WO2002006669A1 - Hydrotransformator - Google Patents

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WO2002006669A1
WO2002006669A1 PCT/DE2001/002387 DE0102387W WO0206669A1 WO 2002006669 A1 WO2002006669 A1 WO 2002006669A1 DE 0102387 W DE0102387 W DE 0102387W WO 0206669 A1 WO0206669 A1 WO 0206669A1
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WO
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control
hydrotransformer
lifting
driven
control element
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/002387
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf SCHÄFFER
Original Assignee
Bosch Rexroth Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Rexroth Ag filed Critical Bosch Rexroth Ag
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Priority to DE50105252T priority patent/DE50105252D1/de
Priority to US10/332,873 priority patent/US6887045B2/en
Priority to JP2002512540A priority patent/JP2004504535A/ja
Publication of WO2002006669A1 publication Critical patent/WO2002006669A1/de

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26Control
    • F04B1/28Control of machines or pumps with stationary cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26Control
    • F04B1/30Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
    • F04B1/32Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/328Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the axis of the cylinder barrel relative to the swash plate
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F04B9/10Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic transformer according to the preamble of patent claim 1.
  • a hydrotransformer is a unit in which an energy flow Q] _ x pi is converted into an energy flow 0_2 x P 2 by hydraulic coupling of a hydraulic motor and a pump. In this case, only as much hydraulic energy is drawn from an existing pressure supply as is required to drive a consumer connected to the pump.
  • Such hydraulic transformers can be designed as radial piston machines or as axial piston machines.
  • No. 3,188,963 shows a hydrotransformer designed as a swashplate machine, in which displacers guided in a rotatable cylinder are supported on a fixed swashplate.
  • the angle of attack of the swash plate determines the piston stroke of the displacer.
  • the pressure medium is supplied and removed via a control disc with four control kidneys, one pair of control kidneys each being assigned to the motor or the pump.
  • No. 3,079,864 discloses a hydrotransformer in a vane-cell construction.
  • a large number of displacers displaceable in the radial direction are mounted in a rotor and biased against a cam ring.
  • the pressure medium supply and discharge takes place in a manner similar to the solution described above via a control disk arranged on the end face.
  • the control disc is provided with three control kidneys, the position of which can be changed relative to the dead center positions of the displacers by rotating the control disc with respect to the swash plate of the axial piston machine. By adjusting the control disc, the torque balance above the swash plate is changed. To shut down the hydrotransformer, the control plate must be brought into a neutral position in which the sum of the moments acting on the swash plate is zero.
  • the regulation for the exact setting of the angle of rotation position of the control disk required for a predetermined transmission ratio is comparatively complex.
  • the invention has for its object to provide a hydrotransformer in which the setting of the transmission ratio is possible in a simple manner.
  • the hydrotransformer is provided with a displacement part receiving the displacer, a lifting element acting on the displacer in the stroke direction and a control element controlling the pressure medium supply to a tank connection, a working connection and a supply connection, one of these elements being able to be driven in rotation by means of a drive.
  • the displacer part or the lifting element is mounted in a housing of the hydrotransformer in such a way that it can set itself freely as a result of the reaction forces.
  • the third component in each case, ie the non-driven or freely adjustable component, is fixedly mounted in the housing.
  • the transmission ratio is essentially determined by the speed of the drive, so that the adjustable pressure at the consumer is thus a function of the speed of the driven component and the available supply pressure.
  • the hydraulic transformer according to the invention immediately assumes an equilibrium position that is dependent on the supply pressure and the load pressure and in which no torques are effective due to the free movement of the second component - the hydraulic transformer is automatically retracted without the need for complex control as with the INNAS hydraulic transformer ,
  • the solution according to the invention allows an extremely simple setting of the transmission ratio as a function of the speed of the drive, the operational safety being significantly increased compared to the conventional solutions due to the automatic assumption of the equilibrium position when the drive is switched off.
  • the different transmission ratios can be set in an extremely simple manner.
  • the flow rate of the hydrotransformer is proportional to the set speed.
  • the basic concept according to the invention can be implemented both in the case of hydraulic transformers in the axial and in the radial construction.
  • the driven, the fixed and the self-adjusting component can be implemented in the following preferred variants.
  • the displacer part accommodating the displacer is fixedly mounted in the housing, while the control element can be driven by the drive and the lifting part is rotatably mounted in the housing. Due to the fixed displacement part, the masses to be accelerated are significantly lower compared to the conventional solution, in which the displacers must be accelerated with the associated rotor, so that a more precise and faster setting of the transmission ratio is possible with minimized losses.
  • control element is fixed and the displacer part is rotatably mounted in the housing, while the lifting part acting on the displacer is suspended.
  • the displacement part is driven while the control element is fixed and the lifting element is rotatably mounted in the housing.
  • the hydraulic transformer is designed in an axial piston design (swash plate) or as a vane cell machine.
  • FIGS. 1 and 2 basic sections through a hydraulic transformer according to the invention in axial piston design
  • FIG 3 is a development of the hydraulic transformer from Figure 1 to explain the operation
  • FIGS 4, 5 an embodiment of a hydraulic transformer according to the invention as a vane machine in two different operating states.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified longitudinal section through a hydraulic transformer 1, in which a plurality of cylinder spaces 4 running in the axial direction are formed in a drum 2 along a pitch circle. In the illustrated embodiment, a total of 18 cylinder spaces are formed in the drum 2.
  • a piston-shaped displacer 6 is guided in each cylinder space 4, the piston foot of which is supported directly or via sliding shoes on an inclined surface 8 of a swash plate 10.
  • the cylinder spaces 4 open via control openings 12 in the end face 14 of the drum 2 facing away from the swash plate 10.
  • the total of 18 control openings 12 are assigned three control kidneys 16, 17, 18 of a control disk 20 which is sealingly mounted on the end face 14.
  • the three control kidneys 16, 17, 18 are provided with a supply Final P, a work port A or a tank port T connected, which are indicated in Figure 2.
  • either the swash plate 10, the drum 2 or the control mirror 20 is assigned its own drive, by means of which this component can be set in rotation.
  • either the drum 2 or the swash plate 10 are freely adjustable in a housing, not shown, of the hydrotransformer 1, while the respective third component is fixed in the housing.
  • the control mirror 20 can be driven by its own drive 22 with speed control.
  • the drum 2 is rotatably mounted in the housing - i.e., the term "drum” does not necessarily define a rotatable mounting of this component in the housing.
  • the swash plate 10 is rotatably mounted in the housing, the rotational angle position being set as a function of the moments transmitted to the inclined surface 8 via the displacers 6.
  • This torque is dependent on the pitch circle radius on which the displacers 6 are arranged and on the pressure acting on the supply connection (high pressure) and on the working connection (load pressure).
  • the delivery volume is proportional to the speed of the control mirror 20, which can be set via the drive control of the drive 22.
  • the moving masses are relatively small compared to conventional solutions with a rotating drum, so that a higher speed level can be set.
  • the hydrotransformer can be operated with higher dynamics than an INNAS hydotransformer with the same drive torque.
  • the invention is in no way limited to a driven control mirror 20 with a fixed drum 2 and freely adjustable swash plate 10 - in principle, the two other components, ie the swash plate 10 or the drum 2, can also be driven via the drive 22, while the other two components are fixed or rotating in the configuration shown in Table 1 in the housing.
  • swash plate also covers the axial piston designs with a swash plate or inclined axis.
  • FIG. 3 shows a schematic development of the hydrotransformer 1 shown in FIG. 1, from which the interaction of the individual components can best be seen, the relative arrangements of the individual components being shown during a complete rotation of the control mirror 20 by 360 °.
  • the control curve which defines the stroke movement of the displacers 6 and is defined by the inclined surface 8 adjusts itself automatically due to the disturbed torque balance depending on the rotational angle position of the control disk 20 and the pressures applied to the connections P, A and T.
  • the drum 2 is fixed relative to the control mirror 20 and the swash plate 10.
  • the swash plate 10 with the inclined surface 8 acting as a control curve adjusts itself in such a way that the torque acting on the swash plate 10 is zero.
  • the equilibrium position shown in FIG. 3 is established when the pressure at the supply connection is approximately the same as at the work connection (load pressure).
  • the swash plate 10 will shift to the left from the illustration according to FIG. 3 until the displacers 6, which are subjected to high pressure via the control kidneys 18, are arranged in the valley of the control curve formed by the inclined surface 8.
  • the hydraulic transformer is designed in the form of an axial piston.
  • the invention is not limited to axial piston machines but can also be used with other displacement principles, for example with radial piston machines, cycloid gears, vane machines etc.
  • FIGS. 4 and 5 show greatly simplified sections through a second exemplary embodiment of a hydrotransformer 1, which is designed in the vane cell design.
  • a vane unit has a rotatably mounted rotor 28, which is provided on the circumference with radial recesses in which radially displaceable vanes 30 are guided.
  • the end portions of the vanes 30 projecting radially from the rotor 28 are supported on a cam ring 32 which is offset from the rotor 28 by the eccentricity dimension e.
  • the cam ring 32 surrounds the rotor 28 with the vanes 30.
  • Two adjacent vanes 30 and the mutually facing peripheral walls of the cam ring 32 and the rotor 28 define displacement spaces 34, which on the one hand have a control mirror 36 on the end face and on the other hand are limited by an end plate, not shown.
  • the control mirror 36 has three control kidneys 16, 17 and 18 which are assigned to the tank connection T, the working connection A and the supply connection P. Via these control kidneys, the aforementioned displacement spaces 34 can thus be connected to the supply connection, the work connection or the tank connection, depending on the relative position of the components.
  • the rotor 28 with the vanes 30 practically corresponds to the drum 2 with the displacers 6
  • the cam ring 32 corresponds to the swash plate 10.
  • the control mirror 36 with the control kidneys 16, 17 forming the end at the end , 18 is practically identical in terms of function to the control mirror 20 from FIGS. 1 to 3. With these assignments, the variants according to Table 1 can also be transferred to vane cell units.
  • control mirror 36 with the control kidneys 16, 17, 18 is fixedly mounted in the housing of the hydraulic transformer 1 (not shown), while the rotor 28 with the blades 30 can be driven by a drive with speed control.
  • the "rotor” can also be fixed in the housing.
  • the cam ring 32 is mounted in the housing in such a way that it can align itself in a specific rotational angle position with respect to the rotor 28 depending on the reaction forces. In other words, this free adjustability essentially comprises the adjustment by a wobbling movement of the cam ring 32.
  • FIG. 4 shows an equilibrium position which arises when the pressure at the supply connection P is approximately equal to the pressure at the consumer connection A.
  • the two control kidneys 17 and 18 are then arranged symmetrically to the axis of symmetry 38 containing the two dead center positions of the wings 30.
  • Figure 5 shown an equilibrium position in which the control kidney connected to the supply port P. 18 is arranged symmetrically to the axis of symmetry 38 defining the dead center positions.
  • the torque balance acting on the cam ring is disturbed in the same way as in the exemplary embodiment described at the outset, so that it is rotated in the direction of its new equilibrium position as a function of the pressure ratio at the working port A and at the consumer port P , Due to the rotating movement of the rotor 28, the lifting ring 32 also performs a wobble movement. With a constant transmission ratio between the supply connection P and the working connection A, the flow rate is proportional to the speed of the rotor 28.
  • one of the components determining the pressure ratio i.e. the displacement part (rotor 28, drum 2), the lifting element (lifting ring 32, swash plate 10) or the control element (control mirror 20, 36) can be driven in a speed-controlled manner, while - depending on the driven component - the displacement part or the lifting element is freely adjustable, while the third, remaining component is firmly accommodated in the housing.
  • a hydrotransformer in which a plurality of displacers are guided in one displacement part is.
  • the stroke of the displacers is determined via a lifting element, the pressure medium supply and discharge being controlled via a control element with at least three control grooves.
  • either the displacement part or the lifting element or the control element can be driven, while - depending on the driven component - the lifting element or the displacement part is freely adjustable, and the third, remaining component is accommodated in a housing-fixed manner.

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Abstract

Offenbart ist ein Hydrotransformator, bei dem in einem Verdrängerteil eine Vielzahl von Verdrängern geführt ist. Der Hub der Verdränger wird über ein Hubelement bestimmt, wobei die Druckmittelzufuhr und -abfuhr über ein Steuerelement mit zumindest drei Steuernuten gesteuert ist. Erfindungsgemäss ist entweder das Verdrängerteil oder das Hubelement oder das Steuerelement antreibbar, während - je nach angetriebenem Bauelement - das Hubelement bzw. das Verdrängerteil frei einstellbar gelagert und das dritte, verbleibende Bauelement gehäusefest aufgenommen ist.

Description

Beschreibung
Hydrotransformator
Die Erfindung betrifft einen Hydrotransformator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Hydrotransformator ist eine Einheit, bei der durch hydraulische Kopplung eines Hydromotors und einer Pumpe ein Energiestrom Q]_ x pi in einen Energiestrom 0_2 x P2 umgewandelt wird. Dabei wird einer vorhandenen Druckversorgung nur so viel hydraulische Energie entnommen, wie zum Antrieb eines an die Pumpe angeschlossenen Ver- brauchers erforderlich ist. Derartige Hydrotransformato- ren können als Radialkolbenmaschine oder als Axialkolbenmaschine ausgeführt sein.
Die US 3,188,963 zeigt einen als Schrägscheibenma- schine ausgeführten Hydrotransformator, bei dem in einem drehbaren Zylinder geführte Verdränger an einer feststehenden Schrägscheibe abgestützt sind. Der Anstellwinkel der Schrägscheibe bestimmt den Kolbenhub der Verdränger. Die Druckmittelzufuhr und -abfuhr erfolgt über eine Steu- erscheibe mit vier Steuernieren, wobei jeweils ein Steuernierenpaar dem Motor bzw. der Pumpe zugeordnet ist.
In der US 3,079,864 ist ein Hydrotransformator in Flügelzellenbauweise offenbart. Bei dieser Lösung sind eine Vielzahl von in Radialrichtung verschiebbaren Verdrängern in einem Rotor gelagert und gegen einen Hubring vorgespannt . Die Druckmittelzu- und abfuhr erfolgt ähnlich wie bei der vorbeschriebenen Lösung über eine stirnseitig angeordnete Steuerscheibe. Aus der WO 97/31185 AI und der Druckschrift "Ein neuer alter Bekannter - der Hydrotransformator" , Siegfried Rotthäuser, Peter Achten; O+P "Ölhydraulik und Pneumatik" 42 (1998) Nr. 6; S. 374 ff. ist' der sogenannte INNAS-Hydrotransformator bekannt, bei dem das Übersetzungsverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen dem Versorgungsdruck und dem Lastdruck des Verbrauchers veränderbar ist. Hierzu ist die Steuerscheibe mit drei Steuernieren versehen, deren Relativposition zu den Totpunktlagen der Verdränger durch Verdrehen der Steuerscheibe gegenüber der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine veränderbar ist. Durch die Verstellung der Steuerscheibe wird das Momentengleichgewicht über der Schrägscheibe verändert. Zum Herunterfahren des Hydrotransformators muß die Steu- erscheibe in eine Neutralposition gebracht werden, in der die Summe der auf die Schrägscheibe wirkenden Momente gleich Null ist. Die Regelung zur exakten Einstellung der für ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis erforderlichen Drehwinkelposition der Steuerscheibe ist Vergleichs- weise aufwendig.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hydrotransformator zu schaffen, bei dem die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses auf einfache Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Hydrotransformator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .
Erfindungsgemäß ist der Hydrotransformator mit einem die Verdränger aufnehmenden Verdrängerteil, einem die Verdränger in Hubrichtung beaufschlagenden Hubelement und einem die Druckmittelversorgung zu einem Tankanschluß, einem Arbeitsanschluß und einem Versorgungsanschluß steuernden Steuerelement versehen, wobei eines dieser Elemente mittels eines Antriebs umlaufend antreibbar ist . Je nach angetriebenen Bauelement ist das Verdrängerteil oder das Hubelement derart in einem Gehäuse des Hydrotransformators gelagert, daß es sich in Folge der Reaktionskräfte frei einstellen kann. Das jeweils dritte Bauelement, d.h. das nicht angetriebene oder frei einstellbares Bauelement ist fest im Gehäuse gelagert.
Durch den Antrieb eines der Bauelemente wird das Übersetzungsverhältnis im wesentlichen durch die Drehzahl des Antriebs bestimmt, so daß der einstellbare Druck am Verbraucher somit eine Funktion der Drehzahl des angetriebenen Bauelementes und des zur Verfügung stehenden Versorgungsdruckes ist . Beim Abschalten des Antriebes nimmt der erfindungsgemäße Hydrotransformator aufgrund der freien Bewegbarkeit des zweiten Bauelementes sofort eine vom Versorgungsdruck und vom Lastdruck abhängige Gleichgewichtsposition ein, in der keine Drehmomente wirksam sind - der Hydrotransformator wird selbsttätig zurückgefahren, ohne daß einer komplexen Regelung wie beim INNAS-Hydrotransformator bedarf.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine äußerst einfache Einstellung des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebes, wobei die Be- triebssicherheit aufgrund des selbsttätigen Einnehmens der Gleichgewichtsposition beim Abschalten des Antriebs gegenüber den herkömmlichen Lösungen wesentlich erhöht ist.
Durch eine Drehzahlregelung des Antriebs können die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse auf äußerst einfache Weise eingestellt werden. Bei konstantem Druckverhältnis ist dabei die Fδrdermenge des Hydrotransforma- tors proportional zur eingestellten Drehzahl. Das erfindungsgemäße Grundkonzept läßt sich sowohl bei Hydrotransformatoren in Axial- und in Radialbauweise realisieren.
Je nach Anforderungen können das angetriebene, das feststehende und das sich selbsttätig einstellende Bauelement in folgenden bevorzugten Varianten realisiert werden.
Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das die Verdränger aufnehmende Verdrängerteil fest im Gehäuse gelagert, während das Steuerelement mittels des Antriebs antreibbar und das Hubteil drehbar im Gehäuse gelagert ist. Aufgrund des feststehenden Verdrängerteils sind die zu beschleunigenden Massen gegenüber der herkömmlichen Lösung, bei der die Verdränger mit dem zugehörigen Rotor beschleunigt werden müssen wesentlich geringer, so daß eine exaktere und schnellere Einstellung des Übersetzungsverhältnisses bei minimierten Verlusten möglich ist.
Bei einer zweiten Variante ist das Steuerelement fest und das Verdrängerteil drehbar im Gehäuse gelagert, während das auf die Verdränger wirkende Hubteil aufge- trieben ist.
Bei einer dritten Alternative wird das Verdrängerteil angetrieben, während das Steuerelement fest und Hubelement drehbar im Gehäuse gelagert sind.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der Hydrotransformator in Axialkolbenbauweise (Schrägscheibe) oder als Flügelzellenmaschine ausgeführt.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche. Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 Prinzipschnitte durch einen erfindungsgemäßen Hydrotransformator in Axialkolbenbauweise;
Figur 3 eine Abwicklung des Hydrotransformators aus Figur 1 zur Erläuterung der Funktionsweise und
Figuren 4, 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrotransformators als Flügelzellenmaschine in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen.
In den Figuren 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbei- spiel eines erfindungsgemäßen Hydrotransformators 1 dargestellt, der in Axialkolbenbauweise ausgeführt ist. Figur 1 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Hydrotransformator 1, bei dem in einer Trommel 2 entlang eines Teilkreises eine Vielzahl in Axial- richtung verlaufenden Zylinderräume 4 ausgebildet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt 18 Zylinderräume in der Trommel 2 ausgebildet. In jeden Zylinderraum 4 ist ein kolbenförmiger Verdränger 6 geführt, dessen Kolbenfuß direkt oder über Gleitschuhe auf einer Schrägfläche 8 einer Schrägscheibe 10 abgestützt ist. Die Zylinderräume 4 münden über Steueröffnungen 12 in der von der Schrägscheibe 10 abgewandten Stirnfläche 14 der Trommel 2.
Den insgesamt 18 Steueröffnungen 12 sind drei Steuernieren 16, 17, 18 einer Steuerscheibe 20 zugeordnet, die dichtend auf der Stirnfläche 14 gelagert ist. Die drei Steuernieren 16, 17, 18 sind mit einem Versorgungsan- Schluß P, einem Arbeitsanschluß A bzw. einem Tankanschluß T verbunden, die in Figur 2 angedeutet sind.
Erfindungsgemäß ist entweder der Schrägscheibe 10, der Trommel 2 oder dem Steuerspiegel 20 ein eigener Antrieb zugeordnet, über den dieses Bauelement in Drehung versetzbar ist. Je nach angetriebenem Bauelement sind entweder die Trommel 2 oder die Schrägscheibe 10 frei einstellbar in einem nicht dargestellten Gehäuse des Hydrotransformators 1 gelagert, während das jeweils dritte Bauelement im Gehäuse festgelegt ist.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß der Steuerspiegel 20 über einen eigenen Antrieb 22 mit Drehzahlregelung antreibbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Trommel 2 drehfest im Gehäuse gelagert - d.h., mit dem Begriff "Trommel" ist nicht notwendigerweise eine drehbare Lagerung dieses Bauelementes im Gehäuse definiert. Die Schrägscheibe 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel drehbar im Gehäuse gelagert, wobei sich die Drehwinkelposition in Abhängigkeit von den über die Verdränger 6 auf die Schrägfläche 8 übertragenen Momente einstellt.
Dieses Drehmoment ist abhängig von dem Teilkreisradius auf dem die Verdränger 6 angeordnet sind und von dem Druck der am Versorgungsanschluß (Hochdruck) und am Arbeitsanschluß (Lastdruck) wirkt. Das Fδrdervolumen ist bei konstantem Druckverhältnis proportional zu der Dreh- zahl des Steuerspiegels 20, die über die Antriebsregelung des Antriebs 22 einstellbar ist.
Bei abgeschaltetem Antrieb 22 nimmt die Schrägscheibe
10 selbsttätig eine Gleichgewichtsposition ein, in der die Summe der auf sie wirkenden Momente gleich Null ist - der Hydrotransformator wird dadurch beispielsweise bei einem Stromausfall auf Null zurückgefahren, so daß keine Druckmittelzufuhr zum Arbeitsanschluß erfolgt. Dies ist ein erheblicher Sicherheitsvorteil des erfindungsgemäßen Hydrotransformators .
Da bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die vergleichsweise schwere Trommel 2 mit den Verdrängern 6 nicht rotiert, sind die bewegten Massen gegenüber herkömmlichen Lösungen mit rotierender Trommel relativ gering, so daß ein höheres Drehzahlniveau einstellbar ist.
Der Hydrotransformator läßt sich bei gleichem Antriebsmoment mit höherer Dynamik als ein INNAS-Hy- drotransformator betreiben.
Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, ist die Erfindung keinesfalls auf einen angetriebenen Steuerspiegel 20 mit feststehender Trommel 2 und frei einstellbarer Schrägscheibe 10 beschränkt - prinzipiell können auch die beiden anderen Bauelemente, d.h., die Schrägscheibe 10 oder die Trommel 2 über den Antrieb 22 angetrieben werden, während die beiden anderen Bauelemente feststehend oder drehend in der Konfiguration gemäß Tabelle 1 im Gehäuse angeordnet sind.
Figure imgf000008_0001
Gemäß Tabelle 1 sind somit sämtliche Kombinationen mit Ausnahme derjenigen Kombination, bei der der Steuerspiegel frei drehbar oder die Schrägscheibe fest im Gehäuse gelagert ist realisierbar. Dabei werden durch den Begriff "Schrägscheibe" auch die Axialkolbenbauweisen mit einer Taumelscheibe oder Schrägachse abgedeckt.
Figur 3 zeigt eine schematische Abwicklung des in Fi- gur 1 dargestellten Hydrotransformators 1, aus der sich das Zusammenwirken der einzelnen Bauelemente am besten erschließt, wobei die Relativanordnungen der einzelnen Bauelement während einer vollständigen Drehung des Steuerspiegels 20 um 360 ° dargestellt sind. Die die Hubbewe- gung der Verdränger 6 vorgebende, durch die Schrägfläche 8 definierte Steuerkurve verstellt sich aufgrund des gestörten Momentengleichgewichtes in Abhängigkeit von der Drehwinkelposition der Steuerscheibe 20 und den an den Anschlüssen P, A und T anliegenden Drücken selbsttätig. Die Trommel 2 steht gegenüber dem Steuerspiegel 20 und der Schrägscheibe 10 fest.
Bei abgeschaltetem Antrieb 22, d.h. bei stehendem Steuerspiegel 20 stellt sich die Schrägscheibe 10 mit der als Steuerkurve wirkenden Schrägfläche 8 aufgrund der einwirkenden Momente derart ein, daß das auf die Schrägscheibe 10 wirkende Drehmoment gleich Null ist. Die in Figur 3 dargestellte Gleichgewichtsposition stellt sich dann ein, wenn am Versorgungsanschluß etwa der gleiche Druck wie am Arbeitsanschluß (Lastdruck) herrscht. Bei einem vernachlässigbaren Lastdruck am Arbeitsanschluß A wird sich die Schrägscheibe 10 aus der Darstellung gemäß Figur 3 nach links verschieben, bis die über die Steuerniere 18 mit Hochdruck beaufschlagten Verdränger 6 in dem Tal der durch die Schrägfläche 8 gebildeten Steuerkurve angeordnet sind.
Bei einem Antrieb der Steuerscheibe 20 in Pfeilrichtung werden die mit dem Versorgungsanschluß P in Wirkver- bindung stehenden Verdrängerräume 6 aufeinanderfolgend mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt, so daß die Schräg- Scheibe 10 aufgrund der in Horizontalrichtung wirksamen Druckkraftkomponente FJJ in nach links bewegt wird.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Hydrotransformator in Axialkolbenbauweise ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Axialkolbenmaschinen beschränkt sondern ist auch bei anderen Verdrängerprinzipien einsetzbar, beispielsweise bei Radialkolbenmaschinen, Zykloidenverzahnungen, Flügelzellenmaschinen etc..
Die Figuren 4 und 5 zeigen stark vereinfachte Schnitte durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hydrotransformators 1, der in Flügelzellenbauweise ausgeführt ist. Eine derartige Flügelzelleneinheit hat einen drehbar gelagerten Rotor 28, der umfangsseitig mit Ra- dialausnehmungen versehen ist, in denen radial verschiebbare Flügel 30 geführt sind. Die radial aus dem Rotor 28 vorstehenden Endabschnitte der Flügel 30 sind an einem um das Exzentrizitätsmaß e gegenüber dem Rotor 28 versetzten Hubring 32 abgestützt sind. Gemäß der Darstellung in den Figuren 4 und 5 umgreift der Hubring 32 den Rotor 28 mit den Flügeln 30. Durch zwei benachbarte Flügel 30 und die einander zuweisenden Umfangswandungen des Hubrings 32 und des Rotors 28 sind Verdrängerräume 34 definiert, die stirnseitig einerseits von einem Steuerspiegel 36 und andererseits von einer nicht dargestellten Stirnplatte begrenzt sind. Der Steuerspiegel 36 hat ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel drei Steuernieren 16, 17, und 18 die den Tankanschluß T, dem Arbeitsan- Schluß A bzw. dem Versorgungsanschluß P zugeordnet sind. Über diese Steuernieren lassen sich die vorgenannten Verdrängerräume 34 somit je nach Relativposition der Bauteile mit dem Versorgungsanschluß, dem Arbeitsanschluß oder dem Tankanschluß verbinden. Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der Rotor 28 mit den Flügeln 30 praktisch der Trommel 2 mit den Verdrängern 6, der Hubring 32 entspricht der Schrägscheibe 10. Der den stirn- seitigen Abschluß bildende Steuerspiegel 36 mit den Steuernieren 16, 17, 18 ist hinsichtlich der Funktion praktisch identisch mit dem Steuerspiegel 20 aus den Figuren 1 bis 3. Mit diesen Zuordnungen lassen sich die Varianten gemäß Tabelle 1 auch auf Flügelzelleneinheiten übertragen.
Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerspiegel 36 mit den Steuernie- ren 16, 17, 18 feststehend im nicht dargestellten Gehäuse des Hydrotransformators 1 gelagert, während der Rotor 28 mit den Flügeln 30 über einen Antrieb mit Drehzahlregelung antreibbar ist. Alternativ kann auch der "Rotor" fest im Gehäuse gelagert sein. Der Hubring 32 ist derart im Gehäuse gelagert, daß er sich in Abhängigkeit von den Reaktionskräften in einer bestimmten Drehwinkelposition mit Bezug zum Rotor 28 ausrichten kann. D.h., diese freie Einstellbarkeit umfaßt im wesentlichen die Einstellung durch eine Taumelbewegung des Hubrings 32.
Figur 4 zeigt eine Gleichgewichtsposition, die sich dann einstellt, wenn der Druck am Versorgungsanschluß P etwa gleich dem Druck am Verbraucheranschluß A ist . Die beiden Steuernieren 17 und 18 sind dann symmetrisch zu der die beiden Totpunktlagen der Flügel 30 beinhaltenden Symmetrieachse 38 angeordnet.
Wenn der Lastdruck am Arbeitsanschluß A etwa gleich dem Druck am Tankanschluß T ist, so stellt sich die in
Figur 5 dargestellte Gleichgewichtsposition ein, in der die mit dem Versorgungsanschluß P verbundene Steuerniere 18 symmetrisch zu der die Totpunktlagen definierenden Symmetrieachse 38 angeordnet ist.
Beim Antrieb des Rotors 28 über den drehzahlgeregel- ten Antrieb wird in gleicher Weise wie beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel das auf den Hubring wirkende Momentengleichgewicht gestört, so daß dieser in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis am Arbeitsanschluß A und am Verbraucheranschluß P in Richtung seiner neuen Gleichgewichtslage verdreht wird. Aufgrund der umlaufenden Bewegung des Rotors 28 führt auch der Hubring 32 eine Taumelbewegung durch. Bei konstantem Übersetzungsverhältnis zwischen Versorgungsanschluß P und Arbeitsanschluß A ist der Förderstrom proportional zur Drehzahl des Rotors 28. In Entsprechung zum vorbeschriebenen Ausführungsbei- spiel könnte man alternativ auch den Hubring 32 oder den Steuerspiegel 36 antreiben, wobei das sich in Richtung zur Gleichgewichtslage frei einstellende Bauelement stets entweder der Rotor 28 oder der Hubring 32 sein muß. Im übrigen entspricht die Funktion des in den Figuren 4 und
5 dargestellten Hydrotransformators demjenigen aus den Figuren 1 bis 3, so daß auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann.
Wesentlich bei der Erfindung ist, daß eines der die Druckübersetzung bestimmenden Bauteile, d.h. das Verdrängerteil (Rotor 28, Trommel 2), das Hubelement (Hubring 32, Schrägscheibe 10) oder das Steuerelement (Steuerspiegel 20, 36) drehzahlgeregelt antreibbar sind, während - je nach angetriebenem Bauelement - das Verdrängerteil oder das Hubelement frei einstellbar gelagert ist, während das dritte, verbleibende Bauelement fest im Gehäuse aufgenommen ist .
Offenbart ist ein Hydrotransformator, bei dem in einem Verdrängerteil eine Vielzahl von Verdrängern geführt ist. Der Hub der Verdränger wird über ein Hubelement bestimmt, wobei die Druckmittelzufuhr und -abfuhr über ein Steuerelement mit zumindest drei Steuernuten gesteuert ist. Erfindungsgemäß ist entweder das Verdrängerteil oder das Hubelement oder das Steuerelement antreibbar, während - je nach angetriebenem Bauelement - das Hubelement bzw. das Verdrängerteil frei einstellbar gelagert, und das dritte, verbleibende Bauelement gehäusefest aufgenommen ist.
Bezugszeichenliste
Hydrotransformator
Trommel
Zy1inderbohrung
Verdränger
Schrägseheibe
Steuerδffnung
Stirnfläche
Steuerniere
Steuerniere
Steuerniere
Steuerspiegel
Antrieb
Rotor
Flügel
Hubring
Verdrängerraum
Steuerspiegel
Symmetrieachse

Claims

Ansprüche
1. Hydrotransformator mit einer Vielzahl von in einem Verdrängerteil (2, 28) geführten, ein volumenveränderliches Verdrängervolumen begrenzenden Verdrängern (6, 30) , die an einem Hubelement (10, 32) abgestützt sind, wobei die Druckmittelzufuhr und -abfuhr über ein Steuerelement (20, 36) mit zumindest drei Steuer- nieren (16, 17, 18) steuerbar ist, die mit einem Arbeitsanschluß (A) , einem Versorgungsanschluß (P) bzw. einem Tankanschluß (T) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß von den Bauelementen Verdrängerteil (2, 28) , Hubelement (10, 32) und Steuerelement (20, 36) eines mittels eines Antriebs (22) umlaufend antreibbar ist, während das zweite Bauelement, ausgenommen das Steuerelement (20, 36) , in Folge der Reaktionskräfte drehbar und das dritte Bauelement, ausgenommen das Hubteil (2, 28) , fest in einem Gehäuse des Hydrotransformators (1) gelagert ist.
2. Hydrotransformator nach Patentanspruch 1, wobei das Verdrängerteil (2, 28) fest und das Hubteil (10, 32) drehbar gelagert ist sowie das Steuerelement (20, 36) angetrieben ist.
3. Hydrotransformator nach Patentanspruch 1, wobei das Steuerelement (20, 36) fest und das Verdrängerteil (2, 28) drehbar gelagert ist sowie das Hubteil (10, 32) angetrieben ist.
4. Hydrotransformator nach Patentanspruch 1, wobei das Steuerelement (20, 36) fest und das Hubelement (10, 32) drehbar gelagert ist sowie das Verdrängerteil (2, 28) angetrieben ist.
5. Hydrotransformator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dem Antrieb (22) eine Drehzahl- regelung zugeordnet ist.
6. Hydrotransformator nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei dieser in Axialkolbenbauweise ausgeführt ist und das Steuerelement einen Steuerspiegel (20) , das Hubelement eine Schräg- oder Taumelscheibe (10) und das Verdrängerteil eine Trommel (2) mit Verdrängern (6) ist.
7. Hydrotransformator nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei dieser als Flügelzelleneinheit ausgeführt ist und das Steuerelement ein Steuerspiegel (36) , das Verdrängerteil, ein Rotor (28) mit radial geführten Flügeln (30) und das Hubelement ein Hubring (32) ist.
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