WO1996032589A1

WO1996032589A1 - Verstellbare, hydrostatische radialkolbenmaschine

Info

Publication number: WO1996032589A1
Application number: PCT/DE1996/000313
Authority: WO
Inventors: Volkmar Leutner
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-02-24
Publication date: 1996-10-17
Also published as: US5752427A; KR100383156B1; CN1145658A; DE19513987A1; JPH10501601A; EP0766788B1; CN1079910C; DE19513987C2; DE59606298D1; JP3921240B2; EP0766788A1

Abstract

Es wird eine hydrostatische Radialkolbenmaschine (10) vorgeschlagen, deren verstellbarer Hubring (18) über integrierte Mittel zur Erfassung der Exzentrizität (20) zwischen Hubring (18) und Rotor (14) verfügt. Die exzentrische Lage des Hubrings (18) führt in Verbindung mit dem sich drehenden Rotor (14) und der Fesselung der Gleitschuhe (17) an diesen Hubring (18) zu einer Hubbewegung der Arbeitskolben (16) in radialer Richtung. Dies und die kinematischen Verhältnisse in der Radialkolbenmaschine (10) führt zu einer Veränderung des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gleitschuhen (17). Diese Abstandsänderung verhält sich proportional zur Exzentrizität (20) des Hubrings (18) und wird deshalb von einer Meßeinrichtung erfaßt. Diese weist dazu einen im Hubring (18) integrierten Meßwertaufnehmer (27) auf, der ein erhöhtes Spannungssignal abgibt solange sich Gleitschuhe (17), die als Meßwertgeber fungieren, über ihn hinwegbewegen. Der Signalverlauf wird einer Auswerteelektronik (28) zugeführt und von dieser zur Bestimmung von Exzentrizität, Rotordrehzahl und weiteren Kenngrößen herangezogen.

Description

Verstellbare, hydrostatische Radialkolbenmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydrostatischen Radialkolbenmaschine mit verstellbarem Hubring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Maschine ist allgemein bekannt. Sie wird in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen der Hydraulik benutzt, da es durch ihren Einsatz möglich ist, den Aufwand an Steuer- und/oder Regelventilen zu verringern. Hauptvorteile bei Antrieben mit derartigen

Radialkolbenmaschinen ist neben der Einfachheit der Bauweise deren Verlustarmut, sowie die schnelle und präzise elektrische Ansteuerbarkeit der Maschine. Zur Ansteuerung werden in das Maschinengehäuse integrierte, druckbeaufschlagte Verstellkolben eingesetzt, die auf den äußeren Umfang des Hubrings entlang dessen Verstellrichtung einwirken. Die Exzentrizität des Hubrings, welche proportional zur Fördermenge der Maschine ist, läßt sich als Regelgröße verwenden und wird von einem induktiven Wegaufnehmer erfaßt. Dieser Istwert wird von einem elektronischen Regelverstärker mit einem Führungswert verglichen und dient zur Lageregelung des Hubrings. In manchen Anwendungsfällen ist es nun ungünstig, daß sich dieser induktive Wegaufnehmer nicht anders als in Verlängerung der Verstellkolben anordnen läßt, wodurch sich die Maschine in ihrer bereits größten Abmessung weiter vergrößert. Da der Wegaufnehmer ein zusätzliches Anbauteil darstellt erhöht sich zudem der Bauaufwand der Maschine. Ferner ist nach DE 35 13 736 AI eine hydrostatische Radialkolbenpumpe mit einer Meßeinrichtung zur Erfassung der Exzentrizität eines drehbar gelagerten Exzenterrings bekannt. Ein hydraulisches Gestänge überträgt dabei die von der Exzentrizität des Exzenterrings abhängige Auslenkung eines Geberstδßels, welcher sich auf der Innenseite des Exzenterrings abstützt, auf einen Nehmerstδßel. Dieser ist mit einem Spulenkern versehen, welcher entsprechend der vorhandenen Exzentrizität am Exzenterring unterschiedlich tief in eine Meßspule eintaucht und dort ein Meßsignal auslöst. Diese Meßeinrichtung weist eine Vielzahl von mechanischen Bauteilen auf und erfordert einen hohen Aufwand für die hydraulische Kopplung; dabei muß die Signalabnahme in einer rotierenden Maschinenwelle erfolgen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße, elektrohydraulisch verstellbare Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die eingesetzten Mittel aus kostengünstigen Meßeinrichtungen bestehen, die in ohnedies vorhandene Bauteile der Maschine integriert sind bzw. daß vorhandene Bauteile der Maschine als Meßwertgeber verwendet werden. Dadurch vergrößern sich weder Bauvolumen noch Bauaufwand der Maschine.

Weiterhin vorteilhaft ist es, daß ein digitales Meßsignal vorliegt, das von einer elektronischen Schaltung sowohl zur Bestimmung der Exzentrizität des Hubrings als auch zur Drehzahlbestimmung des Rotors und ggf. für weitere

Funktionen, wie z.B. zur Geräuschdämpfung der Maschine, benutzt werden kann.

Erwähnenswert ist auch, daß die Abtastzeit, entsprechend den Anforderungen des Einsatzfalles, in gewissen Grenzen flexibel ist, indem die Anzahl der als Meßwertgeber eingesetzten Gleitschuhe variiert werden kann. Die kleinsten Abtastzeiten lassen sich demnach erreichen, wenn alle Gleitschuhe als Meßwertgeber eingesetzt werden. Günstig ist ferner, daß die Meßeinrichtung berührungslos arbeitet und deshalb weder Reibung noch Verschleiß unterliegt, was sich in einer langen Lebensdauer bei geringer Wartung bemerkbar macht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen Fig.l eine Radialkolbenmaschine im Querschnitt, in vereinfachter Darstellung und Fig.2 ein Diagramm mit dem Verlauf des im Meßwertaufnehmer erzeugten Signals in Abhängigkeit der Zeit bzw. des Verdrehwinkels des Rotors.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig.l zeigt eine Radialkolbenmaschine 10 deren Gehäuse 11 durch einen nicht dargestellten Deckel verschlossen ist. Im Gehäuse 11 ist eine nach aussen abgedichtete, im wesentlichen zylindrische Ausnehmung 12 ausgebildet, in die zentrisch ein im Gehäuse ortsfest gelagerter Steuerzapfen 13 hineinragt. Auf diesem Teil des Steuerzapfens ist ein Rotor 14 drehbar gelagert, in dem mehrere radial verlaufende Bohrungen 15 Zylinder bilden, in denen Arbeitskolben 16 gleiten. Diese Arbeitskolben 16 sind gelenkig mit Gleitschuhen 17 verbunden, die aus den Bohrungen 15 des Rotors herausragen und die mittels nicht näher dargestellten Halteringen beweglich an einen zylindrischen Hubring 18 gefesselt sind. Die Innenseite des Hubrings bildet dabei die Lauffläche für diese Gleitschuhe 17. Der Hubring wird von zwei, im Gehäuse angeordneten, hydraulischen Verstellkolben 22 und 23, welche sich diametral gegenüberliegen und eine Versteileinrichtung bilden, in seiner Lage fixiert. Die Position des Hubrings 18 ist innerhalb der Ausnehmung, entlang der von den Verstellkolben 22 und 23 vorgegebenen

Richtung variabel. Parallel zur Verstellrichtung angebrachte Abflachungen am äußeren Umfang des Hubrings 24 und am Gehäuse 25 dienen als Führung bei der Verschiebung des Hubrings in Verstellrichtung und sichern diesen gleichzeitig gegen Verdrehen. Im Steuerzapfen 13 sind in der Höhe des

Rotors in Fig.l nicht erkennbare Steuerschlitze ausgebildet, die über ebenfalls im Steuerzapfen 13 angebrachte Längskanäle 26 und Durchbrüche mit radial im Gehäuse verlaufenden, nach außen dringenden Kanälen verbunden sind. Diese Kanäle 26 stellen Saug- und Druckkanäle dar und führen das Hydraulikmedium in die Maschine 10 hinein und unter Druck wieder heraus. Die Winkellage des Rotors 14 auf dem Steuerzapfen 13 ist so ausgeführt, daß die zwischen den Steuerschlitzen im Steuerzapfen 13 gelegenen Stege in einem Bereich liegen, in dem sich die Arbeitskolben 16 in ihren Totpunkten befinden. Der Rotor 14 wird über eine ebenfalls nicht dargestellte Kupplung von einer im Deckel gelagerten Treibwelle in Drehbewegung versetzt.

Wie Fig.l zeigt, weist die Radialkolbenmaschine 10 zur Erfassung der Exzentrizität 20 des als Verstellorgan dienenden Hubrings 18, eine Meßeinrichtung auf, die über einen Meßwertaufnehmer 27 im Hubring 18 und über mehrere Meßwertgeber verfügt. Dabei dienen als Meßwertgeber die Gleitschuhe 17 der Arbeitskolben 16. Das von ihnen im Meßwertaufnehmer ausgelöste Signal wird einer Auswerteelektronik 28 zugeleitet.

Die Wirkungsweise der verstellbaren Radialkolbenmaschine 10 wird im Folgenden erläutert, wobei deren grundsätzliche Funktion in Zusammenhang mit der hydraulischen VerStelleinrichtung als an sich bekannt vorausgesetzt wird. Bei der in Fig.l als linksdrehend dargestellten Radialkolbenmaschine 10 ist über die VerStelleinrichtung der Hubring 18 maximal nach links ausgestellt, wodurch sich eine Exzentrizität 20 zwischen Hubring 18 und Rotor 14 ergibt. Die eingangs erwähnte Fesselung der Gleitschuhe an den Hubring 18, in Verbindung mit dessen exzentrischer Lage zum Rotor 14, zwingt den über die Gleitschuhe 17 gelenkig verbundenen Arbeitskolben 16 im Rotor 14 bei dessen Drehbewegung eine Hubbewegung in radialer Richtung auf. Als Folge dieser Hubbewegung, in Verbindung mit den kinematischen Verhältnissen in der Radialkolbenmaschine 10, verändert sich der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gleitschuhen.

Diese Veränderung des Abstandes bezogen auf den vorhandenen Abstand bei Neutralposition der Maschine (Hubringexzentrizität = 0) ist proportional zur Exzentrizität 20 des Hubrings 18 und wird deshalb zur Erfassung dieser Exzentrizität 20 herangezogen.

In Richtung der Verstellorgane 22 und 23 des Hubrings 18 nimmt besagter Abstand einen Extremwert an, weshalb es für eine möglichst genaue Erfassung der Exzentrizität 20 von Vorteil ist, wenn der Meßwertaufnehmer 27, wie es Fig.l zeigt, dort angeordnet ist.

Prinzipbedingt gibt dieser solange eine Spannung als Signal ab, wie sich ein Gleitschuh 17 über ihm befindet. Erreicht z.B. die in Drehrichtung vordere Kante 17.1 des Gleitschuhs 17 den Meßwertaufnehmer 27, so führt dies im Signalverlauf 30 zu einem Spannungsanstieg 32 auf ein höheres Niveau 33, das solange erhalten bleibt bis die in Drehrichtung hintere Kante 17.2 des Gleitschuhs 17 am Meßwertaufnehmer 27 vorbei geglitten ist. Das Spannungssignal geht dann auf das ursprüngliche Niveau 34 zurück, wodurch im Signalverlauf 30 eine abfallende Flanke 35 entsteht. Bis die Vorderkante des nachfolgenden Gleitschuhs 17.3 den Meßwertaufnehmer 27 erreicht hat, verbleibt das Spannungssignal auf diesem niedereren Niveau 34, danach erfolgt erneut ein Spannungsanstieg 32 usw..

Der zeitliche Verzug 36 zwischen den, im Signalverlauf aufeinanderfolgenden, ansteigenden und abfallenden Spannungsflanken ist ein direktes Maß für den zwischen den zugehörigen Gleitschuhen vorhandenen Abstand, welcher, wie zuvor bereits erwähnt, proportional zur Exzentrizität des Hubrings 18 ist.

Wird z.B. der Hubring 18 aus seiner Position nach Fig.l in seine Neutralposition bewegt, so wird im Meßwertaufnehmer 27 ein Signalverlauf 31 (gestrichelte Linie) nach Fig.2 erzeugt. Die Abstandsverkleinerung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gleitschuhen 17 äußert sich in einem geringeren zeitlichen Abstand 38 zwischen abfallender und ansteigender Signalflanke.

Der Signalverlauf 30 oder 31 wird nun in der Form von einer Auswerteelektronik 28 weiterverarbeitet, daß eine abfallende Flanke 35 im Signalverlauf einen Zähler mit hochfrequenter Zählfolge startet. Gestoppt wird dieser Zähler durch eine ansteigenden Flanke 32, wobei die Zählfrequenz einmalig so abzustimmen ist, daß das Zählergebnis der vorliegenden Exzentrizität 20 entspricht. Die Exzentrizität 20 des Hubrings 18 läßt sich somit stetig über den gesamten Verstellbereich des Hubrings 18 ermitteln.

Zur Drehzahlerfassung des Rotors 14 wird von der Auswerteelektronik 28 die Zeit 42 zwischen zwei ansteigenden Spannungsflanken 32 erfaßt, die umgekehrt proportional zur Maschinendrehzahl ist. Über beide Meßgrößen, Drehzahl und Exzentrizität, läßt sich der Volumenstrom der Maschine erfassen. 89 - 7 - PCI7DE96/00313

Bei einer derartigen Meßeinrichtung hängt das mögliche Abtastintervall zwischen zwei Signalen sowohl von der Rotordrehzahl als auch von der Zahl der als Meßwertgeber benutzten Gleitschuhe 17 der Maschine ab. Bei einer üblichen Industriedrehzahl von 1500 1/min und bei sieben

Arbeitskolben mit Gleitschuhen läßt sich beispielsweise ein Abtastintervall von ca. 5,7 ms darstellen, was für die meisten Anwendungsfälle ausreichend ist.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten

Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So eignen sich für das berührungslose Wirkungsprinzip der Meßeinrichtung verschiedene Verfahren, wobei ein induktives, ein optoelektronisches oder ein magnetisches Wirkungsprinzip besonders vorteilhaft ist.

Claims

Ansprüche

1. Verstellbare, hydrostatische Radialkolbenmaschine (10) mit einem Gehäuse (11) , in dem auf einem Steuerzapfen (13) ein Rotor (14) drehbar gelagert ist, der mit einer Antriebswelle zusammenwirkt und der in radial angeordneten Bohrungen (15) Arbeitskolben (16) führt, deren aus den Bohrungen (15) ragende Enden mit am Arbeitskolben (16) gelenkig gelagerten Gleitschuhen (17) ausgestattet sind, welche sich an der Innenseite eines Hubrings (18) abstützen, der über eine Einrichtung relativ zum Rotor (14) exzentrisch verstellbar ist, die über mindestens einen Verstellkolben (22) verfügt, welcher auf den Außenumfang des Hubrings (18) entlang dessen Verstellrichtung einwirkt und mit Mitteln zur Erfassung der Exzentrizität des Hubrings, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Meßeinrichtung und eine damit zusammenwirkende Auswerteelektronik (28) aufweisen, welche die Exzentrizität (20) des Hubrings aus dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gleitschuhen (17) ableiten.

2. Radialkolbenmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen, im Hubring (18) angeordneten, Meßwertaufnehmer (27) aufweist, der insbesondere an die Innenseite des Hubrings (18) grenzt.

3. Radialkolbenmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung als Meßwertgeber mindestens zwei Gleitschuhe (17) , die in Drehrichtung hintereinander liegen, verwendet.

4. Radialkolbenmaschine (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1,2,3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer in einem Bereich des Hubrings (18) angeordnet ist in dem der Abstand zwischen zwei vorbeigleitenden Gleitschuhen (17) einen Extremwert annimmt, d.h. im wesentlichen gleichachsig zu der von den Verstellkolben (22 und 23) vorgegebenen Richtung angeordnet ist.

5. Radialkolbenmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung nach einem berührungslosen Wirkungsprinzip arbeitet.

6. Radialkolbenmaschine (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubring (18) im Gehäuse (11) gegen Verdrehung gesichert angeordnet ist, wozu Gleitflächen (24 und 25) an Hubring (18) und Gehäuse (11) ausgebildet sind, die insbesondere parallel zur Verstellrichtung verlaufen.