JP6697379B2 - アキシャルピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、特に流体圧システムのためのアキシャルピストンポンプであって、ポンプハウジング内で軸線中心に回転駆動可能なシリンダドラムを有しており、シリンダドラム内ではピストン・シリンダ・ユニットが円上にずらして配置されており、ピストンはシリンダドラムの外部で到達可能な操作端部によって少なくとも間接的に斜板に支持されており、ピストン・シリンダ・ユニットの行程室と、ポンプハウジングの１個の固定された流体入口及び１個の固定された流体出口との間に制御装置が配置されており、この制御装置は流体を流体入口から行程室に、及び行程室から流体出口に的確に送るための流路を有するものに関する。

この種類のアキシャルピストンポンプは公知の技術である。アキシャルピストンポンプは作業シリンダ、流体圧モータ及びこれに類するエネルギー消費機器に圧力媒体を供給するために広く用いられている。冒頭に記載した種類の、回転軸線に対する傾きを調節できるアキシャルピストンポンプは、同様に公知の固定斜板式アキシャルピストンポンプに比べて運転時のエネルギー収支が良好であることを特徴とする。固定斜板式ポンプは定量ポンプとして、圧力媒体で操作される機器がエネルギーを要求しない場合でも所定の駆動回転数で一定の容積流の流体を吐き出し、それゆえ無負荷運転時でも流体圧回路内の流動抵抗を克服しなければならず、そのために有効エネルギーを供給しない駆動エネルギーが消費されるのに対し、斜板の傾きが調節可能であることによって吐出し量をゼロに調整でき、駆動エネルギーの需要を最小限にすることが可能である。冒頭に記載した種類のアキシャルピストンポンプは、ある特許文献に開示されている（例えば、特許文献１参照。）。ピストンが運転時に相連続する行程運動を実行するため、シリンダドラム内に比較的多数のピストン・シリンダ・ユニットが収容されている場合でも、生み出される圧力は圧力脈動を免れない。それゆえこの種のポンプを使用する際は多くの場合に圧力脈動を滑らかにする措置が、例えば脈動減衰器の形式で必要である。

独国特許出願第４４１５５１０号

上記の問題点に鑑みて、本発明の課題は、比較的滑らかな圧力推移を特徴とするアキシャルピストンポンプを提供することである。

上記の課題は、本発明により、全体において特許請求項１に記載された特徴を備えたアキシャルピストンポンプによって解決される。

請求項１の特徴部によれば、本発明の本質的な特徴は、制御装置内で流路の間に行程室内の流体圧力を的確に形成又は放出するための少なくとも１個の圧力補償路が設けられている点にある。これにより、吐出し側流路に到達する前に圧力補償路を介して相応の圧力形成が導入され、又は吸込み側流路に到達する前に補償路を介して相応の圧力解消が導入されることによって、シリンダと吐出し側流路及び吸込み側流路との間の制御エッジを越流する際の圧力衝撃を最小限にする可能性が開かれる。特にこれにより吸込み側から吐出し側に切り替わる領域で圧力形成がより緩やかに行われる。

この場合、それぞれの圧力補償路によりそれぞれ１個の行程室のみが高圧源と接続可能であるような配置構成にすることが好ましく、高圧源は例えば圧縮チャンバであってよい。この種のチャンバは、例えば流路を有する制御装置と接続されたポンプハウジングのハウジング下部に組み入れることができる。

それぞれの圧力補償路は、流体入口から行程室への接続が閉じられた後で初めて、圧力補償路からそれぞれの行程室への接続が作られるように配置されていると特に有利である。

さらに圧力補償路は、流体出口から行程室への接続が作られた後で初めて、圧力補償路からそれぞれの行程室への接続が閉じられるように配置することができる。

それぞれの行程室と吸込み側流路との接続を作る前に的確に圧力を解消するために、第２の圧力補償路を設け、この第２の圧力補償路によってそれぞれ１個の行程室のみが圧力シンクと接続可能であるようにすることができる。圧力シンクは付属の漏れ油システムの構成部分であるタンクであってよい。

圧力シンクにつながる圧力補償路は、流体出口から行程室への接続が閉じられた後で初めて、圧力補償路からそれぞれの行程室への接続が作られるように配置することができる。

この第２の圧力補償路の配置構成に関して、流体出口から行程室への接続が閉じられた後で初めて、圧力補償路からそれぞれの行程室）への接続が作られるように配置し、さらに流体入口から行程室への接続が作られた後で初めて、それぞれの行程室への接続が閉じられるように配置することができる。

特に好適な実施例において、制御装置は固定されたカムプレートを有しており、このカムプレートは好ましくは回転するピストン・シリンダ・ユニットの行程室の底部をなしており、カムプレートはさらに好ましくはピストン・シリンダ・ユニットとの接続を作るために腎臓形流路を有している。

この種の実施例において少なくとも１個の圧力補償路がカムプレート内の孔の形で設けられている。

カムプレートはポンプハウジングのハウジング下部に形成された接続板に配置することができ、接続板内にはそれぞれの圧縮チャンバが設けられており、圧縮チャンバから付属の圧力補償路への接続路が設けられている。

それぞれの圧縮チャンバはスクリュープラグによって閉じられていることが好都合である。

以下に本発明の有利な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の実施例によるアキシャルピストンポンプの縦断面図である。 図１の実施例のハウジング下部が一部開いた斜視図である。 別個に図示されたカムプレートの斜視図である。 本発明によるアキシャルピストンポンプの動作原理を明確に示す概念的機能図である。 本発明によるアキシャルピストンポンプの動作原理を明確に示す概念的機能図である。 本発明によるアキシャルピストンポンプの動作原理を明確に示す概念的機能図である。

図１は、本発明による斜板式アキシャルピストンポンプの実施例を示す。この種のアキシャルピストンポンプにおいて慣用であるように、ポンプハウジング７内には回転駆動可能なシリンダドラム１が設けられており、これに斜板３が付属している。斜板３は、吐出し量、ひいてはポンプにより形成可能なシステム圧を調整するために揺動可能であり、斜板３の揺動軸が図１に３７で表されている。ポンプハウジング７は図面で上方に位置する上部９と下部１１を有する。シリンダドラム１に対する駆動軸１３は、１５で表す軸線を中心に回転運動するために上部９では円筒ころ軸受１６で支承され、下部１１では滑り軸受１７によって支承されている。シリンダドラム１のシリンダ室１９と、その中に案内されているピストン２１（図１の断面ではシリンダ室１９のみ見える）は、図面で下方のシリンダ端部で、ハウジング下部１１に当接するカムプレート２３と接触している。カムプレート２３は、シリンダドラム１のシリンダ室１９内で吸込み側接続部２７と吐出し側接続部２９とを接続するための流路２５及び２６の制御開口部を有する。図２及び図７に別個に図示されているカムプレート２３は、図面の上方でシリンダドラム１に向けられた上側に本発明による方法で作製された被覆２４を有する（図２参照）。被覆２４は、シリンダドラム１が回転運動する際にやや凹状に湾曲した底面８が滑動するための支承面をなしている。図１には、中央貫通路１４と流路２５及び２６の隣接する制御開口部との間の支承部をなす被覆２４の一部が６で表されている。

シリンダドラム１が回転運動すると、ピストン２１はそれぞれ1個のシュー３１を介して斜板３の下側にある滑り面３３で滑動する。シュー３１は付属のピストン２１のピストン上側と玉継手によって接続されており、この玉継手はピストン２１に設けた球頭部３４とシュー３１内に設けた球受部３６とによって構成されている。玉継手はクリンプ部３８によってシュー３１に確保されている。球頭部３４とシュー３１内の油孔３５は、滑り面３３の潤滑のために流体圧油などの流体用の通路を形成する。カムプレート２３に対応してシュー３１も本発明による方法で作製された被覆２４を有する。

既述の通り、吐出し量を調節するために斜板３は斜板３の滑り面３３の平面上に位置する揺動軸線３７中心に調節可能である。この揺動軸線３７は斜板３と上部９との間に形成された斜板支承体によって画定されている。この斜板支承体は上部９にプラスチック製軸受ブッシュ３９を備えており、これに球冠形状滑り面４１を有する斜板３が案内されている。滑り面４１内には駆動軸１３が貫通するために、斜板３内の上方に円錐状に拡大している貫通口４３が形成されている。貫通口４３の両横に滑り面４１から突き出ているガイドレール４５が斜板支承体の一部として設けられている。斜板３が揺動軸線３７中心に揺動運動するために、図１で斜板３の左側が揺動レバー４７とねじ止めされている。揺動レバー４７はシリンダドラム１の横で軸線１５に対して平行に延びており、その図１で下側の端部４９は図示の平面に対して直角に延びる方向で可動であり、それにより揺動軸線３７中心に斜板３の相応の揺動運動を引き起こすことができる。揺動レバー４７は斜板３の付属する側で孔５１内にある雌ねじによりねじ止めされている。

供給・押圧装置の構成部分をなす連結管５は、図１に示すように、シリンダドラム１の両横で軸線１５に対して平行に延びる方向に配置されている。連結管５は図１で下方の端部でハウジング下部１１に設けた接続ブロック５５内の受容部５３に支承されており、受容部５３は連結管５の軸方向移動を可能にする。ブロック５５は、図１では見えないが吐出し側２９に続く接続管路を含んでおり、この接続管路は連結管５の受容部５３に開口している。連結管５の上側端部は、斜板３の下側の滑り面３３の外部で横に配置された接続部材５８を介して斜板３と継手で接続されている。継手接続は一種の玉継手によって実現されており、連結管５の上端部に接続部材５８の球受部６１に受容された球頭部５９を有する。連結管５は接続部材５８を介して斜板３に向って予圧されている。この目的のために連結管５の下端部と受容部５３の底部との間に重ね皿ばね６３が配置されている。接続部材５８内の流体貫通路６７は、吐出し側２９に向かう流体接続を球頭部５９に設けた管開口部を通って斜板３まで延ばしている。接続部材５８の貫通路６７には、斜板３の内部に形成された潤滑管路７３、７５が接続しており（図１には一部見える）、そのうち垂直管路７５は、揺動板支承体へ潤滑剤を供給するために適当な滑り面４１の箇所に開口している。

図２は、ハウジング下部１１を上側に取り付けたカムプレート２３と、吐出し側２９の横の接続部が見える向きで示す。図２でハウジング下部１１の上側にはハウジング壁に組み入れられた２個の円筒形圧縮チャンバ１８が設けられている。圧縮チャンバ１８はスクリュープラグ１２で閉じられており、それらの内端部で接続孔２０及び２２と接続している。接続孔２２には、カムプレート２３内に形成された狭い圧縮チャンバ孔の形式の圧力補償路２８が開口している。カムプレート２３内には圧縮チャンバ孔２８とほぼ反対側に別の圧力補償路３０が同様に断面の小さい圧力逃がし孔として形成されている。低圧側又は吸込み側２７に割り当てられた、圧力逃がし孔３０に隣接する腎臓形流路２５の端部で、開口縁部は面取りされて制御ノッチ３２を形成している。以下に、圧縮チャンバ孔２８、圧力逃がし孔３０及び制御ノッチ３２の機能を、図４〜図６を参照して詳しく説明する。

図４〜図６は、シリンダドラム１の個別シリンダ１９の動作サイクルを、カムプレート２３を展開図で表現した機能図の方式で示す。ここで回転方向は矢印４０で表され、ピストン行程の方向は矢印４２で表されている。上方死点と下方死点はＯＴ若しくはＵＴで表示した。図４は、４０で表す回転方向に従い、吸込み過程の終了後にピストン２１が上方死点に達すると低圧側の流路２５への接続が閉じて（図４の左側参照）、圧縮チャンバ孔２８が開く経過を示している。これにより、高圧側流路２６への接続がまだ開く前に、圧縮チャンバ１８から供給されてシリンダ１９の行程室内で圧力形成が開始する。このピストン２１の吸込み行程が終了した後の状態は、図５の左側に示されている。このときは高圧側流路２６への接続が開いており、その間同時に圧縮チャンバ１８は圧縮チャンバ孔２８を介してシリンダ１９と接続されており、圧縮チャンバ１８は吐出し側流路２６から充填される。動作サイクルがさらに進行すると、図５の右側に示されているように、ピストン２１の吐出し行程が行なわれ、その間圧縮チャンバ孔２８を介する圧縮チャンバ１８への接続は既に妨げられている。図６は左側に、ピストン２１の吸込み行程の開始時に、圧力シンクとして用いられるタンク４６への圧力逃がし孔３０を通した接続が開き始める状況を示す。これにより、シリンダ１９から残留圧力の解消が行なわれた後で、図６の右側に示されているように低圧側流路２５と接続する。より正確に言えば、低圧側流路２５との接続は流路２５の全断面で突然行われるのではなく、図６の右側に示されているように制御ノッチ３２で緩やかに行われる。

圧縮チャンバ１８と接続することにより、高圧側流路２６の開放が達成される前に、シリンダ１９内の圧力は「吸込み圧力」から「作動圧力」に高められる。このために圧力は圧縮チャンバ１８から取り出される。高圧側流路２６との接続が達成された後で、高圧側流路２６はシリンダ行程室及び圧縮チャンバ孔２８を介して圧縮チャンバ１８と接続されており、次のピストン２１が切替え領域に入る前に、圧縮チャンバ１８内の圧力は再び存在する作動圧力に高められる。制御ノッチ３２によって達成される緩やかな移行部と接続し、その前に圧力逃がし孔３０を通して圧力が逃がされると（図６の左側に示された状況参照）、総じて圧力脈動を最小限に抑えた最適な動作挙動が生じる。

Claims (6)

1. 流体圧システムのためのアキシャルピストンポンプであって、接続板（１１）とポンプハウジング（７）内の軸線とを有するポンプハウジング（７）内で軸線（１５）中心に回転駆動可能なシリンダドラム（１）を有しており、シリンダドラム（１）内ではピストン・シリンダ・ユニットが円上にずらして配置されており、ピストン（２１）はシリンダドラム（１）の外部で到達可能な操作端部（３１）によって少なくとも間接的に斜板（３）に支持されており、高圧源（１８）と接続可能であるピストン・シリンダ・ユニットの行程室（１９）と前記接続板（１１）の１個の固定された流体入口及び１個の固定された流体出口との間に制御装置（２３）が配置されており、該制御装置（２３）は流体を流体入口から前記行程室（１９）に、及び行程室（１９）から流体出口に的確に送るための低圧側流路（２５）及び高圧側流路（２６）を有する、流体圧システムのためのアキシャルピストンポンプにおいて、
   前記制御装置（２３）内で前記低圧側流路（２５）と前記高圧側流路（２６）の間に前記行程室（１９）内の流体圧力を的確に形成又は放出するための、第１の圧力補償路（２８）及び第２の圧力補償路（３０）を含む少なくとも２個の圧力補償路（２８、３０）が設けられており、
   該第２の圧力補償路（３０）によって１個の前記行程室（１９）のみがタンク（４６）である圧力シンク（４６）と接続可能であり、
   前記第２の圧力補償路（３０）は、前記流体入口（２５）から前記行程室（１９）への接続が作られた後で初めて、該第２の圧力補償路（３０）からそれぞれの前記行程室（１９）への接続が閉じられるように配置されており、
   前記低圧側流路（２５）と前記高圧側流路（２６）のうちの少なくとも１個の流路の開口縁部の面取りによって制御ノッチ（３２）が形成されており、
   前記第１の圧力補償路（２８）により１個の前記行程室（１９）のみが高圧源（１８）と接続可能であり、
   前記第１の圧力補償路（２８）は、流体入口（２５）から前記行程室（１９）への接続が閉じられた後で初めて、該第１の圧力補償路（２８）からそれぞれの前記行程室（１９）への接続が作られるように配置されており、
   前記第１の圧力補償路（２８）は、流体出口（２６）から前記行程室（１９）への接続が作られた後で初めて、該第１の圧力補償路（２８）からそれぞれの前記行程室（１９）への接続が閉じられるように配置されており、
   前記第２の圧力補償路（３０）は、前記流体出口（２６）から前記行程室（１９）への接続が閉じられた後で初めて、該第２の圧力補償路（３０）からそれぞれの前記行程室（１９）への接続が作られるように配置されており、
   前記高圧源（１８）は、前記ポンプハウジング（７）の前記接続板（１１）の中で延びており、前記高圧源（１８）の長手軸線が前記ポンプハウジング（７）の前記軸線とは直角に延びていることを特徴とするアキシャルピストンポンプ。
2. 前記高圧源は少なくとも１個の圧縮チャンバ（１８）であることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ。
3. 前記制御装置は、固定されたカムプレート（２３）であり、該カムプレート（２３）は回転するピストン・シリンダ・ユニット（１）の前記行程室（１９）の底部をなしていること、及び該カムプレート（２３）はピストン・シリンダ・ユニット（１）との接続を作るために腎臓形流路（２５、２６）を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアキシャルピストンポンプ。
4. 少なくとも２個の圧力補償路がカムプレート（２３）内の孔（２８、３０）の形で設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のアキシャルピストンポンプ。
5. 前記制御装置は、固定されたカムプレート（２３）であり、該カムプレート（２３）は回転するピストン・シリンダ・ユニット（１）の前記行程室（１９）の底部をなしていること、及び該カムプレート（２３）はピストン・シリンダ・ユニット（１）との接続を作るために腎臓形流路（２５、２６）を有し、
   前記カムプレート（２３）は前記ポンプハウジング（７）の前記接続板（１１）に配置されており、前記接続板（１１）内にはそれぞれの圧縮チャンバ（１８）が設けられており、圧縮チャンバ（１８）から付属の圧力補償路（２８）への接続路（２０、２２）が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のアキシャルピストンポンプ。
6. それぞれの圧縮チャンバ（１８）はスクリュープラグ（１２）によって閉じられていることを特徴とする、請求項２又は５に記載のアキシャルピストンポンプ。

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