JP5311383B2 - アキシャルピストン機械 - Google Patents

Description

本発明は、斜板構造のアキシャルピストン機械であって、回転軸線を中心にして回転可能に支承された円筒形ドラムを備えており、該円筒形ドラムが円筒形孔を有していて、該円筒形孔内にそれぞれ１つのピストンが長手方向摺動可能に支承されており、前記ピストンがそれぞれ１つの滑りシューによって斜板で支えられていて、前記滑りシューが、円筒形ドラムと同期回転するリテーニング装置若しくは傾き防止装置、特に傾き防止プレートと作用接続している形式のものに関する。

このような形式の、斜板機械として構成されたアキシャルピストン機械においては、ピストンが、それぞれ１つの滑りシューを用いて斜板に支えられている。この場合、ピストンと滑りシューとの間に滑りシュー継手が配置されている。斜板機械の運転中に、滑りシューに作用する遠心力に基づいて滑りシューに傾倒モーメントが発生し、この傾倒モーメントは、滑りシューを斜板に対して傾けるように作用する。傾き防止装置によって、傾倒モーメントに基づく滑りシューの傾倒若しくは傾きを阻止するために、滑りシューは斜板に向かって押し付けられる。

傾き防止装置（Rueckhalteeinrichtung）は、摩擦結合（摩擦による束縛）式の傾き防止装置として構成されており、この場合、ばね装置が設けられていて、このばね装置は、傾き防止装置及びひいては滑りシューを斜板に向かって負荷するようになっている。この場合、運転中に発生する遠心力に基づく滑りシューの傾きを確実に避けるために、ばね装置の遠心力は最大回転数に設定されている。しかしながらこれによって、高い遠心力が発生し、この遠心力は、低い回転数での運転中に、滑りシューの高い押し付け力を斜板に作用させ、また円筒形ドラムの高い押し付け力を制御面に作用させる。これによって、斜板機械の効率を低くする高い摩擦力が発生する。しかも、高い押し付け力は、斜板機械の摩耗を早めることになる。傾き防止装置はさらに、摩擦結合式の傾き防止装置として構成されており、この傾き防止装置はハウジングに軸方向で固定されている。この場合、ハウジングと傾き防止装置との摩擦結合式の結合によって生じる遊びに基づいて、滑りシューが、運転中に発生する遠心力に基づいて斜板に対して傾き、それによって漏れ流が発生し、この漏れ流は、斜板機械の効率を低下させることになる。

冒頭に述べた形式の斜板機械として構成されたアキシャルピストン機械は、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００５０４７９８１号明細書により公知である。
ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００５０４７９８１号明細書

本発明の課題は、冒頭に述べた形式のハイドロスタティック（流体静力学）式のアキシャルピストン機械を改良して、効率が改善されたものを提供することである。

この課題を解決した本発明によれば、滑りシューがモーメント発生装置と作用接続していて、該モーメント発生装置によって、傾倒モーメントに抗する対抗モーメントが滑りシューにおいて生ぜしめられるようになっている。

本発明の基本的な考え方は、モーメント発生装置によって滑りシューに、遠心力により生ぜしめられた傾倒モーメントに対抗する対抗モーメントを生ぜしめ、この対抗モーメントが傾倒モーメントを部分的に又は完全に補整するという点にある。これによって、ばね装置によって負荷された摩擦結合（摩擦による束縛）式の傾き防止装置において、遠心力及びひいては押し付け力が減少され、それによって、より小さい摩擦力及びひいては斜板機械の改善された効率が得られる。しかも、押し付け力が減少されたことによって、斜板機械の摩耗が減少される。摩擦結合式の傾き防止装置においては、モーメント発生装置によって滑りシューの傾きが避けられ、それによって本発明による斜板機械の漏れは僅かであり、高い効率が得られる。

本発明の有利な実施態様によれば、モーメント発生装置が傾倒レバーによって形成されており、各滑りシューに１つの傾倒レバーが対応配置されており、該傾倒レバーによって、滑りシューに作用する遠心力に対向する方向に向けられた、滑りシューに作用する接触力が生ぜしめられるようになっている。

傾倒レバーによって、簡単な形式で、滑りシューに作用する、遠心力に抗する接触力が生ぜしめられ、ひいては、遠心力に基づく傾倒モーメントに抗する対抗モーメントが滑りシューに生ぜしめられる。

この場合、傾倒レバーが前記傾き防止装置に、傾き防止装置の回転軸線に対して平行に配置された旋回軸線を中心にして旋回可能に支承されていて、滑りシューの外周面と作用接続され得るようになっている。これによって、安価な構造費用で、遠心力に対抗する、滑りシューに作用する接触力が得られる。

本発明の有利な実施態様によれば、傾倒レバーが、滑りシューの滑りシューネック部の領域において滑りシューの外周面と作用接続され得るようになっている。

また、傾倒レバーが、滑りシューの滑りシュープレートの領域内で、滑りシューの外周面と作用接続され得るようになっている。

傾倒レバーが２腕状のレバーとして構成されており、前記傾倒レバーの第１のてこ腕を備えた領域に、前記滑りシューと接続され得る接触面が形成されていて、前記傾倒レバーの第２のてこ腕に傾倒レバーの質量重心点が作用するようになっている。傾倒レバーは、遠心力によって操作され、それによって接触力は、傾倒レバーに作用する遠心力に比例し、斜板機械の回転数に比例する。このような形式の遠心力によって操作される傾倒レバーは、安価な構造費用で、滑りシューにおいて、傾倒モーメントに抗する対抗モーメントが生ぜしめられる。

第２のてこ腕が第１のてこ腕よりも大きければ、特に有利である。これによって所定の傾倒モーメントにおいて、滑りシューに作用する大きい接触力が生ぜしめられ、それによって小さい構造スペースを有する傾倒レバーによって高い対抗モーメントを生ぜしめることができる。

本発明の有利な実施態様によれば、傾倒レバーの質量、第１のてこ腕並びに第２のてこ腕が、傾倒レバーによって生ぜしめられた対抗モーメントが滑りシューに作用する傾倒モーメントを殆ど又は完全に補整するように、設計されている。

傾倒レバーが滑りシューを部分的に取り囲んでいて、傾倒レバーの第２のてこ腕を備えた領域が、隣接する第２の滑りシューの中間室を部分的に満たしていれば、傾倒レバーのための付加的な構造スペースを必要とすることなしに、適合した傾倒レバー質量を提供することができる。

本発明の有利な実施例によれば、傾倒レバーは、傾き防止装置と円筒形ドラムとの間に配置することができる。

また本発明の別の実施例によれば、傾き防止装置に傾倒レバーを支承するための、軸受構成部分、特に円筒形ピンを設けることができる。

安価な構造費用に関連して、傾き防止装置に傾倒レバーを支承するために、軸受構成部分特に円筒形ピンが設けられていれば、有利である。このような円筒形ピンによって、傾倒レバーは簡単な形式で傾き防止装置に旋回可能に支承される。

傾倒レバーより形成されたモーメント発生装置は、斜板に向かって負荷されている、摩擦結合式の傾き防止装置を備えた斜板機械において使用することができる。

また、傾倒レバーより形成されたモーメント発生装置は、傾き防止装置がアキシャルピストン機械のハウジングに支えられている、摩擦結合式の傾き防止装置において使用することができる。

本発明のその他の利点及び詳細を、概略的に図示した実施例を用いて以下に説明する。

図１には、斜板機械１として構成された、従来技術によるハイドロスタティック（流体静力学）式のアキシャルピストン機械の縦断面図が示されている。

斜板機械１は、回転軸線２を中心にして回転可能に支承された円筒形ドラム３を有しており、この円筒形ドラム３は、同心的に配置された複数の円筒形孔４を有しており、これらの円筒形孔４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いる。この場合、円筒形ドラム３は、回転軸線２に対して同心的に配置された駆動軸６に相対回動不能に（つまり一緒に回転するように）結合されている。

この場合、ピストン５は、それぞれ滑りシュー７として構成された滑動エレメントによって斜板８上に支えられている。滑りシュー７は、球状の滑りシュー継手９によってピストン５に枢着（継手結合）されている。この場合、斜板８は、図１に示されているように、斜板機械１のハウジング１０に一体成形されており、この場合、斜板機械１は、不変の押し退け容積を有している。また、斜板８を調節可能に構成し、それによって斜板機械１が可変な押し退け容積を有するようにすることもできる。

円筒形ドラム３は、ハウジング固定された制御面１１に軸方向で支えられていて、この制御面１１は円板状の制御底部１２を有している。制御底部１２は、図示していない腎臓形の制御スリットを備えており、この制御スリットは、斜板機械１の入口接続部及び出口接続部を形成している。

滑りシュー７は、円板状の傾き防止プレート１５として構成された傾き防止装置１６と作用接続している。図１に示した斜板機械１では、傾き防止装置１６が摩擦結合式の傾き防止装置として構成されている。この場合、傾き防止装置１６は球状の軸受構成部分１７に支承されており、この軸受構成部分１７は、単数又は複数のばねによって形成されたばね装置１８によって円筒形ドラム３に支えられている。このばね装置１８によって、滑りシュー７は軸受構成部分１７及び傾き防止プレート１５を介して斜板８に向かって負荷される。

図２には、図１に示した滑りシュー７の拡大図が示されており、この場合、斜板機械１の作動中に発生する力が示されている。

回転軸線２を中心として円筒形ドラム３が回転すると、滑りシュー７の重心点Ｓに作用する遠心力Ｆ_ｆが生じる。この遠心力Ｆ_ｆは、滑りシュー継手９の中心点から滑りシュー７の重心点Ｓまでの間隔ａを保って、滑りシュー７を斜板８に対して傾ける傾倒モーメントを生ぜしめる。斜板８に対する滑りシュー７の傾倒は、斜板８と滑りシュー７との間、並びに滑りシュー７と傾き防止プレート１５との間に作用する力Ｆ_Ａ及びＦ_Ｂによって阻止される。この力Ｆ_ＡとＦ_Ｂとは、円形の滑りシュープレート７ａ（この滑りシュープレート７ａによって滑りシュー７が斜板８で支えられている）の直径ｄだけ間隔を保っていて、前記傾倒モーメントに対抗するモーメントを生ぜしめる。この場合、押し付け作用を有する力Ｆ_Ａは、傾き防止プレート１５を負荷するばね装置１８によってもたらす必要がある。

滑りシュー７が斜板８に対して傾倒するのを確実に避けるために、ばね装置１８のばね力は、最大回転数時に発生する高い遠心力Ｆ_ｆに設定する必要がある。低い回転数においては、このような不必要に高い押し付け作用を有する力Ｆ_Ａは、高い摩擦損失を生ぜしめ、それによって、斜板機械１の効率の低下、並びに斜板機械１の高い摩耗を生ぜしめる。

図３には、図２に示した形状結合（形状による束縛）式の傾き防止装置１５を備えた従来技術の斜板機械が示されている。

この場合、斜板状の傾き防止装置１５は、例えばハウジング１０の溝状の切欠２０内に配置されたゼーゲルリング（Seeger-Ring；保持器）によって形成された固定装置１９によって、ハウジング１０に軸方向で固定されている。

遠心力Ｆ_ｆに基づく滑りシュー７の傾倒モーメントに抗して、力Ｆ_Ａ及びＦ_Ｂより形成されたモーメントが作用する。製造公差及び組立のために存在する、固定装置１９の遊びに基づいて、滑りシュー７は斜板８に対して傾き、それによって、滑りシュー７の滑りシュープレート７ａと斜板８との間に遊び２１が生じ、この遊びを通って、ハウジング室内に、斜板機械の効率を低下させる漏れ流が発生する。

図４に示した本発明による斜板機械においては、滑りシュー７がモーメント発生装置２５と作用接続し、このモーメント発生装置２５は、遠心力Ｆ_ｆにより滑りシュー７に生じる傾倒モーメントに抗する対抗モーメントを発生させる。この場合、モーメント発生装置２５は、滑りシュー７ａの領域内で、斜板８と傾き防止プレート１５によって形成された傾き防止装置１６との間に配置されている。図４に示した傾き防止装置１６は、摩擦結合式の傾き防止装置として構成されており、この傾き防止装置は、図１によれば、ばね装置１８及び球状の軸受構成部分１７とによって斜板８に向かって負荷されている。

図４に示した傾き防止装置１５を、図３におけるようにハウジング３に軸方向で固定された、形状結合式の傾き防止装置として構成することもできる。

モーメント発生装置２５は、図５の、傾き防止プレート１５及び滑りシュー７の平面図に示したように、傾倒レバー２６より成っており、この場合、滑りシュー７に傾倒レバー２６が対応配置されている。

図６には、図５の一部の拡大図が示されている。滑りシュー７に対応配置された傾倒レバー２６は、例えば円筒形ピンとして構成された軸受構成部分２７によって、傾き防止プレート１５の回転軸線Ｄに対して平行に配置された旋回軸２８を中心にして旋回可能に、傾き防止プレート１５の外側領域に支承されている。

この場合、傾倒レバー２６は、２腕状のレバーとして構成されており、この場合、傾倒レバーの第１の領域に接触面３０が形成されており、この接触面３０は、滑りプレート７ａの領域内で滑りシュー７の外周面と作用接続している。この場合、接触面３０は、旋回軸線２８から第１のてこ腕ｃの間隔を保っている。この第１のてこ腕ｃの領域に対して、旋回軸２８を基準にして反対側に配置された傾倒レバー２６の第２の領域は、滑りシュー７に部分的に巻き掛けられ、隣接する滑りシュー７に対する中間室を少なくとも部分的に満たしている。傾倒レバー２６のこの構成によって、傾倒レバー２６の質量重心点Ｓ_Ｍは、前記第２の領域内に配置されていて、旋回中心点２８から第２のてこ腕ｄの間隔を保っている。この場合、第２のてこ腕ｄは、第１のてこ腕ｃよりも大きく構成されている。

円筒形ドラム３が回転軸線２を中心にして回転すると、傾き防止装置１６は回転軸線Ｄを中心にして回転する。この場合、傾倒レバー２６の質量重心点Ｓ_Ｍに遠心力Ｆ_ｓが作用する。傾倒レバー２６は、第２のてこ腕ｄで以て旋回軸線２８を中心としたトルクを作用させる。この場合、傾倒レバー２６は、遠心力Ｆ_ｓに抗する接触力Ｆ_ｋによって接触面３０において支えられており、この接触力Ｆ_ｋは滑りシュー７に作用する。この場合、傾倒レバー２６のてこ腕ｃ，ｄを選択することによって、傾倒レバー２６の与えられた質量において接触力Ｆ_ｋは、傾倒レバー２６に作用する遠心力Ｆ_ｓよりも大きい。これによって大きい接触力Ｆ_ｋが得られる。

図７には、滑りシュー７に作用する力を有する、図２に示した本発明による斜板機械１の滑りシュー７を示す。

図７に示されているように、傾倒レバー２６によって生ぜしめられ、滑りシュープレート７ａの領域において滑りシュー７の外周面に作用する接触力Ｆ_ｋは、内方に、ひいては滑りシュー７に作用する遠心力Ｆ_ｆに抗する方向に向けられている。この場合、滑りシュープレート７ａの領域内で滑りシュー７の外周面に作用する接触力Ｆ_ｋは、滑りシュー継手９の中心点から間隔ｄを保っており、これによって、接触力Ｆ_ｋから間隔ｂを保って対抗モーメントが生ぜしめられる。この対抗モーメントは、間隔ａと遠心力Ｆ_ｆとによって形成された、滑りシュー７の傾倒モーメントに対抗して作用する。

この場合、傾倒レバー２６の質量、並びに傾倒レバー２６のてこ腕ｃ，ｄは、有利な形式で、遠心力Ｆ_ｆと間隔ａとによって形成された傾倒モーメントが接触力Ｆ_ｋと間隔ｂとによって形成された対抗モーメントによって完全に又はほぼ完全に補整されるように、設計されているので、滑りシュー継手９の中心点を中心としてモーメントの合計は、ゼロであるか又はほぼゼロであり、それによって僅かな力Ｆ_Ａ及びＦ_Ｂが得られるか、又はこれらの力Ｆ_Ａ，Ｆ_Ｂが消滅する。

これによって、本発明による斜板機械１において、モーメント発生装置２５によって、滑りシュー７が斜板８に対して傾くことは効果的に避けられる。傾倒レバー２６によって生ぜしめられた接触力Ｆ_ｋ及びひいては、滑りシュー７に作用する、傾倒モーメントに抗する対抗モーメントによって、摩擦結合式の傾き防止装置１６を備えた本発明による斜板機械１において、傾き防止装置１６に作用するばね装置１８の、滑りシュー７を斜板８に押し付ける遠心力が減少され、それによって、滑りシュー７と斜板８との間に生じる摩擦力は小さく、これによって本発明による斜板機械１の高い効率が得られる。また、傾倒レバー２６によって形成されたモーメント発生装置２５を備えた本発明による斜板機械１においては僅かな摩耗しか発生しない。

傾倒レバー２６によって形成されたモーメント発生装置２５を備えた、摩擦結合式の傾き防止装置１６を有する斜板機械１において、傾倒レバー２６によって生ぜしめられた対抗モーメントによって、ハウジング１０内での傾き防止装置１６の固定装置内の遊びに基づく、滑りシュー７の傾きは効果的に避けられ、これによって、オイル漏れの増大は避けられ、本発明による斜板機械は高い効率を有している。

さらにまた、モーメント発生装置２５を備えた本発明による斜板機械１において、ピストン５と円筒形孔４との間の遠心力に基づいて接触力が減少され、それによって円筒形孔４内でのピストン５の固着が効果的に避けられる。

滑りシュープレート７ａの領域内で傾き防止プレート１５と斜板８との間に傾倒レバー２６を配置する代わりに、傾倒レバー２６を、傾き防止プレート１５の、円筒形ドラム３に面した側に配置することも可能である。これによって、傾倒レバー２６は接触面３０で以て、滑りシュー継手９と滑りシュープレート７ａとの間に配置された、滑りシュー７の滑りシューネック７ｂと作用接続する。

従来技術による斜板構造のアキシャルピストン機械の縦断面図である。 従来技術による摩擦結合（摩擦による束縛）式の傾き防止装置の部分的な断面図である。 従来技術による形状結合（形状による束縛）式の傾き防止装置の部分的な断面図である。 斜板機械として構成された、本発明によるアキシャルピストン機械の縦断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿って断面して見た、傾き防止装置の平面図である。 図５の一部の拡大図である。 図４の一部の拡大図である。

１ 斜板機械、 ２ 回転軸線、 ３ 円筒形ドラム、 ４ 円筒形孔、 ５ ピストン、 ６ 駆動軸６、 ７ 滑りシュー、 ７ａ 滑りシュープレート、 ７ｂ 滑りシューネック部、 ８ 斜板、 ９ 滑りシュー継手、 １０ ハウジング、 １１ 制御面、 １２ 制御底部、 １５ 保持プレート、 １６ 傾き防止装置、 １７ 軸受構成部分、 １８ ばね装置、 １９ 固定装置、 ２０ 切欠、 ２１ ギャップ、 ２５ モーメント発生装置、 ２６ 傾倒レバー、 ２７ 軸受構成部分、 ２８ 旋回軸線、 ３０ 接触面、 Ｓ 重心点、 ａ 間隔、 ｃ てこ腕、 ｄ 第２のてこ腕、 Ｄ 回転軸線、 Ｓ_Ｍ 質量重心点、 Ｆ_ｓ 遠心力、 Ｆ_ｋ 接触力

Claims (13)

1. 斜板構造のアキシャルピストン機械であって、回転軸線を中心にして回転可能に支承された円筒形ドラムを備えており、該円筒形ドラムが円筒形孔を有していて、該円筒形孔内にそれぞれ１つのピストンが長手方向摺動可能に支承されており、前記ピストンがそれぞれ１つの滑りシューによって斜板に支えられていて、前記滑りシューが、円筒形ドラムと同期回転する傾き防止装置と作用接続している形式のものにおいて、
   前記滑りシュー（７）がモーメント発生装置（２５）と作用接続していて、該モーメント発生装置（２５）によって、傾倒モーメントに抗する対抗モーメントが滑りシュー（７）において生ぜしめられるようになっており、前記モーメント発生装置（２５）が傾倒レバー（２６）によって形成されており、各滑りシュー（７）に１つの傾倒レバー（２６）が対応配置されており、該傾倒レバー（２６）によって、滑りシュー（７）に作用する遠心力（Ｆ _ｆ ）に対向する方向に向けられた、滑りシュー（７）に作用する接触力（Ｆ _ｋ ）が生ぜしめられるようになっていることを特徴とする、アキシャルピストン機械。
2. 前記傾倒レバー（２６）が前記傾き防止装置（１６）に、該傾き防止装置（１６）の回転軸線（Ｄ）に対して平行に配置された旋回軸線（２８）を中心にして旋回可能に支承されていて、滑りシュー（７）の外周面と作用接続され得るようになっている、請求項１記載のアキシャルピストン機械。
3. 傾倒レバー（２６）が、滑りシュー（７）の滑りシューネック部（７ｂ）の領域において滑りシュー（７）の外周面と作用接続され得るようになっている、請求項２記載のアキシャルピストン機械。
4. 前記傾倒レバー（２６）が、滑りシュー（７）の滑りシュープレート（７ａ）の領域内で、滑りシュー（７）の外周面と作用接続され得るようになっている、請求項２記載のアキシャルピストン機械。
5. 前記傾倒レバー（２６）が２腕状のレバーとして構成されており、前記傾倒レバー（２６）の第１のてこ腕（ｃ）を備えた領域に、前記滑りシュー（７）と接続され得る接触面（３０）が形成されていて、前記傾倒レバー（２６）の第２のてこ腕（ｄ）に傾倒レバー（２６）の質量重心点（Ｓ_Ｍ）が作用するようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載のアキシャルピストン機械。
6. 第２のてこ腕（ｄ）が第１のてこ腕（ｃ）よりも大きい、請求項５記載のアキシャルピストン機械。
7. 傾倒レバー（２６）の質量、第１のてこ腕（ｃ）並びに第２のてこ腕（ｄ）が、傾倒レバー（２６）によって生ぜしめられた対抗モーメントが滑りシュー（７）に作用する傾倒モーメントを殆ど又は完全に補整するように、設計されている、請求項５又は６記載のアキシャルピストン機械。
8. 前記傾倒レバー（２６）が滑りシュー（７）を部分的に取り囲んでいて、傾倒レバー（２６）の第２のてこ腕（ｄ）を備えた領域が、隣接する２つの滑りシュー（７）の間の空間を少なくとも部分的に満たしている、請求項１から７までのいずれか１項記載のアキシャルピストン機械。
9. 傾倒レバー（２６）が傾き防止装置（１６）と斜板（８）との間に配置されている、請求項４記載のアキシャルピストン機械。
10. 傾倒レバー（２６）が傾き防止装置（１６）と円筒形ドラム（３）との間に配置されている、請求項３記載のアキシャルピストン機械。
11. 傾き防止装置（１６）に傾倒レバー（２６）を支承するための軸受構成部分（２７）が設けられている、請求項２から１０までのいずれか１項記載のアキシャルピストン機械。
12. 傾き防止装置（１６）がばね装置（１８）によって斜板（８）に向かって負荷されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のアキシャルピストン機械。
13. 前記傾き防止装置（１６）が、アキシャルピストン機械のハウジング（１０）において支えられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のアキシャルピストン機械。

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