を軸方向の力及び周囲への力として伝達する。

このような斜軸式装置は，前述の斜板式装置よりも効率が優れてはいるが，斜軸式装置の出力密度は，下記に端的に説明する構造上の理由により，依然として所望のレベルを下回っている。

既知の斜軸式装置，特に斜軸式ポンプは通常，固定された駆動軸及び旋回可能なシリンダ装置を備えて構成する。通常はスライダを介して，屹立するハウジングと旋回可能に構成したシリンダ装置の間へ油を導出する。漏出体積流れを可及的に低減して油の流れを確保可能とするため，対応してシール材を備える。しかし，シール材は出力密度が低くなるようシリンダ装置の最大旋回角度を制限するものであり，斜軸式装置の最大押しのけ量は最大旋回角度に左右され，それと共に出力密度も最大旋回角度に左右される。

ドイツ特許出願公開第10 2007 033 008号公報は斜軸式アキシャルピストン機械を開示する。この斜軸式アキシャルピストン機械においては，総旋回角度が90°であり，その際シリンダ装置は，アキシャルピストン機械の押しのけ量がまさにゼロであるゼロ位置から， ±45°旋回可能に構成する。シリンダ装置は，旋回可能なヨークハウジングに支承される。シリンダ装置へと流入し，シリンダ装置から流出する油は，各々ヨーク支承部の領域において，費用のかさむ態様でハウジング側に構成された液圧システムから取り出されるか，或いは供給される。その際，シリンダ装置内の各々のピストン部が促進又は吸入した油は，シリンダ装置の間又はシリンダ装置とピストン部により各々画定されたピストンチャンバの間，及びヨーク支承部の間の，比較的長い油路を流れる。しかし，油路が長いために負所望な圧力損失が発生し，効率性が低下する。

更に，旋回するヨークと固定されたベアリング支持部の間のインターフェイス領域，つまりヨーク支承装置の領域には，高い駆動圧力を想定したシール材を備える。このシール材は，ヨークハウジング及びシリンダ装置又はシリンダドラムが，トルク伝達域又はアキシャルピストン機械のドライブフランジに対して旋回運動するのを妨げない。

この種の斜軸式装置は，旋回角度が約25°である斜軸式装置よりも効率的に良好であるが，製造コストが割高となる。

ドイツ特許出願公開第10 2007 033 008号公報

本発明の課題は，適度な費用で製造可能であり，高い稼動効率を実現可能で，高い出力密度を特徴とする斜軸式アキシャルピストン機械を提案することである。

本発明の課題は，請求項１に記載の特徴を有するアキシャルピストン機械により解決される。

本発明の斜軸式アキシャルピストン機械は，回転可能なシリンダ装置内を縦方向に移動する複数のピストン部，及びピストン部と作動接続してトルクを伝達するトルク伝達域を備える。

本発明において，トルク伝達域は旋回軸を中心に旋回可能に構成され，アキシャルピストン機械の押しのけ量はトルク伝達域の旋回運動に従って変化するため，アキシャルピストン機械の効率性に影響を及ぼす油の流れ，及び製造コストを増加させるシール手段は，本発明に従って装備不要となる。これは，シリンダ装置と固定ハウジングの間で流出入する油を，長くかつ大きな圧力損失を発生する油路の中間接続無しで，領域内に高価で費用が集中するシール手段が装備された，固定ハウジングに対して回転可能な構成部を介さず交換可能なためである。

更に本発明のアキシャルピストン機械の旋回角度域は，高価なシール材が不要であるため狭い範囲に限定され，従来のアキシャルピストンに比べてより高い出力密度が実現可能である。

構造が単純でかつ構造スペース及び製造コストが適度である本発明のアキシャルピストン機械の実施形態においては，トルク伝達域は，更なる傘歯車と係合可能な傘歯車で構成される。

同様に構造が単純で製造コストが適度である本発明のアキシャルピストン機械の実施形態は，軸方向の力及び半径方向の力を受ける支承装置を介して，トルク伝達域が旋回軸を中心に旋回可能なケージに支承されることを特徴とする。好適には，このケージの領域で旋回運動発生装置が旋回力を伝達可能とする。

本発明のアキシャルピストン機械の，構造スペースが適度である更なる実施例においては，トルク伝達域の旋回軸は，シリンダ装置の回転軸に対して垂直であり，及び／又はトルク伝達域の回転軸は，アキシャルピストン機械の押しのけ量がまさにゼロである場合に，シリンダ装置の回転軸と整列するよう配置する。

シリンダ装置が軸方向の力及び半径方向の力を受ける支承部を介して，回転可能な状態でハウジングに支承される場合，本発明のアキシャルピストン機械には，効率的に適度な強制潤滑法を適用可能である。強制潤滑法を介しては，限られた範囲のみに潤滑流体及び冷却流体を供給する。これにより本発明のアキシャルピストン機械は，回転する構成部を完全にオイルバス中に配置する既知のアキシャルピストン機械と比較して，構造的に単純な態様で，より高い効率性を有して稼動可能である。

制御及び調整コストを抑えて稼動可能であるアキシャルピストン機械の更なる実施形態においては，ハウジング側の油路は，シリンダ装置の回転運動に従って，ピストン部とシリンダ装置により各々画定されたピストンチャンバと作動接続が可能である。

トルク伝達域がピストンシューを介してピストン部と接続し，ピストン部がピストンシュー上で旋回可能な状態で支承されている場合，本発明のアキシャルピストン機械は，高い出力密度が達成可能な旋回角度域を備えて実現可能である。

トルク伝達域及びシリンダ装置が回転数を同期すべく，軸状部を介しての関節接合により互いに作動接続する場合，本発明のアキシャルピストン機械の稼働中に，ピストン部は実質的にせん断力を免れるため，ピストン部とシリンダ装置間の領域においても，同時にコストを抑えた状態で，高いシール効果が確保可能である。

シリンダ装置はトルク伝達域と反対側の側面を備え，ハウジング側に固定されたバルブプレートに当接し，このバルブプレートの領域，好適にはキドニー形状領域に各々の油路が接続する場合，本発明のアキシャルピストン機械は，バルブプレートとシリンダ装置の間で，アキシャルピストン機械の稼動中に調整を行う薄いオイルフィルムを介して，シリンダ装置がバルブプレートに対する摩擦力を抑えて回転可能であるため，高い効率で稼動可能である。

各請求項に記載の特徴，及び以下の本発明のアキシャルピストン機械の実施形態において記述される特徴は，各々単体で又は随意に互いを組み合わせ，本発明の対象を更に発展させる。本発明の対象物を更に発展させるという点において，各々の特徴の組み合わせは制約を示すのではなく，実質的には単に例示的特徴を示すにすぎない。

本発明のアキシャルピストン機械の更なる利点及び好適な実施形態は，請求項及び原則的に図面を参照して記述する以下の実施形態により明らかである。

本発明に係る斜軸式アキシャルピストン機械の実施形態における第１稼動状態を示す略図である。 図１のアキシャルピストン機械において，トルク伝達域が旋回した第２稼動状態を示す略図である。

図１は調整可能な斜軸式アキシャルピストン機械１の実施形態の機能を示す。アキシャルピストン機械１は，回転可能なシリンダ装置２内を縦方向に移動する複数のピストン部３，及びピストン部３と作動接続してトルクを伝達するトルク伝達域４を備える。ピストン部３は，シリンダ装置２内部で適切なシール材により密閉する。図示のアキシャルピストン機械１は斜軸式アキシャルピストンポンプとして構成し，閉回路において稼動する。シリンダ装置２は，回転軸５を中心に回転可能な状態で，軸方向の力及び半径方向の力を受ける支承装置７によりハウジング６に支承される。シリンダ装置２の軸方向の力は，ハウジング６に伝達され，受容される。支承装置７は，ピストン部３とシリンダ装置２により画定されたピストンチャンバ８の間で，半径方向に適切な態様で配置する。

トルク伝達域４は，傘歯車として構成し，この傘歯車４は，更なる傘歯車９と係合し，旋回軸10を中心として，図１に示すゼロ位置から図２に示す第１旋回位置へと旋回する。図２は，アキシャルピストン機械１を図１の矢印IIの視点から見た図である。冠歯車４のゼロ位置において，シリンダ装置２内のピストン部３が一行程で揚げうる油の量及びアキシャルピストン機械１の押しのけ量は，実質的にまさにゼロである。シリンダ装置２の回転軸５とトルク伝達域４の回転軸11の間の旋回角度は，アキシャルピストン機械１の図２の稼動状態において，実質的に約+45°である。

更に，トルク伝達域４は旋回軸10を中心に図１のゼロ位置から図示されていない第２旋回位置へと，-45°旋回可能である。

また更に，トルク伝達域又は傘歯車４は，軸方向の力及び半径方向の力を受ける支承装置12を介して，旋回軸10を中心に旋回可能なケージ13に回転可能な状態で支承され，その際支承装置12は，円錐ローラ軸受14及びシリンダローラ軸受15を備える。

図１が詳細に示すトルク伝達域４及びケージ13のゼロ位置においては，シリンダ装置２の回転軸５及びトルク伝達域４の回転軸11は，一直線上又は同一方向にある。冠歯車４が回転すると，ピストンシュー16の領域でピストン部３が冠歯車４と接続し，旋回可能に支承されており，ピストンシュー16が冠歯車４と接続しているため，シリンダ装置２が軸状部17又は同期ジョイントを介して共に動く。トルク伝達域４及びシリンダ装置２は，回転数を同期化すべく，同期ジョイントを介しての関節接合により互いに作動接続する。

ピストンシュー16を伴った冠歯車４とシリンダ装置２との間で回転数を同期化する軸状部17又は同期ジョイントは，ハウジング６側に固定されたバルブプレート18とシリンダ装置２の間の領域で発生する摩擦力の支承，及び実質的にせん断力を免れた状態でのピストン部３のシリンダ装置２内の移動を補助する。つまり軸状部17を介して，シリンダ装置２とハウジング６側に固定されたバルブプレート18との間で，アキシャルピストン機械１の稼動中に作用する摩擦力のみを克服するのである。シリンダ装置２はトルク伝達域４とは反対側の側面19を備え，ハウジング６側に固定されたバルブプレート18においてこの摩擦力に当接する。バルブプレート18の領域において，ハウジング６側の油路20がキドニー形状領域21に接続する。

バルブプレート18は，回り止め状態でハウジング６と作動接続する。

バルブプレート18は摺動面及びシール面として備わり，その際，ハウジング６とシリンダ装置２の間の油は，少なくとも部分的にはキドニー形状である両方のバルブプレート18側のキドニー形状領域21及び油路20を介して流れる。図示の実施形態のハウジング６においては，圧力損失を低減する観点から見て，油路26及び27を最適に実現可能である。バルブプレート18側の油路20は，シリンダ装置２の回転運動に従って，ピストン部３とシリンダ装置２により画定されたピストンチャンバ８と各々交互に作動接続し，例えば油圧駆動可能な掘削機アームに，所望の範囲で油圧を供給する。

冠歯車４が，図１のゼロ位置から図２に示す第１最大旋回位置の方向へ旋回軸10を中心に旋回すると，シリンダ装置２内のピストン部３が一行程で揚げうる油の量は，アキシャルピストン機械１の最大押しのけ量に相当する最大値まで増加する。図２に示すケージ13及び冠歯車４の旋回位置においては，シリンダ装置２の回転軸５及びトルク伝達域又は冠歯車４の回転軸11が45°を成す。冠歯車４が回転すると，冠歯車４とピストンシュー16が接続しているため，シリンダドラム２が軸状部17を介して共に動き，この回転運動を介して，ピストン部３が一行程で揚げうる油の量が最大となる。

冠歯車４及びケージ13の旋回軸10は，シリンダ装置２の回転軸５に対して垂直である。図１においては，冠歯車４の旋回軸10は，同時に更なる冠歯車９又は更なる冠歯車９と回り止め状態で接続する軸22の回転軸に相当する。軸22は，平歯車23を介して，詳細には図示されない機械式変速機と接続し，同様に軸方向の力及び半径方向の力を受ける支承装置25を介して，回転可能な状態で主ハウジング24に支承される。

つまり，アキシャルピストン機械１のポンプ駆動時には，軸22を介して機械エネルギー又はトルクが冠歯車４へと伝わり，アキシャルピストン機械１のモータ駆動時には，軸22を介して機械エネルギーを取り出すのである。

ケージ13が旋回軸10を中心に旋回可能に構成され，更なる冠歯車９が回り止め状態で接続する軸22の回転軸が旋回軸10に相当するため，更なる冠歯車９を介し，伝達力を減損せずに，ケージ13の旋回時にも，冠歯車４及び更なる冠歯車９の歯刻みを経て冠歯車４を駆動可能である。

各々の実施形態によって，冠歯車４に作用するトルクを機械式変速機へ伝達するか，又は機械式変速機から冠歯車４へとトルクを伝達すべく，平歯車23に替えて，フランジ接続又はそれと同様の，他の適切な軸連結を備えることも可能である。

両傘歯車４及び９の噛み合い係合における周方向の力は，ケージ13の調整装置により支承される。調整装置はこの周方向の力に加えて，100%までは相殺されないピストン力も支承しなければならない。

１ アキシャルピストン機械
２ シリンダ装置，シリンダドラム
３ ピストン部
４ トルク伝達域，傘歯車，冠歯車
５ シリンダ装置の回転軸
６ ハウジング
７ 支承装置
８ ピストンチャンバ
９ 更なる傘歯車・冠歯車
10 トルク伝達域の旋回軸
11 トルク伝達域の回転軸
12 トルク伝達域の支承装置
13 ケージ
14 円錐ローラ軸受
15 シリンダローラ軸受
16 ピストンシュー
17 軸状部，同期ジョイント
18 バルブプレート
19 シリンダ装置の側面
20 油路
21 キドニー形状領域
22 軸
23 平歯車
24 主ハウジング
25 支承装置
26 ハウジング側のキドニー形状領域
27 ハウジング側油路

Claims (10)

1. 回転可能なシリンダ装置（２）内で軸線方向に移動する複数のピストン部（３）と，該ピストン部（３）に作動接続してトルクを伝達するトルク伝達域（４）とを備える斜軸式アキシャルピストン機械（１）であって，前記トルク伝達域（４）は旋回軸（10）を中心に旋回可能に構成し，前記アキシャルピストン機械（１）の押しのけ量は，前記トルク伝達域（４）の旋回運動に従って変化することを特徴とするアキシャルピストン機械。
2. 請求項１に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記トルク伝達域（４）は傘歯車で構成され，更なる傘歯車（９）と係合可能であることを特徴とするアキシャルピストン機械。
3. 請求項１又は２に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記トルク伝達域（４）は，軸線方向力及び半径方向力を支える支承装置（12）により，前記旋回軸（10）を中心に旋回可能なケージ（13）に回転可能に支承されることを特徴とするアキシャルピストン機械。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記トルク伝達域（４）の旋回軸（10）は，前記シリンダ装置（２）の回転軸（５）に対して垂直に配置されることを特徴とするアキシャルピストン機械。
5. 請求項４に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記トルク伝達域（４）の回転軸（11）は，前記アキシャルピストン機械（１）の押しのけ量がまさにゼロである場合に，前記シリンダ装置（２）の前記回転軸（５）と整列することを特徴とするアキシャルピストン機械。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記シリンダ装置（２）は，軸線方向力及び半径方向力を支える支承装置（７）によりハウジング（６）に回転可能に支承され，その際前記シリンダ装置（２）の軸線方向力は前記ハウジング（６）により受容されることを特徴とするアキシャルピストン機械。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，バルブプレート側の油路（20）は，前記シリンダ装置（２）の回転運動に従って，前記ピストン部（３）及び前記シリンダ装置（２）により画定されたピストンチャンバ（８）と各々作動接続可能であることを特徴とするアキシャルピストン機械。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記トルク伝達域（４）はピストンシュー（16）を介して前記ピストン部（３）と接続し，その際該ピストン部（３）は，前記ピストンシュー（16）上で旋回可能に支承されることを特徴とするアキシャルピストン機械。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記トルク伝達域（４）及び前記シリンダ装置（２）は，回転数を同期化すべく軸状部（17）を介しての関節接合により互いに作動接続することを特徴とするアキシャルピストン機械。
10. 請求項７〜９の何れか一項に記載のアキシャルピストン機械（１）であって，前記シリンダ装置（２）は前記トルク伝達域（４）とは反対側の側面においてハウジング側に固定されたバルブプレート（18）に当接し，前記油路（20）は各々，該バルブプレート（18）の領域で好適にはキドニー形状領域（21）に接続することを特徴とするアキシャルピストン機械。

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