Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbeneinheit mit einem veränderbaren Verdrängungsvolumen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Verdrängungsvolumen bedeutet dabei Verdrängungsvolumen, wenn die Einheit oder ein Triebwerk als Pumpe betrieben wird, und Schluckvolumen, wenn die Einheit oder ein Triebwerk als Motor betrieben wird.

Eine Axialkolbeneinheit zum Fördern eines Fluids aus zumindest einer Niederdruckquelle in eine Druckleitung mit einem veränderbaren Verdrängungsvolumen ist z.B. in der europäischen Patentanmeldung EP 1 705 372 A1 gezeigt. Diese back-to-back Axialkolbeneinheit in Floating-Cup-Technology zum Fördern eines Fluids aus einem Tank zu einem Verbraucher oder zum Betrieb als Hydromotor hat zwei Verstelltriebwerke, deren Kolben in einer Rotorplatte befestigt sind, die drehfest mit einer Triebwelle verbunden ist. Die Kolben tauchen mit ihren Kopfabschnitten in jeweils einen Innenraum einer Zylinderhülse ein, die an verschwenkbaren Trommelscheiben anliegen. Die Verstelltriebwerke fördern das Fluid aus dem Tank in eine gemeinsame Druckleitung, wobei zur Änderung des Verdrängungsvolumens generell zwei Möglichkeiten bekannt sind. Zum einen können die Verstelltriebwerke mechanisch oder hydraulisch gekoppelt werden. Zum anderen kann jedes Verstelltriebwerk eine einzelne elektrischhydraulische Verstellung mit einer elektrischen Schwenkwinkelerfassung aufweisen. Eine Realisierung dieser Möglichkeiten ist jedoch verhältnismäßig aufwändig.

Ferner ist es aus der deutschen Patentanmeldung DE 35 37 421 A1 bekannt, zum Fördern eines Fluids aus einem Tank in eine Druckleitung ein Verstelltriebwerk und ein Konstanttriebwerk zu verwenden, die von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden. Dabei kann zumindest ein Teilstrom des Förderstroms des Konstanttriebwerks von dem Verstelltriebwerk aufgenommen werden. Wenn jedoch, wie in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 045 442 A1 gezeigt, eine Axialkolbeneinheit mit einem Verstelltriebwerk und einem Konstanttriebwerk betrieben wird, wird eine zweite Druckleitung vorgesehen, so dass das Verstelltriebwerk und das Konstanttriebwerk jeweils in eine eigene Druckleitung fördern oder aus einer jeweils eigenen Druckleitung gespeist werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Axialkolbeneinheit mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und einen reduzierten Regelungs- und Steuerungsaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Axialkolbeneinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Eine erfindungsgemäße Axialkolbeneinheit mit einem veränderbaren Verdrängungsvolumen hat zwei hydrostatische Triebwerke, die jeweils eine Vielzahl von Axialkolben aufweisen, die in Aufnahmen einer drehfest mit einer Triebwelle verbundenen Rotorplatte fixiert sind und mit Kopfabschnitten in Zylinderhülsen eintauchen, die an jeweils einer von zwei mitgedrehten Trommelscheiben anliegen. Erfindungsgemäß ist das eine

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Verstelltriebwerk ausgebildet, das im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb betreibbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine stufenlose Verstellung des Verdrängungsvolumens der Axialkolbeneinheit, ohne dass beide Triebwerke verstellt werden müssen. Der Regelungs- und Steuerungsaufwand bzw. der Aufwand für die Verstellung wird dadurch im Vergleich zu zwei verstellbaren Triebwerken, die synchronisiert werden müssen, deutlich reduziert. So sind beispielsweise grundsätzlich nur eine VerStelleinrichtung und nur ein Regelventil notwendig. Der Förderstrom der Axialkolbeneinheit wird durch ein Zurückschwenken des Verstelltriebwerks bzw. durch ein Durchschwenken aus dem Pumpenbetrieb in den Motorbetrieb reduziert. Der Förderstrom des Konstanttriebwerks kann generativ durch das Verstelltriebwerk aufgenommen werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verstelltriebwerk bei jeweiliger maximaler Verstellung im Pumpenbetrieb ein Verdrängungsvolumen auf, das gleich seinem Verdrängungsvolumen im Motorbetrieb ist, so dass die Verstelleinheit ein symmetrisches Verhalten bezüglich des Verdrängungsvolumens null aufweist. Das maximale Hubvolumen im Pumpenbetrieb und das maximale Schluckvolumen im Motorbetrieb sind somit identisch, wodurch eine Variabilität bzgl. des in die Druckleitung geförderten gesamten Förderstroms oder der aus der Druckleitung entnommenen Druckmittelmenge geschaffen ist. Erreicht wird dies durch eine Durchschwenkbarkeit des Verstelltriebwerks in beide Verstellrichtung zu 100%.

Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht das Verdrängungsvolumen des Verstelltriebwerks einem Verdrängungsvolumen des Konstanttriebwerks. Hierdurch kann das Verdrängungsvolumen des Konstanttriebwerks durch das Verstelltriebwerk im Motorbetrieb vollständig aufgenommen werden, so dass das gesamte Verdrängungsvolumen der Axialkolbeneinheit gleich Null ist. Ebenso kann bei entsprechender Durchschwenkung des Verstelltriebwerks in den Pumpenbetrieb das Verdrängungsvolumen des Konstanttriebwerks durch das Verstelltriebwerk verdoppelt werden, so dass das gesamte Verdrängungsvolumen der Axialkolbeneinheit dem zweifachen Wert des Verdrängungsvolumens des Konstanttriebwerks entspricht.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist das Konstanttriebwerk ein Verdrängungsvolumen auf, das kleiner als das Verdrängungsvolumen des Verstelltriebwerks ist. Hierdurch kann die Axialkolbeneinheit zum Dekomprimieren eines Hydrauliksystems verwendet werden. Beispielsweise kann die Axialkolbeneinheit zum Dekomprimieren einer Schließseite einer Kunststoffspritzgießmaschine eingesetzt werden.

Das Konstanttriebwerk und das Verstelltriebwerk können jeweils einen eigenen Nieder- druckanschluss und einen eigenen Hochdruckanschluss aufweisen, wobei die Hochdruckanschlüsse über eine Verbindungsleitung in Fluidverbindung miteinander stehen, von der sich die Druckleitung erstreckt. Somit stehen die Triebwerke jeweils unmittelbar mit der Niederdruckquelle und der Druckleitung in Verbindung. Alternativ kann die Fluidverbindung des einen Triebwerks mit der Niederdruckquelle und der Druckleitung mittelbar über das andere Triebwerk erfolgen, wodurch eine derartige Axialkolbeneinheit grundsätzlich einen vereinfachten Aufbau und geringere Teilevielfalt aufweist.

Bevorzugterweise ist das Konstanttriebwerk unmittelbar der Niederdruckquelle und der Druckleitung zugeordnet, und die Fluidverbindung des Verstelltriebwerks erfolgt mittelbar über das Konstanttriebwerk. Hierdurch entfällt die verhältnismäßig aufwendige Kommutierung des Verstelltriebwerks über seine VerStelleinrichtung.

Technisch einfach realisiert werden kann die mittelbare Fluidverbindung des Verstelltriebwerks über das Konstanttriebwerk beispielsweise über Verbindungskanäle, die die Axialkolben der Triebwerke zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen von den Kopfabschnitten begrenzten Zylinderräumen der Zylindertrommel durchsetzen.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand vereinfachter schematischer Darstellungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbeneinheit, und

Figur 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbeneinheit.

Wie in Figur 1 gezeigt ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Axialkolbeneinheit 1 mit einem veränderbaren Verdrängungsvolumen als eine back-to- back-Doppelkolbeneinheit in Flow-Cup-Technology mit einem Konstanttriebwerk 2 und einem stufenlos verstellbaren Verstelltriebwerk 4 ausgeführt. Die Triebwerke 2, 4 sind in einem nicht gezeigten Gehäuse angeordnet und mit einem nicht gezeigten Tank sowie einer zu einem Verbraucher führenden gemeinsamen Druckleitung 6 fluidisch verbunden. Das Konstanttriebwerk 2 wirkt als Pumpe, wohingegen das Verstelltriebwerk 4 je nach seiner Verstellrichtung als Pumpe oder als Motor wirkt.

Die Triebwerke 2, 4 haben jeweils einen Niederdruckanschluss 8, 10 zur Verbindung mit dem Tank und jeweils einen Hochdruckanschluss 12, 14, die über eine Verbindungsleitung 16, von der sich die Druckleitung 6 erstreckt, in unmittelbar Fluidverbin- dung miteinander stehen.

Die Triebwerke 2, 4 haben jeweils eine Vielzahl von Kolben 18 bzw. 22, die an entgegengesetzten Seiten einer Rotorplatte 26 axial zueinander angeordnet sind. Die Rotorplatte 26 ist drehfest mit einem Wellenschaftabschnitt einer Triebwelle 28 verbunden, die in dem Gehäuse über Lager 30, 32 drehbar um eine Drehachse 34 gelagert.

Die Kolben 18 bzw. 22 haben jeweils einen Kolbenkopf 36, 38, mit dem sie jeweils in eine bodenseitig geöffnete Zylinderhülse 40 bzw. 44 eintauchen. Diese liegen an einer Trommelscheibe 48 bzw. 50 an und begrenzen mit dieser und mit den Kolben einen Zylinderraum 52 bzw. 54.

Die Trommelscheibe 48 des Konstanttriebwerks 2 ist an einer nicht gezeigten Schrägscheibe gelagert, die in dem Gehäuse lagefixiert ist, so dass die Trommelscheibe 48 mit ihrer Trommelscheibenachse 56 in einem konstanten Winkel bzw. konstanten Schrägscheibenwinkel zur Drehachse 34 angeordnet ist. In der Schrägscheibe sind zwei Fluid- kanäle ausgebildet, über die in Abhängigkeit von der Drehposition der Trommelscheibe 48 von einem Zylinderraum 52 eine Verbindung mit dem Tank oder der Druckleitung 6 hergestellt wird, um Fluid aus dem Tank über die Zylinderräume 52 zu einem Verbraucher zu fördern.

Die Trommelscheibe 50 des Verstelltriebwerks 4 ist an einer Versteileinrichtung bzw. Schwenkwiege 58 gelagert, so dass ihre Trommelscheibenachse 60 relativ zur Drehachse 34 verschwenkbar ist. In der Trommelscheibe 50 sind analog zur Ausbildung der Trommelscheibe 48 eine der Anzahl der Zylinderhülsen 44 entsprechende Anzahl von nicht gezeigten Fluidkanälen ausgebildet, über die in Abhängigkeit von der Drehposition der Trommelscheibe 50 über zwei ebenfalls nicht gezeigte Kanäle in der Schwenkwiege 58 eine Verbindung mit dem Tank oder der Druckleitung 6 hergestellt wird, um Fluid aus dem Tank über die Zylinderräume 54 zu einem Verbraucher zu fördern oder um druckbeaufschlagtes Fluid über die Zylinderräume 54 in den Tank zu führen. Die Versteileinrichtung 58 erlaubt eine Verschwenkung der Zylindertrommel 50 um 100 % in beide Verstellrichtungen, so dass die Versteileinrichtung 58 bei maximaler Verstellung in beiden Betriebsmodi das gleiche Verdrängungsvolumen aufweist. D.h. das maximale Verdrängungsvolumen im Pumpenbetrieb ist gleich bzw. entspricht dem maximalen

Schluckvolumen im Motorbetrieb. Um eine Dekomprimierung der Druckleitung 6 zu ermöglichen, ist das maximale Verdrängungsvolumen bzw. Verdrängungs- und Schluckvolumen des Verstelltriebwerks 4 größer als das Verdrängungsvolumen des Konstanttriebwerks 2.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Funktionsweise der erfindungsgemäßen Axialkolbeneinheit 1 beschrieben, wobei zum verbesserten Verständnis die Verstelleinheit im negativen Schwenkbereich als Pumpe und im positiven Schwenkbereich als Motor betrieben wird.

In einer ersten, in Figur 1 gezeigten Arbeitsposition wird das Verstelitriebwerk 4 im negativen Schwenkbereich als eine Pumpe betrieben, so dass dieses zusammen mit dem Konstanttriebwerk 2 Fluid aus dem Tank in die Druckleitung 6 fördert und das konstante Verdrängungsvolumen des Konstanttriebwerks 2 um das eingestellte Verdrängungsvolumen des Verstelltriebwerks 4 vergrößert wird. Das Verdrängungsvolumen des Konstanttriebwerks 2 kann verdoppelt werden, wenn der maximale negative Schwenkwinkel des verstellbaren Triebwerkteils dem Schrägscheibenwinkel des konstanten Triebwerkteils entspricht.

In einer Nullstellung, in der die Trommelscheibenachse 60 der Trommelscheibe 50 deckungsgleich zur Drehachse 34 verläuft und somit der Schwenkwinkel gleich 0° beträgt, wird das Verstelltriebwerk 4 im Leerlauf betrieben, so dass das gesamte Verdrängungs- volumen der Axialkolbeneinheit 1 dem Verdrängungsvolumen des Konstanttriebwerks 2 entspricht.

In einer zweiten Arbeitsposition nach dem Überfahren der Nullstellung wird das Verstelltriebwerk 4 als Motor im positiven Schwenkbereich betrieben. In diesem Betriebsmodus nimmt es den Förderstrom des Konstanttriebwerks 2 zumindest teilweise auf und fördert Fluid zurück in den Tank. Der Förderstrom des Konstanttriebwerks 2 wird von dem Verstelltriebwerk 4 vollständig aufgenommen, wenn der positive maximale Schwenkwinkel dem konstanten Schrägscheibenwinkel entspricht.

Gemäß dem in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbeneinheit 1 kann das Verstelltriebwerk 4 mittelbar über das Konstanttriebwerk 2 mit dem Tank und der Druckleitung 6 verbunden sein. Hierzu sind in den jeweils voneinander abgewandten axialen Kolben 18 bzw. 20 Verbindungskanäle 62 ausgebildet, die die Kolben 18 bzw. 20 und die Rotorplatte 26 in axialer Richtung durchsetzen und somit eine Fluidverbindung zwischen den Zylinderräumen 52, 54 der Zylinderhülsen 40 und 44 herstellen. Hierdurch erfolgt die Kommutierung des Verstelltriebwerks 4 über das Konstanttriebwerk 2 durch die Kolben 18 bzw. 20 hindurch, so dass die in Figur 1 gezeigten verstelltriebwerksseitigen separaten Fluidanschlüsse 10, 14 entfallen und lediglich ein konstanttriebwerksseitiger Niederdruckanschluss 8 und ein konstant- triebwerksseitiger Hochdruckanschluss 12 erforderlich ist, der über die Verbindungsleitung 16 mit der Druckleitung 6 kommuniziert.

Offenbart ist eine Axialkolbeneinheit zum Fördern eines Fluids aus zumindest einer Niederdruckquelle in eine Druckleitung mit zwei hydrostatischen Triebwerken, von denen das eine als ein Konstanttriebwerk und das andere als ein Verstelltriebwerk ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von seinem Schwenkwinkel als Pumpe oder als Motor wirkt.