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Patent Searching and Data


Title:
HYDRAULIC TRANSFORMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/143953
Kind Code:
A1
Abstract:
Hydraulic transformer having two hydrostatic part machines, wherein at least one part machine is a hydrostatic axial piston machine of swash plate design with a drive shaft (35), on which a flange disc (34) is fastened fixedly so as to rotate with it, with a swash plate (38), on which a rotor disc (36) which is driven via the drive shaft (35) or the flange disc (34) is mounted rotatably, and with a plurality of displacer units which are arranged between the flange disc (34) and the rotor disc (36), and such that they are distributed around the axis of the drive shaft (35), and comprise in each case a cylinder liner (31) and a piston (33), which protrudes into the cylinder liner (31) and has a spherical head, and a spherical articulation head (32) which protrudes into the cylinder liner (31). During operation, the pistons (33) dip into the cylinder liner (31) to a greater or lesser extent. The articulation heads (32) are situated on the flange disc (34) and the pistons (33) are situated on the rotor disc (36).

Inventors:
BREUER DAVID (DE)
HAGER CORINNA (DE)
GAUMNITZ MICHAEL (DE)
ILLMANN ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/055869
Publication Date:
October 03, 2013
Filing Date:
March 21, 2013
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
F04B23/06; F01B3/00; F01B31/00; F03C1/32; F04B1/20; F04B53/14
Domestic Patent References:
WO2003058035A12003-07-17
WO2003058035A12003-07-17
WO2004055369A12004-07-01
Foreign References:
DE2116210A11971-10-21
DE102007011441A12008-09-11
DE3202015C21986-02-06
DE3202015C21986-02-06
DE19654567A11998-07-02
DE102007011441A12008-09-11
Attorney, Agent or Firm:
THÜRER, Andreas (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Hydrotransformator mit zwei hydrostatischen Teilmaschinen (61 , 70), wobei zumindest die eine Teilmaschine eine hydrostatische Axialkolbenmaschine ist mit einem Gehäuse (59, 51 ), mit einer Triebwelle (35), auf der eine Flanschscheibe (34) drehfest angeordnet ist, mit einer Schrägscheibe (38), an der eine über die Triebwelle (35) oder die Flanschscheibe (34) mitgenommene Rotorscheibe (36) drehbar gelagert ist, und mit mehreren zwischen der Flanschscheibe (34) und der Rotorscheibe (36) und um die Achse der Triebwelle (35) verteilt angeordneten Verdrängereinheiten, die jeweils eine Zylinderhülse (31 ) sowie einen in die Zylinderhülse (31 ) hineinragenden Kolben (33) mit einem Kugelkopf und einen in die Zylinderhülse (31 ) hineinragenden kugeligen Gelenkkopf (32) umfassen, wobei während des Betriebs die Kolben (33) einen Hub relativ zu den Zylinderhülsen ausführen und wobei sich die Gelenkköpfe (32) an der Flanschscheibe (34) und die Kolben (33) an der Rotorscheibe (36) befinden.

2. Hydrotransformator nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Triebwelle (35) der zumindest einen hydrostatischen Axialkolbenmaschine beidseits der Flanschscheibe (34) in Drehlagern (56, 57) gelagert ist und dass die Rotorscheibe (36) zwischen der Flanschscheibe (34) und dem einen Drehlager (56) angeordnet ist und einen zentralen Durchgang (48, 49) für die Triebwelle (35) aufweist.

3. Hydrotransformator nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Rotorscheibe (36) der zumindest einen hydrostatischen Axialkolbenmaschine eine ebene Gleitfläche gegenüber einem in Drehrichtung der Triebwelle (35) feststehenden Gleitpartner (38) aufweist und gegenüber dem Gleitpartner (38) durch Zentriermittel (54, 55) zentriert ist. 4. Hydrotransformator nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierung der Rotorscheibe (36) und des Gleitpartners (38) durch einen Zentrierbund (54) am einen Teil (38) und eine Zentriereindrehung (55) am anderen Teil (36) erfolgt.

5. Hydrotransformator nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zumindest einen hydrostatischen Axialkolbenmaschine (61 , 70) die die Verdrängerräume über die Flanschscheibe (34) und einer Verteilerplatte (52), an der die Flanschscheibe (34) anliegt, im Betrieb abwechselnd fluidisch mit zwei Arbeitsanschlüssen verbindbar sind. 6. Hydrotransformator nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zumindest einen hydrostatischen Axialkolbenmaschine (61 , 70) die Kolben (33) und die Gelenkköpfe (32) zu den Verdrängerräumen hin offene Ausnehmungen zur Spaltkompensation zwischen ihnen und den Zylinderhülsen (31 ) haben.

7. Hydrotransformator nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zumindest einen hydrostatischen Axialkolbenmaschine (70) die Schrägstellung der Rotorscheibe (36) bezüglich der Achse der Triebwelle (35) veränderbar ist.

8. Hydrotransformator nach Patentanspruch^, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (36) gegenüber einer in Drehrichtung der Triebwelle (35) feststehenden Schrägscheibe (38) dreht, die einen zentralen Durchgang (49) für die Triebwelle (35) hat und deren Schrägstellung bezüglich der Achse der Triebwelle (35) veränderbar ist.

9. Hydrotransformator nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zumindest einen hydrostatischen Axialkolbenmaschine (70) die Schrägstellung der Rotorscheibe (36) von einer Stellung aus, in der der Hub der Kolben (33) in den Zylinderhülsen (31 ) null ist, nach entgegengesetzten Richtungen veränderbar ist.

10. Hydrotransformator nach einem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilmaschinen hydrostatische Axialkolbenmaschinen sind mit einer Triebwelle (35), auf der eine Flanschscheibe (34) drehfest angeordnet ist, mit einer Schrägscheibe (38), an der eine über die Triebwelle (35) oder die Flanschscheibe (34) mitgenommene Rotorscheibe (36) drehbar gelagert ist, und mit mehreren zwischen der Flanschscheibe (34) und der Rotorscheibe (36) und um die Achse der Triebwelle (35) verteilt angeordneten Verdrängereinheiten, die jeweils eine Zylinderhülse (31 ) sowie einen in die Zylinderhülse (31 ) hineinragenden Kolben (33) mit einem Kugelkopf und einen in die Zylinderhülse (31 ) hineinra- genden kugeligen Gelenkkopf (32) umfassen, wobei während des Betriebs die Kolben (33) einen Hub relativ zu den Zylinderhülsen (31 ) ausführen, wobei sich die Gelenkköpfe (32) an der Flanschscheibe (34) und die Kolben (33) an der Rotorscheibe (36) befinden und wobei bei einer der hydrostatischen Axialkolbenmaschine die Schrägstellung der Rotorscheibe (36) von einer Stellung aus, in der der Hub der Kolben (33) in den Zylinderhülsen (31 ) null ist, nach entgegengesetzten Richtungen veränderbar ist.

Description:
Hydrotransformator

Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Hydrotransformator, der im Prinzip aus einem Hydromotor und einer Hydropumpe besteht, die über einer Triebwelle miteinander verbunden sind. Mit einem Hydrotransformator kann ein niedriger Eingangsdruck bei großem Volumenstrom in einen hohen Ausgangsdruck bei kleinem Volumenstrom und ein hoher Eingangsdruck bei kleinem Volumenstrom in einen niedrigen Aus- gangsdruck bei großem Volumenstrom gewandelt werden. Die Rollen von Pumpe und Motor können üblicherweise auch vertauscht werden, um potentielle oder kinetische Energie zurückzugewinnen. Anwendungsgebiete von Hydrotransformato- ren sind als Konstant-Drucknetze ausgebildete Hydrauliknetze und verlustarmer Betrieb von Hydrozylindern an solchen Netzen. Hydrozylinder können dann betreiben werden und von der als Pumpe arbeitenden Teilmaschine mit Druckmittel versorgt werden, auch wenn der Lastdruck nicht mit dem Druck im Drucknetz übereinstimmt. Umgekehrt kann beim Absenken einer von einem Hydrozylinder getragenen Last Energie zurückgewonnen werden, auch wenn der Lastdruck nicht mit dem Druck im Drucknetz übereinstimmt. Drosselsteuerungen oder Loadsen- sing Steuerungen können ersetzt werden.

Das Prinzip von Hydrotransformatoren ist Stand der Technik. In der Regel werden Hydrotransformatoren auf der Basis von Schrägscheiben-Triebwerken aufgebaut, weil diese Bauart prinzipbedingt eine bessere Stelldynamik der Verstellung auf- weist als zum Beispiel die Schrägachsen-Bauart. Hydrotransformatoren sind aus einer Reihe von Druckschriften bekannt. So zeigt die DE 32 02 015 C2 einen Hydrotransformator, der aus zwei aneinander angebauten Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise besteht. Aus der DE 196 54 567 A1 sind Hydrotransformatoren in Schrägscheibenbauweise bekannt, bei denen den beiden Teilma- schine die Schrägscheibe gemeinsam ist. Bei einem aus der WO 2003/058035 A1 bekannten Hydrotransformator erfolgt die Steuerung der Druckmittelströme über eine Steuerscheibe, die gegenüber der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine verstellbar ist. Durch die Verstellung der Steuerscheibe gegenüber der Schrägscheibe kann die Relativlage der Steuer- nieren mit Bezug zu den Totpunktlagen der Axialkolbenmaschine geändert werden. Dies ermöglicht die Realisierung einer Sekundärregelung mit verstellbaren Verdrängereinheiten, bei der im Gegensatz zu Widerstandssteuerungen Drosselverluste praktisch nicht auftreten. Bekannt ist auch ein Hydrotransformator auf der Basis der„Floating-Cup-Bauart". Diese Bauart von Hydromaschine ist zum Beispiel in der WO 2004/055369 A1 gezeigt.

Die bekannten Lösungen auf Basis Schrägscheiben-Bauart weisen den Nachteil auf, dass das Triebwerk an sich bei kleinen Drehzahlen, beziehungsweise beim Anfahren aus dem Stillstand wegen der prinzipbedingten Querkräfte an den Arbeitskolben eine große innere Reibung aufweist. Das hat zur Folge, dass die Regelbarkeit gerade im Bereich kleiner Drehzahlen für den Einsatz in Hydro- transformatoren ungenügend ist. Aufgrund dieser ungenügenden Qualität der Re- gelbarkeit ist ein ruckarmes oder ruckfreies Anfahren eines Verbrauchers mit solch einem Hydrotrafo nicht, oder nur mit großem Zusatzaufwand möglich. Zudem treten aufgrund der genannten Kolbenquerkräfte große Reibungsverluste auf. Dadurch wird der Wirkungsgrad der gesamten Anordnung schlecht. Theoretisch ließe sich ein Hydrotransformator auch unter Verwendung von Hydro- teilmaschine der Schrägachsen-Bauart darstellen, die prinzipbedingt ein gutes Anlaufverhalten aufweisen. Die Schrägachsen-Bauart hat jedoch den Nachteil, dass zur Verstellung des Hubes prinzipbedingt sehr große Massen bewegt werden müssen, nämlich der ganze Zylinderblock. Die Eignung dieser Bauart als sekun- därgeregelter Motor ist daher eingeschränkt. Bei der Lösung mit einem Triebwerk gemäß der Floating-Cup-Bauart, die prinzipiell reibungsärmer ist als die Schrägscheiben-Bauart erfolgt die Regelung der Transformator-Funktion erfolgt im Unterschied zum konventionellen Hydrotrans- formator nicht mittels der klassischen Hubverstellung der Kolbentriebwerke, son- dem durch drehbare Steuerspiegel mit drei Nierenanschlüssen. Die Funktionsweise entspricht einer hydraulischen Phasenanschnittssteuerung. Nachteilig ist die hohe Geräusch- und Pulsationsentwicklung dieser Anordnung.

Der Erfindung liegt als Zielsetzung zugrunde der Aufbau eines Hydrotransforma- tors mit hohem Wirkungsgrad, gutem Anlaufverhalten und Langsamlaufverhalten guter Regelbarkeit insbesondere der vor allem als Motor genutzten und sekundärgeregelten Teilmaschine eines Hydrotransformators.

Das angestrebte Ziel wird mit einem Hydrotransformator mit zwei hydrostatischen Teilmaschinen, wobei zumindest die eine Teilmaschine eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ist mit einer Triebwelle, auf der eine Flanschscheibe drehfest befestigt ist, mit einer Schrägscheibe, an der eine über die Triebwelle oder die Flanscheibe mitgenommene Rotorscheibe drehbar gelagert ist, und mit mehreren zwischen der Flanschscheibe und der Rotorscheibe und um die Achse der Triebwelle verteilt angeordneten Verdrängereinheiten, die jeweils eine Zylinderhülse sowie einen in die Zylinderhülse hineinragenden Kolben mit einem Kugelkopf und einen in die Zylinderhülse hineinragenden kugeligen Gelenkkopf umfassen. Die Gelenkköpfe befinden sich an der Flanschscheibe und die Kolben an der Rotorscheibe. Während des Betriebs tauchen die Kolben mehr oder weniger weit in die Zylinderhülsen ein, während die Gelenkköpfe und die Zylinderhülsen ohne relativen Hub zueinander lediglich gegeneinander verschwenkt werden. Die Achse eines Kolbens und die durch die Mittelpunkte der Kugelköpfe der Kolben und der Gelenkköpfe gehenden Achse der zugehörigen Zylinderhülse schneiden sich nur unter kleinen Winkeln, Kolben und Zylinderhülse sind also hin- sichtlich ihrer Achsen nahezu zueinander ausgerichtet, so dass die Kolben mit einem großen Durchmesser ausgebildet sein können. Bei den aus der WO 2003/058035 A1 oder aus der DE 10 2007 01 1 441 A1 bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschinen, bei denen die Verdrängereinheiten auch schon Zylinderhülsen aufweisen, in die jeweils ein sich während des Betriebs längs einer Zylinderhülse bewegender Kolben und ein Gelenkkopf eintau- chen, wird das Drehmoment an den Kolben erzeugt (Motorbetrieb betrachtet), die auch den Hub in den Zylinderhülsen ausführen. Dies hat insbesondere auch den Nachteil, dass die Kolben an ihrem Fuß im Vergleich zu dem Durchmesser an ihrem Kopf nur einen kleinen Durchmesser haben, da am Fuß Platz für die zu den Kolben mehr oder weniger schräg stehenden Zylinderhülsen frei sein muss. Die Kolben sind dadurch geschwächt. Demgegenüber wird bei einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine das Drehmoment am Gelenkkopf erzeugt, während der Kolben den Hub macht.

Wegen der kugeligen Enden der Kolben und der Gelenkköpfe kann man bei der als Teilmaschine eines Hydrotransformators verwendeten Axialkolbenmaschine auch von einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine mit Doppelkugeltriebwerk (DKT) sprechen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Hydrotransformators kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So besteht eine bevorzugte Ausgestaltung darin, dass die Triebwelle der zumindest einen Teilmaschine beidseits der Flanschscheibe in Drehlagern gelagert ist und dass die Rotorscheibe zwischen der Flanschscheibe und dem einen Drehla- ger angeordnet ist und einen zentralen Durchgang für die Triebwelle aufweist.

Die Rotorscheibe besitzt bevorzugt eine ebene Gleitfläche gegenüber einem in Drehrichtung der Triebwelle feststehenden Gleitpartner und ist gegenüber dem Gleitpartner zentriert, wobei diese Zentrierung der Rotorscheibe und des Gleit- partners aneinander vorteilhafterweise durch einen Zentrierbund am einen Teil und eine Zentriereindrehung am anderen Teil erfolgt. Bevorzugt ist die Schrägstellung des Gleitpartners relativ zur Achse der Triebwelle veränderbar, so dass auch die Hubwege der Kolben und damit das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine veränderbar ist. Insbesondere ist der Gleitpartner, demgegenüber die Rotorscheibe dreht eine in Drehrichtung der Triebwelle feststehenden Schrägscheibe, die dann wie die Rotorscheibe einen zentralen Durchgang für die Triebwelle hat und deren Schrägstellung bezüglich der Achse der Triebwelle veränderbar ist.

In besonders vorteilhafter Weise sind bei einem erfindungsgemäßen Hydrotrans- formator mit der zumindest einen Axialkolbenmaschine mit Doppelkugeltriebwerk deren Verdrängerräume über die Flanschscheibe und einer Verteilerplatte, an der die Flanschscheibe anliegt, im Betrieb abwechselnd fluidisch mit zwei Arbeitsanschlüssen verbindbar sind. Danach findet also die Kommutierung der Verdrängerräume zwischen Hochdruck und Niederdruck über die Gelenkköpfe, die Flansch- scheibe und eine Verteilerplatte statt, die auch ein Gehäuseteil sein kann. Die Gelenkköpfe haben also eine Zentralbohrung für die Kommutierung. Diese Zentralbohrung kann im Durchmesser größer als in den Kolben sein, da die Gelenkköpfe an ihrem Fuß nicht so stark eingeschnürt sein müssen wie die Kolben. Es sind somit große Durchflussquerschnitte mit nur geringen Leitungsverlusten auch dann möglich, wenn diese Volumenströme nicht über Rotorscheibe geleitet werden. Dass die Volumenströme nicht über die Rotorscheibe fließen, macht die Konstruktion vor allem dann einfacher, wenn die Rotorscheibe in ihrer Schrägstellung verstellbar ist. Zweckmäßigerweise haben bei einem erfindungsgemäßen Hydrotransformator mit der zumindest einen Axialkolbenmaschine mit Doppelkugeltriebwerk deren Kolben oder die Gelenkköpfe zu den Verdrängerräumen hin offene Ausnehmungen zur Spaltkompensation. Es ist also nicht nur dasjenige der beiden Bauteile hohl, durch das die Kommutierung stattfindet, sondern auch das andere.

Vorzugsweise ist bei einem erfindungsgemäßen Hydrotransformator mit der zumindest einen Axialkolbenmaschine mit Doppelkugeltriebwerk die Schrägstellung von deren Rotorscheibe bezüglich der Achse der Triebwelle veränderbar ist. Die hydrostatische Axialkolbenmaschine ist also bevorzugt eine in ihrem Verdrängungsvolumen (Hubvolumen oder Schluckvolumen pro Umdrehung) verstellbare Maschine. Insbesondere ist die Schrägstellung der Rotorscheibe von einer Stel- lung aus, in der der Hub der Kolben in den Zylinderhülsen null ist, nach entgegengesetzten Richtungen verschwenkbar ist. Man spricht auch von einer über null oder über eine Nullstellung verschwenkbaren Hydromaschine. Als Motor erlaubt es eine solche Maschine, allein durch die Verstellung über null die Drehrichtung der Abtriebswelle umzukehren und damit einen Zwei-Quadranten-Betrieb und zum Beispiel Fahren vorwärts und Fahren rückwärts eine Fahrzeugs zu realisieren. Ist die Hydromaschine dann auch noch als Pumpe betreibbar, so hat man einen Vier- Quadranten-Betrieb mit der Möglichkeit positiver und negativer Drehmomente und Drehung in entgegengesetzte Richtungen. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat ein erfindungsgemäßer Hydrotransformator zwei Teilmaschine, die beide als hydrostatische Axialkolbenmaschinen mit Doppelkugeltriebwerk ausgebildet sind.

Das Anlaufverhalten des Hydrotransformators ist aufgrund des verwendeten Dop- pelkugel-Triebwerks (keine Kolbenquerkräfte, direkte Druck-Drehmomentenwandlung) sehr gut. Damit ist die Anordnung sehr gut zum feinfühligen Anfahren eines Verbrauchers geeignet. Das Verdrängerprinzip gestattet prinzipbedingt hohe Wirkungsgrade über den gesamten Betriebsbereich. Die Verstellung des Hubvolumens des sekundärgeregelten Triebwerks des Hydrotransformators erfolgt klas- sisch mittels Schwenkwiege wie bei der Schrägscheiben-Bauart und sichert somit eine gute Regelbarkeit des angeschlossenen Verbrauchers. Die Geräusch- und Pulsationsentwicklung liegt im Bereich klassischer Kolbentriebwerke, zum Beispiel einem Triebwerk in Schrägscheiben-Bauart. In den Zeichnungen sind als Schaltbild ein hydraulisches System mit einem Hydrotransformator sowie eine erfindungsgemäß als Teilmaschine des Hydrotrans- formators verwendete Axialkolbenmaschine mit einem Doppelkugeltriebwerk dargestellt. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 einen Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine und

Figur 2 das Schaltbild mit Hydrotransformator.

Die gezeigte Axialkolbenmaschine ist in Anlehnung an eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise aufgebaut und zur Verwendung als Hydromotor, aber auch als Hydropumpe vorgesehen.

Die Verdrängerräume der gezeigten Axialkolbenmaschine werden jeweils aus einer Zylinderhülse 31 , einem Gelenkkopf 32 und einem Kolben 33 gebildet. Gelenkkopf und Kolben sind jeweils an den Enden, die die Begrenzung des Verdrän- gerraums bilden, kugelförmig ausgebildet. Dadurch wird neben der Abdichtfunktion gleichzeitig die kinematisch notwendige Gelenkfunktion abgebildet. Darüber hinaus besitzt diese Anordnung den Vorteil, dass die Gelenkfunktion sowohl auf der Seite des Gelenkkopfes, als auch auf der Seite des Kolbens prinzipbedingt (Kugel in Rohr) mit einer hydrostatischen Entlastung von 100 Prozent ausgeführt ist. Damit sind die hochbelasteten Gelenke der Hydromaschine prinzipbedingt reibungsarm ausgeführt.

Außerdem besitzt diese Anordnung den Vorteil, dass alle Elemente prinzipbedingt formschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch kann auf eine kraftschlüssige Verbindung von Gelenkkopf mit der Zylinderhülse, beziehungsweise der Zylinderhülse mit dem Kolben (zum Beispiel mittels Federn) gänzlich verzichtet werden. Das Verdrängerprinzip ist dadurch prinzipbedingt reibungsarm. Durch die formschlüssige Verbindung des Verdrängers besteht prinzipbedingt die Eignung für hohe Drehzahlen.

Gelenkkopf und Kolben weisen Ausnehmungen auf, die eine Spaltkompensation zwischen den Kugeln und der sich unter Druck aufweitenden Zylinderhülse er- möglichen. Die Ausnehmung ist so gestaltet, dass der verbleibende Spalt zwischen Zylinderhülse und Gelenkkopf, beziehungsweise Zylinderhülse und Kolben unter Druck gezielt konstant, bzw. unter Druck kleiner werdend, bzw. unter Druck größer werdend ausfällt, indem sich die Kugel druckabhängig aufweitet. Damit lassen sich die Leckverluste über diese Spalte gezielt beeinflussen.

Die Gelenkköpfe 32 sind an der Flanschscheibe 34 befestigt und wandeln die hydraulischen Kräfte aus den Verdrängerräumen in ein Drehmoment an der Triebwelle 35. Mit ihren Achsen weisen die Gelenkköpfe parallel zur Achse der Triebwelle. Die Mittelpunkte der Kugelköpfe der Gelenkköpfe 32 befinden sich also alle in derselben senkrecht auf der Achse der Triebwelle stehenden Ebene. Mithilfe zweier Sicherungsringe 44 sind die Gelenkköpfe 32 und die Zylinderhülsen so aneinander gehalten, dass zwischen ihnen nur eine Schwenkbewegung stattfindet. Die Kolben 33 sind an der Rotorscheibe 36 befestigt und vollführen relativ zu den Zylinderhül- sen 31 eine Hubbewegung. Die Achsen der Kolben 33 verlaufen entsprechend der veränderbaren Schrägstellung der Rotorscheibe schräg zur Achse der Triebwelle.

Die Rotorscheibe wird synchron zur Drehzahl der Flanschscheibe 34 durch einen Mitnahmebolzen 37, der in einer Bohrung der Triebwelle steckt und in Schlitze an einem Kragen der Rotorscheibe eingreift, mitgenommen, wobei bei der Drehung eine Schwenkbewegung zwischen der Triebwelle und der Rotorscheibe stattfindet. Die Mitnahme kann zum Beispiel auch über kardanisches Gelenk, ein Gleichlaufgelenk, oder Ähnlichem erfolgen. Die Rotorscheibe ist auf der Schwenkwiege (Schrägscheibe) 38 zum Beispiel mittels eines hydrostatischen Lagers oder mittels eines Wälzlagers drehbar gelagert. Die Zentrierung der Rotorscheibe an der

Schrägscheibe erfolgt über einen Zentrierbund 54 an der Schrägscheibe und eine Zentriereindrehung 55 an der Rotorscheibe.

Die Triebwelle 35 ist beidseits der Flanschscheibe 34 mithilfe von Kegelrollenla- gern 56 und 57 im Boden 58 eines Gehäusetopfs 59 und in einem Gehäusedeckel 51 drehbar gelagert. Die Rotorscheibe 36 und die Schrägscheibe 38 sind zwischen der Flanschscheibe 34 und dem Kegelrollenlager 56, also zwischen der Flanschscheibe 34 und dem Boden 58 des Gehäusetopfes 59 angeordnet und besitzen jeweils einen zentralen Durchgang 48, 49 zum Durchtritt der Triebwelle 35. Die Triebwelle ragt durch den Boden 58 nach außen und besitzt außen einen Wellenstummel, um damit mit einem antreibenden oder anzutreibenden Maschinenteil gekoppelt zu werden.

Die Hubverstellung der Kolben erfolgt, wie bei einer klassischen Schrägscheiben- Konstruktion, mittels eines Verstellsystems, das einen als Büchse ausgebildeten, ersten Verstell kol ben 40 mit großer Wirkfläche, der von einem nicht näher gezeig- ten Ventil gesteuert wird, und einen Verstellkolben 41 kleiner Wirkfläche, der dauernd mit dem Hochdruck am einen Arbeitsanschluss beaufschlagt ist. Die Stellkolben sind einfach wirkende Kolben und arbeiten, sich bezüglich der Schwenkachse der Schrägscheibe gegenüberliegend, gegeneinander. Mit dem Stellkolben 41 wirkt in dieselbe Richtung eine Rückstellfeder 42, durch die eine Ruhestellung der Schrägscheibe vorgegeben ist.

Die Schrägescheibe kann von einer Nullstellung, in der sie eine Position einnimmt, in der die Kolben 33 keinen Hub ausführen, nach entgegengesetzten Richtungen verschwenkt werden. Man spricht auch von einer Verstellung über Null oder von einem Durchschwenken. Damit ist die hydrostatische Maschine für den Einsatz als Versteilmotor im offenen Kreis geeignet und für Sekundärregelung, also für eine Regelung der Drehzahl oder des Drehmoment der Maschine unabhängig vom gerade anstehenden Hochdruck geeignet, wobei nicht nur die Drehrichtung gewechselt, sondern auch vom Motorbetrieb in Pumpenbetrieb übergegangen werden kann. Sekundärregelung steht dabei der Primärregelung gegenüber, bei der die Fördermenge der Pumpe, also des Primäraggregats vorgegeben wird. Bei einer Sekundärregelung ist die Pumpe üblicherweise druckgeregelt sein, wobei jedoch die Druckvorgabe variabel sein kann. Die Kommutierung erfolgt über einen Hochdruckkanal und einen Niederdruckkanal, die von nicht näher gezeigten sich am Gehäusedeckel 51 befindlichen Anschlussstellen zu einer Verteilerplatte 52 führen, die zwischen der Flanschscheibe 34 und dem Gehäusedeckel 51 drehfest bezüglich des Gehäusedeckels angeordnet ist. Zwischen der Flanschscheibe 34 und der Verteilerplatte 52 besteht eine Gleitpaarung. In der Verteilerplatte sind zwei nicht gezeigte bogenförmige Aussparungen ausgebildet, von denen jede zu einem der Kanäle in dem Gehäusedeckel 51 hin offen ist und mit denen bei der Drehung der Flanschscheibe 34 einzelne Kanäle 53 in der Flanschscheibe, die durch einen Gelenkkopf 32 hindurch jeweils zu einem Verdrängerraum führen, in Überdeckung gelangen.

Die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel ermöglicht eine durchgehende Triebwelle 35 und damit einen Durchtrieb und die Anordnung mehrerer Maschinen hintereinander. Ein solcher Durchtrieb ist auch möglich, wenn in einer Variante der gezeigten Axialkolbenmaschine die Flanschscheibe 34 in Bodennähe und die Rotorscheibe und die Schrägscheibe in Deckelnähe befinden oder wenn sich der Wellenstummel deckelseitig befindet.

Die Kommutierung der Verdränger erfolgt wie bei herkömmlichen hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise durch eine Verteilerplatte 52, sowie die Flanschscheibe 34. Dadurch ist eine Verstellung unabhängig von den Anforderungen der Kommutierung und der hydrostatischen Lagerung der Flansch- scheibe möglich. Es sind große Schwenkwinkel und ein Durchschwenken realisierbar.

Als Vorteile einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine, insbesondere der als Ausführungsbeispiel beschriebenen hydrostatischen Axialkol- benmaschine sind vor allem anzusehen:

Direkte, querkraftfreie Wandlung der Hydraulischen Kraft des Verdrängers in Drehmoment;

deutlich besseres Anlaufverhalten als Hydromotor im Vergleich mit Schrägschei- ben-Konstruktionen, besseres Anlaufverhalten als Schrägachsen-Konstruktionen; deutlich erweiterter Wandlungsbereich (praktisch nutzbarer Schwenkbereich) gegenüber Schrägachsen-Konstruktionen; Verbrauchsreduzierung der hydraulischen Arbeitsmaschinen;

Maschine kann (zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften) durchschwenken, dadurch Eignung als Hydromotor im offenen Kreis (Sekundärregelung);

Kostenreduzierung, da offener Kreis weniger Komponenten, als geschlossener Kreis benötigt;

Maschine ist prinzipiell durchtriebsfähig (Mehrfachanordnung wie bei Schrägscheiben-Konstruktionen möglich).

Zu dem hydraulischen System gemäß Figur 2 gehört ein doppeltwirkender Hydro- zylinder 60, vorliegend ein Gleichgangzylinder, mit dem eine Last m bewegbar ist. Die Druckmittelwege zwischen einer Hydroeinheit 61 , einem Tank 62 und den beiden Zylinderräumen 63 und 64 sind mit einem 4/3-Wegeventil 65 steuerbar, das einen Druckanschluss, einen Tankanschluss und zwei Verbraucheranschlüsse besitzt. In einer federzentrierten Mittelstellung des Wegeventils 65 sind die beiden Verbraucheranschlüsse abgesperrt. Der Druckanschluss ist mit dem Tankanschluss verbunden. Das Wegeventil kann durch Ansteuerung eines Doppelhubelektromagneten in einer Arbeitsstellung gebracht werden, in der ein Zylinderraum mit dem Druckanschluss und der andere Zylinderraum mit dem Tankanschluss verbunden ist.

Die Hydroeinheit 61 ist eine Einheit mit einem konstanten Hubvolumen, die in beide Drehrichtungen sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor betreibbar ist. Sie hat zwei Arbeitsanschlüsse, von denen einer mit dem Druckanschluss des Wegeventils 65 und der andere mit einem durch eine Leitung 66 symbolisierten hydraulischen Netz mit eingeprägtem Druck (Konstantdrucknetz 66) verbunden ist.

Die Hydroeinheit 61 bildet mit einer zweiten Hydroeinheit 70 einen Hydrotransfor- mator, der es erlaubt, den Hydrozylinder 60 an dem Konstantdrucknetz ohne Drosselverluste zu betreiben und auch Energie in das Drucknetz zurückzuspeisen. Die Hydroeinheit 70 ist in ihrem Hubvolumen über Null verstellbar und mit einem ersten Arbeitsanschluss mit dem Tank 62 und mit dem zweiten Arbeitsanschluss mit der Leitung 66, also dem Konstantdrucknetz verbunden. Die Hydroeinheit kann sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor betrieben werden, wobei allerdings anders als bei der Hydroeinheit 61 immer am selben Arbeitsanschluss gegenüber dem anderen Arbeitsanschluss der höhere Druck ansteht. Konstantdrucknetz bedeutet dabei nicht, dass der Druck in der Leitung 66 auf einem ganz bestimmten Druck gehalten wird. Der Druck kann sich durchaus verändern. Es bedeutet vielmehr, dass in der Leitung 66 ein Druck ansteht und der Hydrotrans- formator so gesteuert wird, dass am Hydrozylinder 60 die gewünschte Bewegung erhalten wird. Um schnelle Druckänderungen zu vermeiden und Energie speichern zu können, ist an das Konstantdrucknetz üblicherweise ein Hydrospeicher ange- schlössen.

Mit Hilfe eines 2/2-Wegeventils 75 können die beiden Hydroeinheiten 61 und 70 vom Konstantdrucknetz getrennt werden. Die Triebwerke der beiden Hydroeinheiten 61 und 70 sind über eine Welle 71 mechanisch miteinander verbunden, haben also beide immer die gleiche Drehzahl. Diese Drehzahl wird von einem Drehzahlgeber 73 erfasst und an eine Steuereinrichtung 74 gegeben, die sowohl hydraulische als auch elektrische Komponenten enthält und von der die Hydroeinheit 70 so verstellt wird, dass eine gewünschte Drehzahl vorliegt. Diese ist, da die Hydroeinheit 71 ein konstantes Hubvolumen hat, ein Maß für die über die Hydroeinheit 61 dem Hydrozylinder 60 zufließende oder für die über die Hydroeinheit 61 von dem Hydrozylinder 60 wegströmende Druckmittelmenge und damit ein Maß für die Verfahrgeschwindigkeit des Hydrozy- linders.

Dabei sind mehrere Fälle zu unterscheiden. In einem ersten Fall möge der Hydrozylinder unter positiver Last (Richtung der durch die Last verursachten Kraft ist der Bewegungsrichtung entgegengerichtet) mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausgefahren werden, wobei der Lastdruck höher als der Druck in der Leitung 66 sein möge. In diesem Fall wird die Hydroeinheit 61 als Pumpe mit einer der gewünschten Geschwindigkeit entsprechenden Drehzahl von der als Hydromotor arbeitenden Hydroeinheit 70 angetrieben. Fällt die Drehzahl etwas ab, so wird dies durch den Drehzahlgeber 73 erfasst und die Hydroeinheit 70 wird etwas weiter ausgeschwenkt. Wird die Drehzahl zu hoch, so wird die Hydroeinheit 70 etwas zurückgeschwenkt. Durch die Hydroeinheit 61 wird der Druck von dem im Konstantdrucknetz herrschenden Niveau auf den Lastdruck erhöht.

In einem zweiten Fall möge der Hydrozylinder unter positiver Last mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausgefahren werden, wobei der Lastdruck niedriger als der Druck in der Leitung 66 sein möge. In diesem Fall arbeitet die Hydroeinheit 61 als Hydromotor und treibt die Hydroeinheit 70 an. Diese ist gegenüber dem ersten Fall über Null verschwenkt und fördert im Betrieb als Pumpe Druckmittel aus dem Tank in das Drucknetz, wobei die geförderte Druckmittelmenge kleiner ist als die von der Hydroeinheit 61 geschluckte Druckmittelmenge. Die Hydroeinheit 61 treibt die Hydroeinheit 70 mit einem durch die Differenz zwischen dem Netzdruck und dem Lastdruck sowie durch das konstante Hubvolumen gegebenen Drehmoment an. Weil die Druckdifferenz über die Hydroeinheit 70 größer ist als die Druckdifferenz über die Hydroeinheit 61 muss das Hubvolumen der Hydroeinheit 70 so eingestellt sein, dass es kleiner ist als das konstante Hubvolumen der Hydroeinheit 61 . In einem dritten Fall möge der Hydrozylinder unter negativer Last (Richtung der durch die Last verursachten Kraft ist der Bewegungsrichtung gleichgerichtet) mit einer bestimmten Geschwindigkeit eingefahren werden, wobei der Lastdruck höher als der Druck in der Leitung 66 sein möge. In diesem Fall arbeitet die Hydroeinheit 61 ebenfalls als Hydromotor und treibt die Hydroeinheit 70 an. Die Dreh- richtung der Hydroeinheit 61 und damit der Welle 71 ist der Drehrichtung im ersten und im zweiten Fall entgegengerichtet. Die Hydroeinheit 70 ist in dieselbe Richtung verschwenkt wie im ersten Fall und fördert im Betrieb als Pumpe Druckmittel aus dem Tank in das Drucknetz. Es wird Energie zurückgewonnen. In einem vierten Fall möge der Hydrozylinder unter negativer Last mit einer bestimmten Geschwindigkeit eingefahren werden, wobei der Lastdruck niedriger als der Druck in der Leitung 66 sein möge. In diesem Fall arbeitet die Hydroeinheit 61 als Hydropumpe und wird von der als Motor betriebenen Hydroeinheit 70 angetrieben. Die Drehrichtung der Hydroeinheit 61 und damit der Welle 71 ist der Drehrichtung im ersten und im zweiten Fall entgegengerichtet. Die Hydroeinheit 70 ist gegenüber dem ersten Fall aus der Nullstellung in die Gegenrichtung ver- schwenkt. Es wird wieder Energie zurückgewonnen, weil aus dem Hydrozylinder mehr Druckmittel in die Leitung 66 fließt als dieser durch die Hydroeinheit 70 entnommen wird.

Erfindungsgemäß sind die beiden Hydroeinheiten 61 und 70 aus Figur 2 als Axial- kolbenmaschinen mit Doppelkugeltriebwerken entsprechend Figur 1 ausgebildet. Der aus dem Gehäuse der Maschine gemäß Figur 1 herausragende Wellenstummel der Triebwelle 35 dient dabei der Koppelung der beiden Einheiten 61 und 70 miteinander. Zur Koppelung ist er aber vorzugsweise geriffelt und nicht mit der aus Figur 1 ersichtlichen Passfeder versehen. Bei der zweiten Einheit würde der in Figur 1 ersichtliche Wellenstummel fehlen. Deren Gehäusedeckel 51 weist einen zentralen Durchbruch auf, in den die Triebwelle der zweiten Einheit mit einer Riffe- lung hineinragt. Die beiden Triebwellen können dann mit einer aufgesteckten Koppelungsbuchse drehfest miteinander verbunden sein. Ein Vorteil besteht natürlich auch schon dann, wenn nur eine der beiden Einheiten 61 und 70 eine Axialkolbenmaschine mit einem Doppelkugeltriebwerk ist.

Die beiden Hydroeinheiten 61 und 70 können auch ineinander integriert sein, wobei zum Beispiel in einer sogenannten back-to-back Anordnung ein gemeinsames Gehäuse aus zwei Gehäusetöpfen und einem gemeinsamen Mittelteil besteht.