Hydrotransformator

Die Erfindung betrifft einen Hydrotransformator mit einer Vielzahl von Verdrängerräumen und mit einer Steuerscheibe, die um eine Drehachse verdrehbar ist, um eine Pumpwirkung/Motorwirkung des Hydrotransformators zu verstellen, und die Steuerausnehmungen aufweist, denen jeweils mehrere Verdrängerräume zugeordnet sind.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE10241979DE 102 41 979 A1A1 ist ein Hydrotransformator mit einer Axialkolben-Schrägachseneinheit und eine Umsteuereinrichtung zur Steuerung der Druckmittelzufuhr und -abfuhr zu beziehungsweise von Verdrängern bekannt, wobei die Umsteuereinrichtung zumindest zwei mit einem Druck-, einem Verbraucher- oder einem Tankanschluss verbundene Steuerausnehmungen hat, deren Relativposition zu den Totpunktlagen der Verdränger veränderbar ist. Aus der internationalen Veröffentlichung WO97/31185WO 97/31185 ist ein hydraulischer Druckumformer mit einem als Linearzylinder ausgeführten Hydraulikmotor und mit einer Frontplatte bekannt, die Teilöffnungen aufweist, die jeweils eine Verbindung mit einer Öffnung in einer feststehenden Abdichtplatte haben. Aus der europäischen Offenlegungsschrift EP1180217EP 1 180 217 A1A1 ist ein Verzahnungsrotorsatz mit einem drehbaren Lagerring bekannt, der Lagertaschen umfasst, in denen drehbar gelagerte Planetenrotoren angeordnet sind, die eine Innenverzahnung bilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hydrotransformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe ist bei einem Hydrotransformator mit einer Vielzahl von Verdrängerräumen und mit einer Steuerscheibe, die um eine Drehachse verdrehbar ist, um eine Pumpwirkung/Motorwirkung des Hydrotransformators zu verstellen, und die Steuerausnehmungen aufweist, denen jeweils mehrere Verdrängerräume zugeordnet sind, dadurch gelöst, dass sich die Größe der Verdrängerräume im Betrieb des Hydrotransformators, bezogen auf die Drehachse der Steuerscheibe, radial, tangential und/oder in Umfangsrichtung verändert, um die Pumpwirkung/Motorwirkung des Hydrotransformators zu erzielen. Aus dem vorab genannten Stand der Technik sind Hydrotransformatoren in verschiedenen Bauarten bekannt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden an sich bekannte Bauarten von hydraulischen Verdrängermaschinen mit einer Steuereinrichtung kombiniert, die in Verbindung mit hydraulischen Axialkolbenmaschinen ebenfalls bekannt ist. Der erfindungsgemäße Hydrotransformator ist insbesondere für kleine bis mittlere Hydraulikdrücke geeignet. Durch die erfindungsgemäße Kombination wird ein kompakter Hydrotransformator geschaffen, der kostengünstig herstellbar ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Verdrängerräume des Hydrotransformators voneinander trennbar. Das ist insbesondere mit den Verdrängerprinzipien Gerotor und Planetenradrotor möglich. Diese beiden Verdrängerprinzipien zählen zu den geometrisch stabilisierten/gebildeten Verdrängerräumen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Einsatz von Verdrängerprinzipien vorgeschlagen, die ihre Verdrängerräume kinematisch-/kraftstabilisiert ausbilden. Dabei hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Ausführung des Hydrotransformators nach dem Flügelzellenprinzip, dem Rollenzellenprinzip oder nach dem Sperrflügelprinzip als besonders vorteilhaft erwiesen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrotransformators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe drei Steuerausnehmungen aufweist, die einem Systemdruckanschluss, einem Arbeitsanschluss und einem Tankanschluss des Hydrotransformators zugeordnet sind. Die Steuerausnehmungen sind vorzugsweise nierenförmig ausgebildet und stellen Fließquerschnitte dar, die im Zusammenwirken mit Dichtungen Kraft- bzw. Druckfeder erzeugen. Je nach Winkellage der Steuerscheibe zur Drehachse des Verdrängers, die vorzugsweise der Drehachse der Steuerscheibe entspricht beziehungsweise parallel zu dieser angeordnet ist, kann das Verhältnis zwischen Motorwirkung und Pumpwirkung verstellt werden. Der Tankanschluss sorgt für eine ausgeglichene Bilanz der zulaufenden und ablaufenden Fluidströme.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrotransformators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe auf einem Lagerabsatz in einem Gehäuse des Hydrotransformators drehbar gelagert ist. Durch die drehbare Lagerung können axiale Reibverluste zwischen Verdränger und Steuerscheibe reduziert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrotransformators ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabsatz einen Umfang aufweist, der etwas größer als ein Außenumfang einer Verdrängereinheit ist. Dadurch können die axialen Reibverluste zwischen Verdränger und Steuerscheibe weiter reduziert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrotransformators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe auf einem Lagerring drehbar gelagert ist. Der Lagerring ist vorzugsweise in das Gehäuse des Hydrotransformators eingelegt. Der Lagerring hat vorzugsweise einen inneren Umfang, der etwas größer als sein Außenumfang der Verdrängereinheit ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrotransformators ist dadurch gekennzeichnet, dass den Steuerausnehmungen jeweils eine Dichtung zugeordnet ist. Mit Hilfe der Dichtungen ist es möglich, eine definierte Kraftkomponente zu schaffen, mit der Axialspalte zwischen Verdränger und Steuerscheibe minimiert werden können.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrotransformators ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen jeweils in einer Nut in der Steuerscheibe angeordnet sind. Durch die Nuten können die Dichtungen auf einfache Art und Weise positioniert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung der Verdrängereinheit eines erfindungsgemäßen Hydrotransformators;

2 eine perspektivische Darstellung der von einer Steuerscheibe oder Steuerplatte abgedeckten Verdrängereinheit aus 1;

3 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Hydrotransformators und

4 die Darstellung eines Längsschnitts des Hydrotransformators aus 3.

In den 1 bis 4 ist ein Hydrotransformator 1 mit einem Gehäuse 2 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Hydrotransformator 1 umfasst eine Verdrängereinheit in Planetenradbauweise mit einem Verzahnungsrotorsatz, wie er in der europäischen Offenlegungsschrift EP1180217EP 1 180 217 A1A1 offenbart ist. Der Verzahnungsrotorsatz umfasst ein Hohlrad 5, Planeten 8 und einen Rotor 10.

Das Hohlrad 5 weist für jeden Planeten 8 eine Lagertasche auf, in welcher der jeweilige Planet 8 drehbar gelagert ist. Die Planeten 8 sind jeweils mit einer Außenverzahnung ausgestattet, die sich mit einer Außenverzahnung in Eingriff befindet, die an dem Rotor 10 ausgebildet ist. Die Außenkontur des Rotors 10 ist so mit den Planeten 8 abgestimmt, dass sich Verdrängerräume 12 ergeben, deren Größe sich im Betrieb des Hydrotransformators 1 bezogen auf eine Drehachse des Rotors 10, radial, tangential und/oder in Umfangsrichtung verändert.

Das Hohlrad 5 ist in dem Gehäuse 2 des Hydrotransformators 1 drehbar gelagert. Der Rotor 10 ist in einer nicht dargestellten Lagerstelle im Gehäuse 2 drehbar gelagert. Der Verzahnungsrotorsatz kann als Pumpe zur Druckerzeugung oder als Motor verwendet werden. Dabei erfolgt der Momentenschluss zwischen der Pumpen- und Motorwirkung des Hydrotransformators nicht mittels Ein- oder Ausgangswellen sondern mit Hilfe der Verdrängerbauteile 5, 8, 10 selbst.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist der Hydrotransformator 1 mit einer Steuerscheibe oder Steuerplatte 20 ausgestattet, die drei nierenförmige Steuerausnehmungen 21, 22, 23 aufweist. Die Steuerscheibe 20 ist auf einem Lagerabsatz 50 des Gehäuses 2 drehbar gelagert. Dabei hat der Lagerabsatz 50, wie man in 4 sieht, einen Umfang, der etwas größer als der Außenumfang des Hohlrads 5 der Verdrängereinheit ist. Mit dieser Maßnahme werden die axialen Reibverluste zwischen der Verdrängereinheit und der Steuerscheibe 20 reduziert. Der Lagerabsatz 50 kann durch einen separaten Lagerring ersetzt werden, um eine genauere Anpassung zu erzielen.

Den Steuerausnehmungen 21, 22, 23 ist, wie man in 3 sieht, jeweils eine Dichtung 41, 42, 43 zugeordnet, die in entsprechenden Nuten angeordnet sind, die, wie man in 4 sieht, in der Steuerscheibe 20 ausgespart sind. Mit Hilfe der Dichtungen 41 bis 43 ist es möglich, eine definierte Kraftkomponente zu erzeugen, so dass Axialspalte zwischen der Verdrängereinheit und der Steuerscheibe 20 minimiert werden.

Die Steuerausnehmungen 21 bis 23 stellen Druckfelder dar, die jeweils mehrere Verdrängerräume 12 zusammenfassen. Durch die Kombination der Verdrängerräume 12 mit der Steuerscheibe 20 entstehen Zulaufbereiche und Ablaufbereiche für Hydraulikmedium. Jeder Steuerausnehmung 21 bis 23 ist ein an einem Deckel 30 des Hydrotransformators 1 vorgesehener Anschluss 31, 32, 33 zugeordnet.

Der Anschluss 31 stellt einen Systemdruckanschluss dar und ist der Steuerausnehmung 21 zugeordnet. Der Anschluss 32 stellt einen Arbeitsanschluss für Hydraulikmedium dar und ist der Steuerausnehmung 22 zugeordnet. Der Anschluss 33 stellt einen Tankanschluss dar und ist der Steuerausnehmung 23 zugeordnet.

Je nach Winkellage der Steuerscheibe 20 zur Drehachse der Verdrängereinheit kann das Verhältnis zwischen Motorwirkung am Anschluss 31 und Pumpenwirkung am Anschluss 32 variiert werden. Der Tankanschluss 33 sorgt hierbei für eine ausgeglichene Bilanz der zulaufenden und ablaufenden Fluidströme. Durch Umkehr oder Durchströmungsrichtung dreht sich auch die Wirkungsweise an den Anschlüssen 31, 32 um. Auf diese Weise kann auch je nach Betriebspunkt Leistung zurück gewonnen werden. Die hydraulische Energie zwischen den Anschlüssen 31 und 32 bleibt bis auf Wirkungsgradverluste erhalten.

An der Steuerscheibe 20 ist ein Steuerschaft 40 befestigt, der einen Verstellmechanismus für die Steuerscheibe 20 darstellt. Der Steuerschaft 40 dient zur Verstellung der Steuerscheibe 20, die um die gleiche Drehachse wie der Rotor 10 dreht. Neben dem gezeigten Steuerschaft 40 sind auch eine Vielzahl weiterer Verstellmechanismen denkbar. Die Verstellbewegung der Steuerscheibe könnte auch innerhalb des Gehäuses oder des Deckels radial eingeleitet werden.

1

Hydrotransformator

2

Gehäuse

5

Hohlrad

8

Planeten

10

Rotor

12

Verdrängerräume

20

Steuerscheibe

21

Steuerausnehmung

22

Steuerausnehmung

23

Steuerausnehmung

30

Deckel

31

Anschluss

32

Anschluss

33

Anschluss

40

Steuerschaft

41

Dichtung

42

Dichtung

43

Dichtung

50

Lagerabsatz

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• DE 10241979 A1 [0002]
• WO 97/31185 [0002]
• EP 1180217 A1 [0002, 0018]