JP5027303B2 - 調節手段を有する斜板構造の軸流ピストン装置 - Google Patents

Description

本発明は、調節手段を有する斜板構造の軸流ピストン装置に関連する。

軸流ピストン装置は、回転可能な状態で取り付けられたシリンダドラム内で長手方向に変位可能となるように配置された複数のピストンを具備する。ピストンは、斜板又は旋回受台に支持され、その傾斜角度がシリンダドラムの回転軸に対して調節される。傾斜角度に応じて排出量が変化する。調節手段は、斜板の傾斜角度を調節するために設けられている。この調節手段は例えば、傾斜角度を第１方向に変化させるための調節ピストンと、斜板の傾斜角度を反対方向に変化させるための対向ピストンとで構成される。常圧システムにおいて、また作動手段を作動させずに、規定の斜板端部位置を実現するため、調節ピストン及び／又は対向ピストンは概して（各々が）ばね力の影響を受ける。こうして発生された力の均衡状態の場合、斜板は軸流ピストン装置の端部位置にある。例えば二方向に調節される軸流ピストン装置の場合には、この休止位置は中立位置であり、こうして、シリンダドラムが回転するとこの中立位置においてピストンのゼロ行程が生じる。

従来、圧縮状態にあって調節ピストン／対向ピストンにより片側が画定される内部空間に、戻りばねが配置されて、調節ピストン／対向ピストンのこの側に作用する。しかし、調節ピストンと対向ピストンとが軸流ピストン装置に組み込まれる結果、装置全体の構造の長さが増える。

用意される構造空間が好都合な方法で利用され、さらに簡単な方法で組み立てられる調節手段を有する斜板構造の軸流ピストン装置を設けることが、本発明の目的である。

この目的は、請求項１の特徴を持つ本発明による軸流ピストン装置によって達成される。また、本発明による軸流ピストン装置の好都合な実施形態は、従属請求項に記載される。

本発明による軸流ピストン装置は、調節手段を有する斜板構造で形成されている。調節手段は、調節ピストンと対向ピストンとを含み、調節ピストンの有効方向と対向ピストンのそれとは、斜板の移動に対して相互に反対である。調節ピストン、そして対向ピストンも、各々が第１端部において斜板と協働して、これに推力を伝達する。各自の第２端部において、調節ピストン、そして対向ピストンは、制御力の影響を個別に受ける。中立位置と一致していてもよいがそうである必要はない休止位置の方向に斜板を復帰させるため、調節ピストン、そして対向ピストンにも、弾性要素がそれぞれ設けられている。コイルばねとして構成されることが好ましいこの弾性要素は、調節ピストン／対向ピストンの、斜板と対向する側に配置される第１ばねベアリングに支持される。斜板から離間した端部において、弾性要素はそれぞれ第２ばねベアリングに支持される。斜板が休止位置から偏向すると、斜板の偏向方向に応じて、調節ピストンの第２ばねベアリングと対向ピストンの第２ばねベアリングのいずれかが、ハウジング側に固定された対向ベアリングに支持される。反対に、他方の対向ピストン又は調節ピストンの各自の第２ばねベアリングは、ピストン側に固定された対向ベアリングに支持される。

調節ピストン／対向ピストンの、第１端部と第２端部との間に形成された範囲に戻りばねを配置することにより、軸方向における軸流ピストン装置の構造の長さを増やす必要がない。斜板が休止位置から偏向した時に戻りばねの一方のみがハウジング側の当接部によりそれぞれ圧縮されるように２本の戻りばねを使用することは、調節ピストン及び対向ピストンのためのそれぞれ一つの移動方向について、ハウジング側の対向ベアリングのみが設けられるだけでよいという点で好都合である。この調節ピストン又は対向ピストンの移動方向が反対方向である場合は、反対に、各自の戻りばねが拘束状態で第１ばねベアリングと第２ばねベアリングとの間で同時に移動し、それから各自のピストンに設けられた対向ベアリングに支持される。さらにこの構成は、軸流ピストン装置の駆動機構がハウジングに挿入される前の、戻りばねを含む調節手段全体の事前組立を可能にする。

戻りばねのためハウジング側に固定される対向ベアリングを形成するため、調節ピストン／対向ピストンに貫通される支持リングが設けられることが好ましい。支持リングの内径は、各自の第２ばねベアリングの径方向延在範囲より短い。支持リングを貫通する調節ピストン／対向ピストンの直径がこのような取付構成を可能にするのに充分なほど短い限り、この支持リングはいずれもハウジングに固定状態で取り付けられる。反対に、調節ピストン／対向ピストンの第２端部のピストン直径が長い場合に特に使用される代替実施形態によれば、調節ピストン／対向ピストンにより貫通される支持リングと第２ばねベアリングとの間に、押さえばねが配置される。この押さえばねは、軸流ピストン装置の動作中に発生する斜板、ゆえに調節ピストン及び対向ピストンのいかなる位置においても、軸流ピストン装置のハウジングに形成されるベアリング面との当接状態に支持リングを保持する。軸流ピストン装置のハウジングに支持リングを事前に組み立てる必要がなく、特に、調節ピストン／対向ピストンの組立後に引き続き行われる固定も必要ないという点で、このような手順は好都合である。

支持リングは、調節ピストン／対向ピストンの調節圧力室の直径よりも長い径方向長さを有し、調節ピストン／対向ピストンに貫通されるその貫通孔は、関連の調節ピストン又は対向ピストンの第２端部より小さい。

組立を簡単にするため、第２調節ピストンの第１端部に面する側で、調節ピストンの第２端部にセンタリング手段が形成される。支持リングはこれに対応する形状を備え、事前組立中には押さえばねにより支持リングがこれとの当接状態に保持される。この規定位置では、この目的のために設けられたハウジングのボアへ調節ピストン／対向ピストンを挿入することで、支持リングが簡単に組み立てられる。装置の動作中のいかなる時点でも支持リングの対応形状と接触することがない調節ピストンの箇所にセンタリング手段が設けられる、つまりベアリング面への支持リングの確実な固定が押さえばねによって保証されるのである。

調節ピストン又は対向ピストンの第２端部が収容されるボアに調節圧力室又は作用圧力室を形成するため、支持リングはこのボアを部分的に閉鎖することが好ましい。このボアの部分的閉鎖により、ボアの直径より直径の短いばね板を第２ばねベアリングとして使用することが可能である。このように小さいばね板を使用することで、必要な移動間隙が生成される、つまり、斜板の位置と関係なくばね板とシリンダドラムとの間の衝突が確実に防止される。調節ピストン／対向ピストンの第２端部に対して後方にある内部空間であるボアの内部空間をハウジングの残りの内部空間に接続する孔を支持リングに設けることが好ましい。このように縮径された支持リングは、対向ピストン直径より概ね長い直径を持つ調節ピストンの側で特に使用される。

以下の説明は、長いピストン直径を持つ調節ピストンと、第２端部では明らかにこれより短い直径をそれぞれ持つ対向ピストンとを有する本発明による軸流ピストン装置の例示的実施形態に関連する。以下、比較的短い直径を持つ第２ばねベアリングとしてばね板を使用できるようにピストンの縮径に支持リングが使用されることが、調節ピストンのみについて示される。しかし、対向ピストンの直径のため、この箇所で支持リングも使用されるほどこのピストンを収容するボアの直径を大きくすることは、対向ピストンの一部でも可能であり、この支持リングは類似の方法で配置され、押さえばねにより保持される。
斜板構造の本発明による軸流ピストン装置の例示的実施形態が、以下の説明でより詳細に記載され、図面に図示される。

本発明による軸流ピストン装置の段階的部分断面図を示す。 軸流ピストン装置の休止位置における調節ピストンの範囲についての拡大図を示す。 斜板の第１端部位置における調節ピストンの範囲についての拡大図を示す。 本発明により構成された支持リングの第１の図を示す。 本発明による軸流ピストン装置の支持リングの断面図を示す。

図１は、本発明による軸流ピストン装置１の段階的な断面図を示す。図１の上半分は、軸流ピストン装置の下半分の断面と平行である第１断面に沿ったものである。二つの断面は、図の例示的実施形態では旋回受台２としての形を取る斜板の回転軸に対して垂直である。しかし、調節ピストン３と対向ピストン４とを一つの平面に有する調節手段を設けることもやはり可能である。しかし省スペースの観点から見ると、オフセット構成が好ましい。調節ピストン３と対向ピストン４の各々は、それぞれボールソケットジョイントを介してそれぞれの保持セグメントに接続された第１端部を具備する。保持セグメントは、その一部が旋回受台２に固定状態で接続され、例えばねじ止めされている。推力が調節ピストン３を通して受台へ伝達され、図の例示的実施形態では時計方向に旋回受台２を回転させるのに使用される。

対向ピストン４により伝達される推力により、反対方向に作用する力が旋回受台２へ伝達される。その結果、上述した移動に反して、旋回受台２が反時計方向に旋回する。

旋回受台２を移動させるのに必要な調節力を発生させるため、軸流ピストン装置１には二つのブラインドボア５０，６０が設けられている。調節ピストン３及び対向ピストン４の第２端部はそれぞれ、ブラインドボア５０，６０に配置されている。調節ピストン３の場合、軸流ピストン装置１のハウジングに調節圧力室５がこうして形成される。反対に、対向ピストン４は作用圧力室６を画定する。対向ピストン４の第２端部の直径は、調節ピストン３の直径より短い。作用圧力室６は、例えばポンプとしての形を取る軸流ピストン装置１の吐出圧力に永久接続されるが、調節圧力室５で発生する圧力は調整バルブ７により調節される。例えば、作用ライン圧力から減圧された圧力と容器圧力との間で調節が行われてもよい。

作用圧力室６の作用ライン圧力は常に対向ピストン４に作用するが、調節ピストン３に作用する油圧力は調節ピストン３の第２端部で調節される。この箇所に作用する油圧力が、作用圧力室６の対向ピストン４への油圧力を超えた場合には、時計方向における旋回受台２の調節移動が生じる。

フィードバックレバー８及びフィードバックばね９を介して旋回受台２の位置が調整バルブ７へフィードバックされる電気比例調節が、図１に示されている。このような調節機構はそれ自体が周知であり、そのためこれに関してこれ以上の詳細は不必要である。制御信号が消滅した場合には、容器圧力及び低下作用圧力の平均から求められる圧力
Ｐ_５＝Ａ_６／Ａ_５・Ｐ_６
が調節圧力室５に発生する中立位置に、調節バルブ７がある。センタリングばねは常圧状態では一つの機能のみを持つ。常圧状態では、第１戻りばね１０又は第２戻りばね１１の復元力のため、旋回受台２は休止位置へ移動する。第１戻りばね１０はコイルばねとして構成され、対向ピストン４の一部を囲繞する。この目的のため、対向ピストン４に第１ばねベアリング１２が形成されている。この第１ばねベアリング１２は、ボールソケットジョイントつまり対向ピストン４の第１端部に近接して配置される。図の例示的実施形態では、例えば対向ピストンの半加工品を機械加工することにより、第１ばねベアリング１２が形成される。第１戻りばね１０は、対向ピストン４の第２端部の方向に第２ばねベアリング１３に支持されている。対向ピストン４には径方向テーパ状範囲１４が形成され、スロット状に構成された第２ばね板１３がこの範囲へスライドされる。第２ばねベアリング１３のピストン側対向ベアリング１５が対向ピストン４に形成されるように、対向ピストン４の第２端部に向かう方向に対向ピストン４が径方向に拡張されている。この対向ベアリング１５から始まって、対向ピストン４の径方向テーパ状範囲１４にわたって第２ばねベアリング１３が軸方向に変位する。第１ばねベアリング１２とピストン側対向ベアリング１５との間の離間配置は、対向ピストン４のいかなる位置でも第１戻りばね１０が圧縮応力を受けるように定められる。

時計方向における旋回受台２の調節移動の際に第１戻りばね１０を圧縮するため、ハウジング側の対向ベアリングも設けられる。このハウジング側対向ベアリングは、軸流ピストン装置１のハウジングに固定される（ねじ止めされるなど）支持リング１６の形である。支持リング１６の内径は、対向ピストン４の第２端部が支持リング１６を通ってブラインドボア６０へ挿入されて作用圧力室６を形成するように定められる。対向ピストン４の第２端部が支持リング１６へ挿入されるほど作用圧力室６の直径が短い場合には常に、このような形態が可能である。そのような場合、駆動機構及び対向ピストン４を組み立てる前に、軸流ピストン装置１のハウジングに支持リング１６が固定される。

反対に、調節圧力室５が減圧されることにより、軸流ピストン装置１の動作中に斜板が図１に示された休止位置から反時計方向に移動する場合には、第２ばね板１３がピストン側対向ベアリング１５に当接する。このような移動の場合、調節圧力室５が減圧されることによる対向ピストン４の第２端部への油圧力が、調節ピストン３の第２端部への油圧力と第２戻りばね１１の力との和よりも高くなる。結果的に、対向ピストン４が図１の左側へ移動し、第１ばねベアリング１２と第２ばねベアリング１３との間に拘束された第１戻りばね１０が、非圧縮状態で対向ピストン４とともに移動する。

同様にコイルばねとして構成されて調節ピストン３を囲繞する第２戻りばね１１のために、第１ばねベアリング１７及び第２ばねベアリング１８も設けられる。しかし、調節ピストン３の第２端部により調節圧力室５が中に形成されるボア５０の直径のため、そして（これに関連する）調節ピストン３の第２端部の直径のため、この場合の支持リング１９は、調節ピストン３の第２端部が支持リング１９から軸流ピストン装置１のハウジングのボア５０へ挿入されるように構成されていない。このように支持リング１９の内径が大きいと、極めて大きな第２ばねベアリング１８が使用されなければならないという事実が生じる。しかしこの時、ばねベアリング１８のサイズにより、軸流ピストン装置１の駆動機構とこれが衝突するという結果が生じる。調節ピストン３の第２ばねベアリング１８の外径が短くなる場合に、第２ばねベアリング１８がボア５０へ進入して調節圧力室５を形成するのを防止するため、ボア５０は支持リング１９に部分的に被覆されている。しかし、調節ピストン３の第２端部が支持リング１９からボア５０へ挿入されなくなるので、調節ピストン３の挿入前に軸流ピストン装置１のハウジングに支持リング１９を事前に組み立てることが可能でない。ゆえに、最初に支持リング１９が調節ピストン３の第１端部から調節ピストン３へスライドされる。押さえばね２０は、支持リング１９と第２ばねベアリング１８との間に配置され、軸流ピストン装置１の動作中には、ハウジング側において軸流ピストン装置１に形成されたベアリング面との当接状態に支持リング１９を永久保持する。これについては、図２を参照して後でさらに詳細に説明する。

調節ピストン３の第２端部は、ボア５０の直径に、又はここに配置されたブシュの内径に対応する直径を有する。こうして調節ピストン３の第２端部は、ボア５０に調節圧力室５を画定する。直接ピストン３の直径は、調節ピストン３の第２端部から始まってテーパ状である。

軸流ピストン装置１の組立時には、支持リング１９が最初に調節ピストン３の第１端部から調節ピストン３へスライドされる。次に、押さえばね２０が調節ピストン３にスライドされた後で、第２ばねベアリング１８がスライドされる。支持リング１９及び第２ばねベアリング１８の各々は、調節ピストン３の第１端部より長い内径を有する。第２ばねベアリング１８の内径は、支持リング１９の内径より短い。第２端部に近接して調節ピストン３に形成された肩部２８は、こうして第２ばねベアリング１８のためのピストン側対向ベアリングを形成する。第２ばねベアリング１８を配置した後、第２戻りばね１１が配置される。最後に、第１ばねベアリング１７が組み立てられる。第１ばねベアリング１７を直接ピストン３に装着するため、調節ピストン３の第１端部にも、第１ばねベアリング１７のための対向ベアリングとして肩部が形成されている。第１ばねベアリング１７は、調節ピストン３の中央径方向テーパ状範囲２９へスライドされるように、それ自体周知の方法で径方向にスロットが形成された構成を持つ。第２戻りばね１１のばね力により、図２に図示されているように軸流ピストン装置１が組立状態にある時に、第２戻りばねは調節ピストン３の肩部と当接する。この位置では、動作中に径方向オフセットが防止されるように、調節ピストン３の直径はスロットの幅より長い。旋回受台２の位置、ゆえに調節ピストン３の位置に応じて、対向ピストン４に関して前に説明したように、ピストン側対向ベアリング２８と支持リング１９の形のハウジング側対向ベアリングのいずれかに第２ばねベアリング１８が支持される。支持リング１９に対する調節ピストン３の位置と関係なく、押さえばね２０は、ハウジング側に形成されたベアリング面２１との当接状態に支持リング１９を常に置くことを保証する。押さえばね２０は、戻りばね１０，１１と比較して明らかに小さなばね定数を持つ。

調節ピストン３の第２端部をボア５０へ挿入することのみによって位置決めが実施されなければならない支持リング１９の確実な組立を保証できるようにするため、第１端部に面する側の調節ピストン３の第２端部にはセンタリング手段２６が形成されている。このセンタリング手段２６は、支持リング１９の一部の対応形状２７と協働する円錐台形状の区分である。対応形状２７は、支持リング１９の貫通孔２５の範囲の面取りによって形成される。第１ばねベアリング１７の組立後に、押さえばね２０が、対応形状２７を持つ支持リング１９を、調節ピストン３の円錐台形区分の周面との当接状態に保持する。こうして支持リング１９は規定位置を有し、軸流ピストン装置１の組立中に調節ピストン３の第２端部がボア５０へ挿入されると、自動的にベアリング面２１と当接する。

斜板２が休止位置から時計方向に旋回した時の図２の拡大範囲が再び図３に図示されている。したがって、調節ピストン３は図２よりも図３の方がさらに左側にある。押さえばね２０の力により、支持リング１９はベアリング面２１との当接状態を維持する。旋回受台２が時計方向に最大限変位しても、調節ピストン３のセンタリング手段２６と支持リング１９の対応形状２７との間には離間配置がまだ残っている。このようにして、調節移動によって支持リング１９が調節ピストン３の第２端部を不意に通り抜けるという結果が確実に生じない。押さえばね２０を収容するため、支持リング１９、そして第２ばねベアリング１８にも凹部が設けられることが好ましい。これらは、第２ばねベアリング１８と支持リング１９との相互対向端面に配置される溝部又は段部の形で設けられる。図の例示的実施形態では、第２ばねベアリング１８は溝部３０を具備するのに対して、支持リング１９には段部２３が形成される。

図４は、調節ピストン３の第１端部に面する側の支持リング１９の状態を図示する。いくつかの均等孔２４が周囲に分配されて設けられていることが分かる。これらの均等孔２４は、第２端部２の、調節ピストン３の第１端部に面する側のボア５０に形成された内部空間をハウジングの残りの内部空間に接続するのに使用される。その結果、調節ピストン３の移動の際に、ボア５０では圧力の均等化が行われる。

例えばピストンリングを用いて調節ピストン３の第２端部がボア５０に対して密封されていることに注意すべきである。図の例示的実施形態では、ボア５０にブシュが挿入されて、調節ピストン３が減摩状態でブシュ内をスライドできる。

第２ばねベアリング１８のためのハウジング側対向ベアリングの位置を固定するため、図の例示的実施形態では追加肩部３３が支持リング１９に形成されている。しかし、第２ばねベアリング１８は、支持リング１９の段無し端部側でも支持されているので、肩部が絶対的に設けられる必要があるわけではないことは容易に理解できる。しかし、追加肩部３３の場合には、ばねベアリング１８の追加センタリングプロセスが行われる。

図面から明白に分かるように、図の例示的実施形態においてすべてのばねベアリングは、コイルばねとして構成されたフィードバックばね１０又は１１と嵌合するための延出部を具備するように構成される。このようにして、フィードバックばね１１，１２はそれぞれ、調節ピストン３及び対向ピストン４に対して整合される。

最後に図５は、追加肩部３３と、貫通孔２５と、押さえばね２０を収容するための段部２３との直径が異なることを再び示す、支持リング１９の断面を示す。また、調節ピストン３の第２端部に面する側には、円錐形センタリング手段２６に対する対応形状２７として面取りが形成されていることが明白に分かる。

対向ピストン４又は調節ピストン３のみに関連して説明された特徴のすべてが、他のピストンにもそれぞれ適用される。

本発明は、図示された軸流ピストン装置に限定されない。反対に、特に第１調節ピストン及び第２調節ピストンとともに示された特徴、又は戻りばねの構成を、好都合な方法で相互に組み合わせることも可能である。

１ 軸流ピストン装置
２ 斜板
３ 調節ピストン
４ 対向ピストン
５ 調節圧力室
６ 作用圧力室
７ 調整バルブ
８ フィードバックレバー
９ フィードバックばね
１０，１１ 弾性要素
１２ 第１ばねベアリング
１３ 第２ばねベアリング
１４ 径方向テーパ状範囲
１５ 対向ベアリング
１６ 支持リング
１７ 第１ばねベアリング
１８ 第２ばねベアリング
１９ 支持リング
２０ 押さえばね
２１ ベアリング面
２３ 段部
２４ 均等孔
２５ 貫通孔
２６ センタリング手段
２７ 対応形状
２８ 対向ベアリング
２９ 径方向テーパ状範囲
３０ 溝部
３３ 追加肩部
５０，６０ ブラインドボア

Claims (5)

1. 各自の第１端部において斜板（２）と協働するとともに前記第１端部の方向に作用する力の影響を各自の第２端部において受ける調節ピストン（３）及び対向ピストン（４）を含む調節手段を有する斜板構造の軸流ピストン装置において、休止位置の方向に前記斜板（２）を復帰させるため、弾性要素（１０，１１）が前記調節ピストン（３）と前記対向ピストン（４）とにそれぞれ設けられて、前記斜板（２）に面する前記調節ピストン（３）又は対向ピストン（４）の端部に配置された第１ばねベアリング（１２，１７）に、また前記斜板（２）からさらに離間した点で前記調節ピストン（３）又は前記対向ピストン（４）に配置された第２ばねベアリング（１３，１８）にそれぞれ支持され、
   前記斜板（２）が前記休止位置から偏向した際に、前記調節ピストン（３）又は前記対向ピストン（４）の前記第２ばねベアリング（１３，１８）がハウジング側に固定された対向ベアリングに支持される一方で、それぞれ他方の対向ピストン（４）又は調節ピストン（３）の前記第２ばねベアリングがピストン側に固定された対向ベアリング（１５，２８）に支持され、
   支持リング（１６，１９）が、前記ハウジング側に固定された前記対向ベアリングを形成するようにそれぞれ設けられるとともに、前記調節ピストン（３）又は前記対向ピストン（４）に貫通される、
   軸流ピストン装置。
2. 押さえばね（２０）が、同一の調節ピストン又は対向ピストン（３，４）に割り当てられた支持リング（１６，１９）と前記第２ばねベアリング（１３，１８）との間に少なくとも配置されて、前記調節ピストン又は対向ピストン（３，４）のいかなる位置においても、前記ハウジング側に形成されたベアリング面との当接状態に前記支持リング（１６，１９）を保持することを特徴とする請求項１に記載の軸流ピストン装置。
3. 前記支持リング（１６，１９）が、調節圧力室直径より大きい外側径方向延出部を有するとともに、関連の調節ピストン又は対向ピストン（３，４）の前記第２端部が配置される前記調節圧力室の直径より小さい貫通孔（２５）を有することを特徴とする請求項２に記載の軸流ピストン装置。
4. センタリング手段（２６）が、前記第１端部に面する側で前記調節ピストン（３）の前記第２端部に形成され、簡易組立を目的として前記支持リング（１９）の対応形状（２７）とセンタリング状態で協働し、前記軸流ピストン装置（１）の動作中に、前記センタリング手段（２６）と前記支持リング（１９）との間の離間配置が常に維持されるように、前記センタリング手段（２６）が前記調節ピストン（３）に軸方向に形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の軸流ピストン装置。
5. 前記調節ピストン（３）又は前記対向ピストン（４）の前記第２端部を収容するためのボア（５０）を前記支持リング（１６，１９）が部分的に閉じて、少なくとも一つの均等孔（２４）が前記支持リング（１６，１９）に設けられ、前記ボアを前記ハウジングの残りの内部空間に接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の軸流ピストン装置。

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