DE102012012973A1 - Hydrostatic machine has drive shaft rotatably connected to engine, which is accommodated in housing interior, and hydrostatic displacement pump is provided to discharge leakage oil from housing interior and is coupled with drive shaft - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine (Hydropumpe und/oder Hydromotor) mit Leckageölabführung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a hydrostatic machine (hydraulic pump and / or hydraulic motor) with leakage oil removal according to the preamble of patent claim 1.
Hydrostatische Maschinen, insbesondere Hydropumpen oder Hydromotoren, weisen ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum auf, in dem eine rotierbare Triebwelle und ein drehfest damit verbundenes Triebwerk der hydrostatischen Maschine zumindest abschnittsweise angeordnet sind. Das Triebwerk weist beispielsweise im Falle einer Axialkolbenmaschine, eine Zylindertrommel auf, in der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen ausgebildet ist. In diesen sind Kolben verschieblich angeordnet, wodurch über jeden Zylinder und seinen zugeordneten Kolben jeweils ein hydrostatischer Arbeitsraum der hydrostatischen Maschine ausgebildet ist.Hydrostatic machines, in particular hydraulic pumps or hydraulic motors, have a housing with a housing interior, in which a rotatable drive shaft and an engine of the hydrostatic machine connected thereto are arranged at least in sections. The engine has, for example, in the case of an axial piston machine, a cylinder drum in which a plurality of cylinder bores is formed. In these pistons are arranged displaceably, whereby on each cylinder and its associated piston in each case a hydrostatic working space of the hydrostatic machine is formed.
Eine derartige hydrostatische Maschine zeigt beispielsweise das Datenblatt RD 92 105/11.03 der Bosch Rexroth AG. Die Kolben sind in der darin gezeigten Schrägscheibenbauweise über Gleitschuhe an einer Gleitfläche einer Schrägscheibe der hydrostatischen Maschine abgestützt. Der Betrieb bringt es mit sich, dass sich der Gehäuseinnenraum aufgrund innerer Leckage mit Leckageöl füllt. Diese Leckage tritt insbesondere an Leckagespalten auf, die über die Gleitschuhe und die Gleitfläche der Schrägscheibe, über Kolbenköpfe und die sie aufnehmenden Kolbenkopfaufnahmen der Gleitschuhe, über die Zylinderbohrungen und die darin aufgenommen Kolben und über die an einer Steuerscheibe abgestützte Zylindertrommel gebildet sind.Such a hydrostatic machine shows, for example, the
Unter Einwirkung der Schwerkraft bildet sich im Gehäuseinnenraum ein Reservoir von Leckageöl aus, in dem das mit der Triebwelle rotierende Triebwerk, also insbesondere die Zylindertrommel und andere drehfest mit der Triebwelle verbundene Teile, rotieren. Dabei kann der gesamte Gehäuseinnenraum mit Leckageöl angefüllt werden. Aus der Reibung des Triebwerks im Leckageöl resultieren Leistungsverluste, sogenannte Planschverluste, der hydrostatischen Maschine. Um diese zu verringern, sind aus dem Stand der Technik Konzepte bekannt, das in dem Gehäuseinnenraum eintretende Leckageöl abzulassen oder abzupumpen. Das Ablassen kann beispielsweise über eine an einer mit Bezug zur Schwerkraft oberen Seite des Gehäuses angeordnete Ablassöffnung erfolgen.Under the influence of gravity, a reservoir of leakage oil forms in the interior of the housing, in which the engine rotating with the drive shaft, that is to say in particular the cylinder drum and other parts connected non-rotatably to the drive shaft, rotate. In this case, the entire housing interior can be filled with leakage oil. The friction of the engine in the leakage oil results in power losses, so-called churning losses, of the hydrostatic machine. In order to reduce these, concepts are known from the prior art for discharging or pumping off the leakage oil entering the housing interior. The draining can take place, for example, via a drain opening arranged on a side of the housing which is in relation to the gravitational force of gravity.
Eine Lösung zum Abpumpen des Leckageöls zeigt die europäische Patentschrift
Nachteilig an dieser Lösung ist ein hoher vorrichtungstechnischer Aufwand, der für die Erfassung der Drehzahl, deren Abgleich mit der Schwellendrehzahl, die Wegeventile zur Aktivierung der entsprechenden Pumpe und den Antrieb der Verdrängerpumpe oder die Bereitstellung des Treibmittels der Strahlpumpe notwendig ist.A disadvantage of this solution is a high device complexity, which is necessary for the detection of the speed, the comparison with the threshold speed, the directional valves to activate the corresponding pump and the drive of the positive displacement pump or the provision of the propellant of the jet pump.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydrostatische Maschine mit Leckageölabführung zu schaffen, die einen geringeren vorrichtungstechnischen Aufwand aufweist.In contrast, the invention is based on the object to provide a hydrostatic machine with leakage oil removal, which has a lower device complexity.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a hydrostatic machine having the features of patent claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der hydrostatischen Maschine sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 beschrieben.Advantageous developments of the hydrostatic machine are described in the
Eine hydrostatische Maschine hat ein Gehäuse, in dessen Gehäuseinnenraum ein mit einer Triebwelle drehfest verbundenes Triebwerk aufgenommen ist. Weiterhin weist sie eine hydrostatische Verdrängerpumpe auf, über die Leckageöl aus dem Gehäuseinnenraum abführbar, insbesondere abpump- oder absaugbar, ist. Erfindungsgemäß ist die Verdrängerpumpe mit der Triebwelle der hydrostatischen Maschine koppelbar, insbesondere gekoppelt. Durch die Koppelbarkeit, beziehungsweise die Kopplung, der Verdrängerpumpe ist somit kein eigenständiges Antriebsaggregat (Motor) zum Antrieb der Verdrängerpumpe notwendig und eine vorrichtungstechnische Vereinfachung der Leckageölabfuhr gegenüber dem Stand der Technik ist gegeben.A hydrostatic machine has a housing, in the housing interior of a rotatably connected to a drive shaft engine is received. Furthermore, it has a hydrostatic positive displacement pump via which leakage oil can be discharged from the interior of the housing, in particular can be pumped off or sucked off. According to the positive displacement pump can be coupled to the drive shaft of the hydrostatic machine, in particular coupled. By coupling, or the coupling, the positive displacement pump thus no independent drive unit (motor) to drive the positive displacement pump is necessary and a device-technical simplification of leakage oil removal over the prior art is given.
Gegenüber der Verwendung einer Strahl- oder einer Zentrifugalpumpe weist die Verdrängerpumpe den Vorteil einer höheren Toleranz gegenüber Viskositätsschwankungen im Leckageöl auf. Außerdem ist der für die Verdrängerpumpe benötigte Bauraum kleiner, was insbesondere für mobile Anwendungen mit begrenztem Bauraum vorteilhaft ist. Anders als bei der Strahlpumpe muss bei der Nutzung der Verdrängerpumpe zum Abpumpen des Leckageöls kein Treibmittel bereitgestellt werden, wodurch auf eine zusätzliche Pumpe und eine zusätzliche Verrohrung verzichtet werden kann. Zudem arbeitet die Verdrängerpumpe deutlich leiser als eine Strahlpumpe und weist einen höheren Gesamtwirkungsgrad auf, da eine Multiplikation von Einzelwirkungsgraden der Treibmittelpumpe, der Verrohrung und der Strahlpumpe entfällt.Compared with the use of a jet or a centrifugal pump has the Positive displacement pump on the advantage of a higher tolerance to viscosity fluctuations in the leakage oil on. In addition, the space required for the positive displacement pump is smaller, which is particularly advantageous for mobile applications with limited space. Unlike the jet pump when using the positive displacement pump for pumping the leakage oil no propellant must be provided, which can be dispensed with an additional pump and an additional piping. In addition, the displacement pump operates much quieter than a jet pump and has a higher overall efficiency, since a multiplication of individual efficiencies of the propellant pump, the piping and the jet pump is eliminated.
Die hydrostatische Maschine ist bevorzugt als eine Axialkolbenmaschine ausgestaltet. Diese kann ein konstantes geometrisches Hubvolumen oder ein verstellbares geometrisches Hubvolumen aufweisen. Sowohl bei einer Ausgestaltung als Hydromotor als auch bei der Ausgestaltung als Hydropumpe kommt der erfindungsgemäße Vorteil der Kopplung der Verdrängerpumpe an die Triebwelle der entsprechenden hydrostatischen Maschine zum Tragen. Im Fall des Hydromotors ist die Triebwelle bevorzugt eine Abtriebswelle, im Fall der Hydropumpe bevorzugt eine Antriebswelle.The hydrostatic machine is preferably designed as an axial piston machine. This can have a constant geometric stroke volume or an adjustable geometric stroke volume. Both in one embodiment as a hydraulic motor and in the embodiment as a hydraulic pump, the advantage according to the invention of the coupling of the positive displacement pump to the drive shaft of the corresponding hydrostatic machine comes into play. In the case of the hydraulic motor, the drive shaft is preferably an output shaft, in the case of the hydraulic pump preferably a drive shaft.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Kopplung der Verdrängerpumpe an die Triebwelle derart ausgestaltet, dass eine Drehzahl der Verdrängerpumpe in Abhängigkeit einer Drehzahl der Triebwelle veränderbar ist. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Verdrängerpumpe ab einer bestimmten Schwellendrehzahl der hydrostatischen Maschine, beziehungsweise der Triebwelle, zu aktivieren. Auf diese Weise kann auf eine Aktivierung der Verdrängerpumpe in einem unterschwelligen Drehzahlbereich, in dem beispielsweise Planschverluste des Triebwerks im Leckageöl des Gehäuseinnenraums vernachlässigbar sind, verzichtet werden, so dass eine Leistungsabnahme für die Verdrängerpumpe nur dann erfolgt, wenn der Wirkungsgrad der hydrostatischen Maschine auch tatsächlich durch die Leckageölabführung verbessert werden kann. Diese Drehzahlschwelle oder deren Bereich ist bevorzugt durch Versuche oder Simulation zu ermitteln.In a preferred embodiment of the invention, the coupling of the positive displacement pump to the drive shaft is designed such that a rotational speed of the positive displacement pump in response to a rotational speed of the drive shaft is variable. In this way, it is for example possible to activate the positive displacement pump from a certain threshold speed of the hydrostatic machine, or the drive shaft. In this way, can be dispensed with an activation of the positive displacement pump in a subliminal speed range in which, for example, splash losses of the engine in the leakage oil of the housing interior are negligible, so that a power decrease for the positive displacement only occurs when the efficiency of the hydrostatic machine actually through the leakage oil removal can be improved. This speed threshold or its range is preferably determined by experiments or simulation.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung ist eine Pumpenwelle der Verdrängerpumpe, insbesondere über eine Buchse, drehfest mit der Triebwelle der hydrostatischen Maschine verbunden, beziehungsweise gekoppelt. Auf diese Weise ist die Drehzahl der Verdrängerpumpe direkt abhängig von der Drehzahl der hydrostatischen Maschine. Diese Weiterbildung der Erfindung stellt eine vorrichtungstechnisch besonders einfache Lösung dar. Die Buchse weist dabei bevorzugt eine Innenverzahnung, die beiden Wellen eine Außenverzahnung auf. Alternativ zur Verbindung über die Buchse können andere aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungen, wie beispielsweise eine Welle-Nabe-Verbindung zum Einsatz kommen.In a preferred and advantageous development, a pump shaft of the positive displacement pump, in particular via a bushing, is non-rotatably connected or coupled to the drive shaft of the hydrostatic machine. In this way, the speed of the positive displacement pump is directly dependent on the speed of the hydrostatic machine. This development of the invention represents a device technology particularly simple solution. The bushing preferably has an internal toothing, the two shafts on an outer toothing. As an alternative to connection via the bush, other connections known from the prior art, such as, for example, a shaft-hub connection can be used.
Die Verdrängerpumpe ist bevorzugt eine Flügelzellen oder eine mit oder ohne ein Füllstück ausgebildete Zahnring-, Innenzahnrad- oder Gerotorpumpe. Insbesondere die Zahnring-, Innenzahnrad- oder die Gerotorpumpe weist dabei eine gute Portierbarkeit auf andere Nenngrößen auf, da lediglich eine Dicke eines Zahnradpaares angepasst werden muss um eine andere Nenngröße zu erreichen. Diese Arten von Verdrängerpumpen erweisen sich damit als besonders flexibel.The displacement pump is preferably a vane or a trained with or without a filler ring gear, Innenzahnrad- or gerotor pump. In particular, the gerotor, Innenzahnrad- or gerotor pump has good portability to other sizes, since only one thickness of a gear pair must be adjusted to achieve a different size. These types of positive displacement pumps prove to be particularly flexible.
Bei der Verwendung der Zahnring-, Innenzahnrad- oder der Gerotorpumpe weist ein Ritzel bevorzugt n Zähne und ein Innenzahnrad dieser Pumpe bevorzugt n + 1 Zähne auf. Bevorzugt ist das Ritzel mit der Pumpenwelle drehfest verbunden, beziehungsweise gekoppelt.When using the gerotor, internal gear or gerotor pump, a pinion preferably n teeth and an internal gear of this pump preferably n + 1 teeth. Preferably, the pinion is rotatably connected to the pump shaft, or coupled.
Um das Leckageöl effektiv aus dem Gehäuseinnenraum abzupumpen, ist bevorzugt ein Druckmitteleingang der Verdrängerpumpe über einen Druckmittelströmungspfad, insbesondere einen Druckmittelkanal oder eine Druckmittelleitung, mit einem Leckageanschluss des Gehäuses verbindbar, insbesondere verbunden.In order to effectively pump the leakage oil from the housing interior, preferably a pressure medium input of the positive displacement pump via a pressure fluid flow path, in particular a pressure medium channel or a pressure medium line, connected to a leakage connection of the housing, in particular connected.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Leckageanschluss in einem Bereich einer, insbesondere mit Bezug zu einer bestimmungsgemäßen Betriebs- oder Einbaulage und zur Schwerkraft, tiefsten Stelle des Gehäuseinnenraums angeordnet. Bei mehreren möglichen Betriebs- oder Einbaulagen der hydrostatischen Maschine weist das Gehäuse bevorzugt mehrere Leckageanschlüsse auf, die jeweils einer vorgesehenen Betriebs- oder Einbaulage zugeordnet und an der entsprechenden tiefsten Stelle des Gehäuseinnenraums angeordnet sind.In a preferred development, the leakage connection is arranged in a region of a lowest point of the interior of the housing, in particular with reference to an intended operating or installation position and to gravity. In the case of several possible operating or installation positions of the hydrostatic machine, the housing preferably has a plurality of leakage connections, which are each assigned to an intended operating or installed position and arranged at the corresponding lowest point of the housing interior.
Bevorzugt weist die Verdrängerpumpe einen Druckmittelausgang auf, der mit einem Tank oder einer anderen Druckmittelsenke verbindbar, insbesondere verbunden ist.Preferably, the positive displacement pump to a pressure medium output, which is connectable to a tank or other pressure medium sink, in particular connected.
Um einen Unterdruck im Gehäuseinnenraum zu vermeiden und damit das Gehäuse mit Luft oder mit Druckmittel belüftbar ist, weist das Gehäuse bevorzugt eine Aufnahme für ein hin zum Gehäuseinnenraum öffnendes Rückschlagventil auf. Diese Aufnahme ist bevorzugt in einem Bereich einer mit Bezug zu einer bestimmungsgemäßen Betriebs- oder Einbaulage und zur Schwerkraft, höchsten Stelle des Gehäuseinnenraums angeordnet.In order to avoid a negative pressure in the housing interior and thus the housing can be ventilated with air or with pressure medium, the housing preferably has a receptacle for a check valve opening towards the interior of the housing. This receptacle is preferably arranged in a region of a highest point of the interior of the housing with reference to a designated operating or installation position and to gravity.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise der hydrostatischen Maschine, wenn die zur Leckageölabführung vorgesehene Verdrängerpumpe, insbesondere über ihr Pumpengehäuse, am Gehäuse der hydrostatischen Maschine lösbar befestigt ist. Besonders bevorzugt ist dabei das Gehäuse der hydrostatischen Maschine zumindest abschnittsweise über das Pumpengehäuse der Verdrängerpumpe verschlossen. Weist die hydrostatische Maschine zudem eine Speisepumpe auf, so kann es von Vorteil sein, wenn die drei Gehäuse der hydrostatischen Maschine, der Speisepumpe und der Verdrängerpumpe miteinander verbunden sind. Alternativ zur Befestigung der Verdrängerpumpe am Gehäuse der hydrostatischen Maschine kann beispielsweise die Verdrängerpumpe am Gehäuse der Speisepumpe befestigt sein, wobei besonders bevorzugt das Gehäuse der Speisepumpe zumindest abschnittsweise über das Pumpengehäuse der Verdrängerpumpe verschlossen ist. In a particularly preferred development, a particularly compact design of the hydrostatic machine results if the displacement pump provided for leakage oil discharge, in particular via its pump housing, is releasably secured to the housing of the hydrostatic machine. Particularly preferably, the housing of the hydrostatic machine is closed at least in sections via the pump housing of the positive displacement pump. If the hydrostatic machine also has a feed pump, it may be advantageous if the three housings of the hydrostatic machine, the feed pump and the positive displacement pump are connected to one another. As an alternative to fixing the positive displacement pump on the housing of the hydrostatic machine, for example, the positive displacement pump may be attached to the housing of the feed pump, wherein particularly preferably the housing of the feed pump is at least partially closed by the pump housing of the positive displacement pump.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Maschine anhand von drei Zeichnungen näher erläutert.In the following, an embodiment of a hydrostatic machine according to the invention will be explained in more detail with reference to three drawings.
Es zeigenShow it
Eine Druckmittelversorgung der Arbeitsräume
Die Anschlussplatte
Gemäß
In eine Gehäuseausnehmung
Wie oben beschrieben ist an die Anschlussplatte
Der Antrieb der Verdrängerpumpe
Die erfindungsgemäße Leckageölabfuhr über die an die Triebwelle
Dies würde zu Reibungs- beziehungsweise Wirkungsgradverlusten der hydrostatischen Maschine
Aufgrund der erfindungsgemäßen Kopplung der Pumpenwelle
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass zu keinem Zeitpunkt des Betriebs der hydrostatischen Maschine
Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann die hydrostatische Maschine als Axialkolbenmaschine(-motor oder pumpe) in Schrägachsenbauweise ausgestaltet sein.Notwithstanding the embodiment shown, the hydrostatic machine can be configured as axial piston machine (motor or pump) in Schrägachsenbauweise.
Offenbart ist eine hydrostatische Maschine mit einem Gehäuse, in dessen Gehäuseinnenraum ein mit einer Triebwelle drehfest verbundenes Triebwerk aufgenommenen ist und in dem Leckageöl auffangbar ist. Weiterhin weist die Maschine eine hydrostatische Verdrängerpumpe auf, über die das Leckageöl aus dem Gehäuseinnenraum abpumpbar ist. Die Verdrängerpumpe ist dabei mit der Triebwelle koppelbar oder gekoppelt.Disclosed is a hydrostatic machine with a housing, in the housing interior of a rotatably connected to a drive shaft engine is received and can be trapped in the leakage oil. Furthermore, the machine has a hydrostatic positive displacement pump, via which the leakage oil can be pumped out of the housing interior. The positive displacement pump can be coupled or coupled to the drive shaft.
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