(57)【要約】本発明は、シャフトに結合されるロータと、ロータの回転の故に最小値から最大値の間で変化する容積を有する室と、ロータの回転中に第１のライン接続部と第２のライン接続部とに室を連続して接続するための切換え手段とを有する、ポンプまたはモータとしての油圧装置に関する。切換え手段による接続の切り換え中に、室の容積は変化し、圧力ピークまたはキャビテーションを回避するために、室の間に接続ラインがある。限定量の流体が一方向の接続ラインを通して流れた後に接続ラインを閉鎖する閉鎖手段が、接続ラインに設けられる。
2004514837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１８）と、第１のライン接続部（３１）と、第２のライン接続部（３１）と、機械的エネルギを供給するかまたは取り除くための回転可能なシャフト（１９）と、前記シャフトに結合されるロータ（２５）と、前記ロータの回転の故に最小値から最大値の間で変化する容積を有する室（２３）と、前記ロータが回転しているときに前記第１のライン接続部と第２のライン接続部とに室を連続して接続するための切換え手段（２８、３２）であって、前記室の容積が前記室の連続的な接続の間に変化する切換え手段（２８、３２）とを備える、機械的エネルギを油圧エネルギに、または油圧エネルギを機械的エネルギに変換するための油圧装置であって、限定量の流体が一方向の接続ラインを通して流れた後に、前記接続ラインを閉鎖するための閉鎖手段（３６）が設けられる接続ライン（２６、３４、３５）が室の間にあることを特徴とする油圧装置。
【請求項２】
前記室（２３）の容積が最小であるとき、最高の圧力を有する前記ライン接続部（３１）が前記室と連通することを特徴とする請求項１に記載の油圧装置。
【請求項３】
前記回転可能なシャフトが回転方向に駆動される、機械的エネルギを油圧エネルギに変換するための請求項１または２に記載の油圧装置であって、前記切換え手段の故に前記室と前記第１のライン接続部との開口接続が閉鎖されつつある前記ロータの回転位置と、前記第２のライン接続部との接続が完全に開口している最も近い回転位置との間の中央に位置する前記ロータの回転位置が、回転方向に見て、前記室内の容積が最小または最大にある回転位置の後に調整角度（δ）だけ位置することを特徴とする油圧装置。
【請求項４】
前記切換え手段が、回転可能なシャフト（１９）の回転によって調整されることを特徴とする請求項３に記載の油圧装置。
【請求項５】
前記回転可能なシャフトに結合される器具を駆動するために油圧エネルギを機械的エネルギに変換するための請求項１または２に記載の油圧装置であって、切換え手段の故に前記室と前記第１のライン接続部との開口接続が閉鎖されつつある前記ロータの回転位置と、前記第２のライン接続部との接続が完全に開口している最も近い回転位置との間の中央に位置する前記ロータの回転位置が、回転方向に見て、前記室内の容積が最小または最大になる前に調整角度（δ）だけ位置することを特徴とする油圧装置。
【請求項６】
前記切換え手段が前記ライン接続部の圧力によって調整されることを特徴とする請求項５に記載の油圧装置。
【請求項７】
前記ロータが完全に１回転すると室の容積がその最小からその最大に１回変わる、請求項３、４、５または６のいずれか一項に記載の油圧装置であって、前記調整角度（δ）が約１０°であることを特徴とする油圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の上位概念による装置に関する。この種類の装置は、とりわけ油圧ポンプまたはモータとして公知であり、ロータ内に形成される室内部で移動できる軸方向プランジャを有するように設計することが可能である。スイッチ手段は、室に接続されると共に２つの面プレートポートを有する面プレートに沿って移動するロータポートによって形成される。面プレートポートの間には、ロータの回転中にロータポートを閉鎖するリブがある。これらのリブは、上死点または下死点の僅かに前または後に配列され、この結果、室の容積は室が閉鎖される時間中に変化し、室内の圧力が変化し、リブの位置と寸法は、圧力の変化がロータポート内の圧力差に対応するように選択される。
【０００２】
この装置の不都合は、リブをはめ込むべき位置が２つの面プレートポートの間の圧力差に左右され、これらの圧力差が確定されないので、異なる圧力差が生じた場合に、正しい動作を保証する措置を講じなければならないことである。これらの処置は、一般に、漏れ溝を用意すること、あるいはリブを狭くすることによるロータポート間の短時間の短絡を含み、この結果、室は同時に両方のロータポートと連通する。このことによって供給が低減されると同時に、あらゆる状態にに対して優れた解決策をなお提供しない。
【０００３】
上述の不都合を回避するために、装置は請求項１に記載の特徴部分に従って設計される。これによって、室内の圧力変化がより漸進的となり、圧力パルスおよび／またはキャビテーションが回避される。
【０００４】
改良によれば、装置は請求項２に従って設計される。これによって、室内の圧力に基づく閉鎖手段の機能が可能になり、簡単な設計が得られる。
【０００５】
一実施形態によれば、装置は請求項３に従って設計される。これによって、閉鎖手段を有するポンプが簡単に得られる。
【０００６】
単純化した実施形態によれば、装置は請求項４に従って設計される。これによって、ポンプは両方の回転方向に簡単に適応する。
【０００７】
一実施形態によれば、装置は請求項５に従って設計される。これによって、閉鎖手段を有するモータが簡単に得られる。
【０００８】
単純化した実施形態によれば、装置は請求項６に従って設計される。これによって、モータは両方の負荷方向に簡単に適応する。
【０００９】
一実施形態によれば、装置は請求項７に従って設計される。これによって、大部分の状態に適切な設計が得られる。
【００１０】
図面に関連した例示的実施形態を参照して、本発明について以下に説明する。
【００１１】
図１は、ロータ室４Ａ、４Ｂおよび４Ｃを有するロータ２を概略的に示している。ロータ２はハウジング１内で回転する。ハウジング１には、第１の面プレートポート１３と第２の面プレートポート１５とを有する面プレート３がある。面プレートポート１３と１５はリブ１４によって分離される。第１の面プレートポート１３は、第１の圧力Ｐ１にあるラインに接続される。第２の面プレートポート１５は、第２の圧力Ｐ２にあるラインに接続される。ロータ室４の各々にはピストン５が設けられるので、室４の容積は、本図ではロッド１１およびガイド１２によって概略的に示されている変位機構によって最小値から最大値の間で変更できる。ロータ室４は、ロータポート６と面プレートポート１３または１５とを通して、オイル供給または放出用のラインと連通する。ロータ２は回転軸線を中心に回転し、その運動中、ロータポート６は面プレート３に沿って移動する。当初、各ロータポート６は第２の面プレートポート１５と開口連通する。次に、ロータ室４の圧力は第２の圧力Ｐ２と等しくなる。ロータポート６がリブ１４を通過した後、ロータポート６は第１の面プレートポート１３と開口連通し、ロータ室４の圧力は第１の圧力Ｐ１と等しくなる。リブ１４は、ロータポート６が短時間完全に閉鎖されるように寸法決めされるので、第１のロータポート１３と第２のロータポート１５との間の短絡は不可能である。
【００１２】
公知のロータ２では、オイルはロータポート６を介して供給または除去されるに過ぎない。ロータ２の移動中、このロータポート６がリブ１４によって完全または部分的に閉鎖され、ロータ室の容積がガイド１２およびロッド１１の影響を受けて減少する場合、ロータ室４のオイルは弾性的に圧縮され、その結果、ロータ室圧力ＰＸは上昇する。ロータ室圧力ＰＸは、図２に方向ｘのロータの変位の関数として示されている。線ｍは、開口部６がリブ１４によって閉鎖される結果として公知のロータ２内で上昇するロータ室圧力ＰＸを示している。示した圧力の上昇は望ましくないが、これは、このような急速な圧力の上昇が過度の騒音を引き起こすからである。
【００１３】
上に参照したロータ室４の圧力ピークを防止するために、本発明によれば、弁ピストン８がある弁室７がロータ室の間に配列される。弁ピストン８上方の空間は通路９を介して第１のロータ室、本図では例えば４Ｂと連通し、弁ピストン８下方の空間は第２のロータ室、本図では例えば４Ｃと連通する。
【００１４】
第１の圧力Ｐ１が第２の圧力Ｐ２よりも高い状態では、ロータ室４Ｃの圧力はロータ室４Ｂの圧力よりも高い。この差圧の結果、図１に示したように、ロータ室４Ｂと４Ｃの間の弁ピストン８は弁室７の上部に配置される。この位置では、この弁ピストン８は通路９を閉鎖するので、オイルがロータ室４Ｃからロータ室４Ｂに流れることは不可能である。
【００１５】
ロータ２が方向ｘに移動するとき、リブ１４は開口部６Ｂを閉鎖する。下方に方向付けられるピストン５の移動の故に、ロータポート６Ｂを通したオイルの流れがあり、この流れは妨害され多くの場合最終的に停止される。この結果、圧力ＰＸは上昇し、オイルは最初に通路１０を通して流出する。ロータ室４Ａと４Ｂの間の弁ピストン８は、ロータ室４Ａの圧力から抵抗を受けないかあるいは限定された抵抗のみを受け、弁ピストンの最上位置に移動する。この弁ピストン８がその限界位置に到達した後、通路１０を通したオイルの流れは停止し、ロータ室４Ｂの圧力は第１の圧力Ｐ１と等しくなるまで上昇する。次に、通路９を通したオイルの流れが始まり、ロータ室４Ｂと４Ｃの間の弁ピストン８はロータ室４Ｃへのオイルの流れを実施する。本発明による実施形態のロータ室圧力ＰＸは図２の線ｎによって示されている。圧力は、第２の圧力Ｐ２から、はるかに低い圧力ピークの第１の圧力Ｐ１に変化し、この結果、過度の騒音が大幅に低減されることが明らかである。図２の線ｎに見ることができるピークは、ロータの高い回転速度、この場合７２００ｒｐｍから生じる。したがって、弁ピストン８の加速およびオイルが役割を果たす。したがって、この圧力ピークは、オイルコラムの質量および加速される弁ピストン８の故に形成される。
【００１６】
ロータポート６の開閉中に通路９および１０を通して流れることができなければならない容積は、ロータポート６がリブ１４によって閉鎖される時間中のピストン５の変位に左右される。弁室７と弁ピストン８とを使用する上述の原理は、２つの面プレートポートの間のリブ１４によるロータポート６の閉鎖中に、ロータ室４の容積が減少するならば、ロータ室４内の圧力が、第１の面プレートポート１５内の低い圧力から、圧力ピークまたは漏れのない第２の面プレートポート１３内の高い圧力に変化することを可能にする。
【００１７】
逆に、ロータポート６の閉鎖中に、ロータ室４の容積が増加するならば、ロータ室４内の圧力は、高圧から圧力ピークのない低圧に変化することが可能である。油圧モータおよびポンプへのこの原理の応用について、以下に説明する。
【００１８】
上に行った説明は、連続する２つのロータ室４の間に、弁室７が常に配列されることを示してきた。当然、弁室７に接続されるロータ室４の間に１つまたは２つのロータ室４が常に位置するならば、動作は同様である。図３は、ポンプとしておよびモータとして使用できる油圧装置を示している。ロータ２５は、ハンドル１８内に回転可能に固定される。ロータ２５はロータ室２３を有し、その容積はプランジャ２０の変位によって最小値から最大値の間で変化できる。プランジャ２０は、軸受１７によってハウジング１８内に固定されるシャフト１９に結合される。カバー１６内にはオイルシール３７があり、これを通して、プランジャ２０から遠いシャフト１９の端部が突出する。シャフト１９のこの端部は、装置がモータとして使用されるならば油圧装置によって駆動される装置に、あるいは装置がポンプとして使用されるならば油圧装置を駆動する装置に結合することができる。シャフト１９の回転軸線は、ある角度でロータ２５の回転軸線に交差するので、プランジャ２０はロータ室２３で往復運動する。プランジャ２０から遠い側面において、ロータポート２７に終端する通路がロータ室２３に設けられる。
【００１９】
ロータポート２７は、円形通路に沿って面プレート３２を通過して移動し、２つの面プレートポート３３を介して、２つのライン接続部３１の一方に交互に接続される。２つの面プレートポート３３の間にリブ２８があり、ロータ２５が回転するときにロータポート２７を短時間閉鎖する。ライン接続部３１は、対応する面プレートポート３３と連通する通路が設けられる接続カバー３０に配列される。ハウジング１８の内部空間２１はカバー１６によって閉鎖され、漏れ接続部２２がハウジング１８に設けられる。面プレート３２には、面プレート３２を回転可能に配置するための面プレートシャフト２９が設けられる。図３の上部半分は、面プレート３２がオイル圧力によって回転される第１の実施形態を示している。このため、シリンダ４０付きボアが接続カバー３０に組み込まれる。シリンダ４０は、面プレートシャフト２９の関連の歯立ちと噛合する歯立ち４１に結合される。シリンダ４０は、ライン接続部３１内で支配するオイル圧力の影響を受けて移動でき、この結果、面プレート３２は回転シャフト２９を中心に回転する。適切であれば、面プレート３２の回転角の最大寸法を設定するための手段がある。
【００２０】
図３の底部半分は第２の実施形態を示している。本例では、面プレートシャフト２９は短い構造であり、接続カバー３０にカバー４２が設けられる。面プレートシャフト２９の機能は、面プレート３２を案内する機能に限定される。面プレート３２と接続カバー３０との間に、接続ポート３１に接続される室があり、この室内ではオイルは圧力下にある。これらの室は、面プレート３２と接続カバー３０との間のポンプ室２３のオイル圧力によって引き起こされる摩擦が、ロータ２５と面プレート３２との間の摩擦よりも低くなるように、寸法決めされる。この結果、面プレート３２はロータ２５と同一方向に回転する。面プレート３２の回転を制限するために、接続カバー３０のスロット４４内で移動できるピン４３が面プレートに設けられる。
【００２１】
図４と図５はロータ２５をより詳細に示している。ロータ２５の側面では、ボアは、ロータポート２７の近傍の２つのロータ室２３の間に常に配列される。閉鎖部片２４はこのボアに配列される。この閉鎖部片２４には、ボール３６が移動できる弁室３５、および弁室３５の基部をロータ室２３の一方と連通させるボア３４がある。弁室３５の開口端部は、通路２６によって他のロータ室２３に接続される。ロータ２５内でボール３６と共に閉鎖部片２４が装着された状態では、ボール３６が行程長ｓにわたって流れと共に移動して、弁室３５の２つの端部の一方において円錐状弁座に静止したとき、ボール３６によって２つのロータ室２３の間のオイルの流れが遮断される。このプロセスでは、限定量のオイルが一方のロータ室２３から他方のロータ室２３に流れており、この容量はボール３６の表面積と行程長ｓとの積にほぼ等しい。したがって、行程長ｓは、ボール３６が弁座の間を移動できる最大距離である。ボール３６の直径は行程長ｓの半分よりも大きいので、ボール３６は、ほとんど抵抗なく液体によって共に運ばれる。適切であれば、ボール３６の直径は行程長ｓよりも大きくてもよい。ボール３６の材料は可能な限り軽量であり、ボールは、例えばセラミック材料から製造される。ボール３６と弁室３５との間にはある程度のクリアランスがあるので、限定量のオイルがボール３６を通過して流れることができる。このことは、ロータ室２３内のより漸進的な圧力変化を可能にし、ロータの通気を可能にし、オイルの局所的加熱を防止する。適切であれば、このために、弁室３５の壁部の長手方向に溝が配列される。ロータポート２７がリブ２８によって閉鎖されるときにロータ室２３内の圧力の上昇を制限するため、通路２６およびボア３４は、ロータポート２７の表面積の少なくとも３０％である表面積を有し、この結果、流れに対する抵抗はほとんどない。
【００２２】
円錐状弁座に着座するボール３６について例示した実施形態の代わりとして、他の実施形態、例えば、弁室３５内でシール状態で移動でき、通路が弁室３５の側面に接続されるピストンも可能である。限界位置において、このピストンは閉鎖されたオイル量に対し停止するので、ピストンとロータとの間の衝撃が回避され、したがって摩耗を低減する。
【００２３】
図６および図７は、ロータ２５の方向から見た、図３に示した装置の面プレート３２の平面図である。この図面は、図３の底部半分に示したような装置の実施形態に対応している。装置はポンプとして使用され、シャフト１９が駆動される。図６は、ロータが回転Ｒの反時計回り方向に駆動される状態を示している。ロータ２５と面プレート３２との間の摩擦の結果、面プレート３２は、溝４４内のピン４３の限界位置に到達するまで反時計回りに同様に回転される。本図では、ＴＤＣ（上死点）は、室２３の容積が最小にある位置を示している。ロータポート３３は、高圧力接続部Ｐと低圧力接続部Ｔとに接続される。リブ２８はロータポート３３の間に示されている。リブ２８を通過するとき、すなわち、図６で、低圧接続部Ｔに接続されたロータポート３３から高圧部Ｐに接続されたロータポート３３までの移行部において、室の容積が小さくなるならば、ロータ室２３内の圧力は増加する。溝４４の長さによって決定される面プレート３２の調整角度δは、ロータ室２３内の液体の圧縮が圧力の上昇をもたらすように選択され、この圧力の上昇は、高圧接続部Ｐと低圧接続部Ｔとの間の最大圧力差に少なくとも等しい。したがって、ロータ室２３がリブ２８を通過するにつれ高圧部Ｐと連通するとき、追加の圧力変化はないので、圧力ピークが避けられる。
【００２４】
ＰとＴとの間の圧力差が最大の差よりも小さいならば、ロータ室２３内の圧力は圧力Ｐよりも大きくなることはできないが、この理由は、ボール３６がそのとき弁室３５に移動し、ロータ室２３内のオイルはさらに圧縮されず、むしろ、すでに高圧接続部Ｐと開口連通しているロータ室２３に変位されるからである。リブ２８を通過する間にロータ室２３内の容積が大きくなる状態は、同様である。本例では、部分的な負圧が避けられ、キャビテーションはない。適切であれば、室２３内の同一の圧力増加のために、室２３の大きなまたは小さな容積を前提として、多少の圧縮が行われなければならないので、リブ２８は異なる長さを有する。
【００２５】
図７は、ロータ２５の回転方向が時計回り方向である点を除いて、図６に示した状態に対応する状態を示している。したがって、面プレート３２は、ＴＤＣを通過する線との調整角度δをリブ２８の中心が形成する限界位置に同様に回転されている。調整角度δは約１０°〜１５°である。
【００２６】
図８および図９は、ロータ２５の方向で見た、図３に示した装置の面プレート３２の平面図である。この図面は、図３の上部半分に示したような装置の実施形態に対応する。本実施形態では、図３に示した装置はモータとして使用され、ライン接続部３１の圧力ＰＡとＰＢはモータによって与えられるトルクの方向を決定する。図８では、圧力ＰＡはＰＢよりも高く、一方、図９Ｂでは圧力ＰＢはＰＡよりも高い。ロータ２５の回転方向Ｒは被駆動機械によって決定され、示したモータは４つの四分円内で機能することができ、すなわち、回転方向とトルク方向とのすべての４つの組合せが可能である。
【００２７】
この組合せの実施を可能にするために、面プレートの回転位置はシリンダ４０と歯立ち４１とによって調整され、シリンダは圧力ＰＡとＰＢによって制御される。面プレート３２の回転位置は、ロータ室の容積が最小であるときに、最高圧力にある面プレートポート３３がロータ室２３と常に連通するように常に調整される。調整角度δは、ＰＡとＰＢとの間の最大の圧力差によって決定され、１０°〜１５°であることが好ましい。
【００２８】
例示されているロータ２５の例示的実施形態では、連続するロータ室２３は常に互いに接続される。当然、回転方向に見られるように１つまたは２つのロータ室２３が離れて位置するロータ室２３を互いに接続することも可能である。例示的実施形態は、軸方向プランジャ２０を有するロータ２５を示している。当業者は、ウィングポンプ、ラジアルプランジャポンプ、ロータポンプとローラポンプ、および対応するモータのような他の多数の設計を熟知しており、室の容積は回転の結果変化する。ロータの回転の結果として容積が変化する室を異なるライン接続部に交互に接続するための多数の装置もまた、公知である。本発明は、圧力ピークおよびキャビテーションを回避するためのこれらの様々な適用例に十分に等しく適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作の概略図である。
【図２】図１に示したロータ室の圧力プロフィルの概略図である。
【図３】本発明による油圧装置の概略断面図である。
【図４】図３に示した油圧装置のロータの正面図である。
【図５】図３に示したロータの斜視図である。
【図６】両方の回転方向で動作するポンプとして設計された、図３に示した油圧装置の面プレートの平面図である。
【図７】両方の回転方向で動作するポンプとして設計された、図３に示した油圧装置の面プレートの平面図である。
【図８】両方の負荷方向で動作するモータとして設計された、図３に示した油圧装置の面プレートの平面図である。
【図９】両方の負荷方向で動作するモータとして設計された、図３に示した油圧装置の面プレートの平面図である。
【国際公開パンフレット】
2004514837.tif 000003
2004514837.tif 000004
2004514837.tif 000005
2004514837.tif 000006
2004514837.tif 000007
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2004514837.tif 000011
2004514837.tif 000012
2004514837.tif 000013
2004514837.tif 000014
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2004514837.tif 000017
2004514837.tif 000018
2004514837.tif 000019
【国際調査報告】
2004514837.tif 000020
2004514837.tif 000021
2004514837.tif 000022