(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第３圧力（PL）を有する第３流体の流れ（QL）を供給又は排出することによって、第１圧力（PH）を有する第１流体の流れ（QH）から油圧力を、第２圧力（PN）を有する第２流体の流れ（QN）の油圧力へ変換する油圧変換装置であって、前記流体の流れをこの油圧変換装置に接続させるために、少なくとも３個の管接続部（16；51，52，53）を有するハウジング（３，11）と、ハウジング内の回転軸のまわりで自由に回転するロータ（26）と、回転軸のまわりに配置され、容積手段（27）を備える室（24）と、その容積手段（27）はロータの回転中、室に対して容積手段を移動させる駆動手段（28，29）に連結され、それによって、室の容積は最小値と最大値との間で変化することと、前記容積手段は、室内の圧力次第でロータに力をかけ、前記力は駆動手段に対する室の回転位置次第でロータに駆動トルクを生じさせることと、ロータの回転によって作動され、各室を管接続部の１つと交互に接続させる弁（20，21；57）に備えられるチャンネル（19，22）とで成り、前記弁（20；57）の開放位置に対して駆動手段（29）の回転位置を調整するため調整手段（７，９，10；54）を備え、
前記駆動手段（29）の回転位置は、前記ハウジング（３）に対して固定され、前記弁（20；57）の開放位置は前記調整手段（７，９，10；54）によって前記ハウジングに対して調整可能であることを特徴とする、
油圧変換装置。
【請求項２】
面プレート（20；57）を貫通する少なくとも３つのチャンネル（19；55）の１つを介して室（24）は管接続部（16；51，52，53）の１つと接続し、ハウジング（３）内の面プレート（20；57）の回転位置は調整自在であることを特徴とする、請求の範囲１記載の油圧変換装置。
【請求項３】
ハウジング（３）内の面プレート（20；57）は調整手段（７，９，10）の力で回転自在であることを特徴とする、請求の範囲２記載の油圧変換装置。
【請求項４】
調整手段（７，９，10）はコントロール装置によって導かれ、かつ、油圧モータに接続されており、前記コントロール装置は油圧モータと油圧変換装置との間で管接続部（16，30，31，33；51，52，53）に位置づけられた圧力センサーに接続されることを特徴とする、請求の範囲１〜３のいずれか１つに記載の油圧変換装置。
【請求項５】
面プレート（20；57）は３個のチャンネル（19；55）を有し、それらのチャンネル間に、リブ（32；34；58）を備えており、そのリブはロータ（26）の回転中、室（24）へ通じるチャンネル（22）をシールするようになっており、前記リブ（32；34；58）はロータの精々２°回転により室（24）が完全にシールされるような寸法に作られていることを特徴とする、請求の範囲２〜４のいずれか１つに記載の油圧変換装置。
【請求項６】
リブ（32；34；58）はロータの約１°回転により室（24）が完全にシールされるような寸法を作られていることを特徴とする、請求の範囲５記載の油圧変換装置。
【請求項７】
油圧変換装置は油圧モータに組立られることを特徴とする、請求の範囲１〜６のいずれか１つに記載の油圧変換装置。
【請求項８】
油圧モータはリニアシリンダで構成することを特徴とする、請求の範囲７記載の油圧変換装置。
【請求項９】
基本的に一定した一次圧（P1）を有する流体の流れを生じさせる油圧ポンプ（60）と、前記一次圧（P1）の流体の流れを二次圧(P2）の流体の流れに変換する請求の範囲１〜８のいずれか１つに記載の油圧変換装置（61）とで成り、調整手段（７，９，10；54）は二次圧（P2）のユーザへの流れを制御するコントロール手段を備えていることを特徴とする油圧システム。
【請求項１０】
その出口でオイルの流れを生じさせる油圧ポンプ（70）と、その油圧ポンプに接続する少なくとも１つのユーザ（71）と、使用済オイルをユーザから受入れるタンク（73）とで成り、油圧変換装置（72）は油圧ポンプ（70）の入口と、タンク（73）と、油圧ポンプ（70）の出口に接続され、そして、油圧ポンプの入口のオイル圧（P4）をタンクの圧力より高い圧にするように調整することを特徴とする、請求の範囲１記載の油圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は請求の範囲１の前提部分に記載された油圧変換装置に関する。
そのような油圧変換装置はレイノルズのUS-A-4,077,746から周知である。その中で、油圧変換装置は、その油圧変換装置へ供給される油圧流体の圧力より高い圧力の油圧流体を油圧アキュムレータにかけるために使用される。この従来の油圧変換装置において、ロータの回転速度は流量制限オリフィスにより制限される。
この流量制限オリフィスにより、第１ポートの圧力が低下して、第１ポートと第２ポートの圧力差がその第１ポートの長さと第２ポートの長さに反比関係となる。そのオリフィスのところでこのように圧力が低下するとエネルギー損となり、効率も低下する。しかしながら、その従来の装置では、変化する圧力差に対応する唯一の方法がそのような流量制限であることは明らかである。そこで本発明の目的は、第１圧の流体の流れを何ら動力の損失なしに、第２圧の流体の流れに変換させ、それによって、第１圧及び／又は第２圧が個々に独立して変化するようにした油圧変換装置を製造することである。
本発明によれば、弁の開放位置に対して駆動手段の回転位置を調整するために調整手段を備えている。
弁の開放位置に対して駆動手段の位置を調整することによって、第１圧及び／又は第２圧は、動力を損失することなしにそれぞれ独立して変化する。
US-A-5,035,170には、油圧装置が示され、それは、その油圧装置のシリンダと共働する２個のスロットを有するポートプレートを電気的に回転させることによって容積能力を変化させるものである。このポートプレートを回転させるねらいは、油圧装置の容積を変化させることであり、そのねらいは本発明の装置で解決される問題とは異なるものである。
本発明のもうひとつの改良によれば、駆動装置の回転位置はハウジングに対して調整可能であり、弁の開放位置は調整手段によりハウジングに対して固定される。この実施例は構造を簡単にし、すばやく反応して圧力比を調整することができる。このことは一部では、その調整には比較的小さな力しか必要としないという事実による。なぜなら、弁における力はその弁の役割を果たすだけでよいからであり、これらの力は、例えば駆動手段に伴う力よりずっと小さいのである。このことは、反応速度を非常に上げることになり、これは多くの用途にとって非常に重要なことである。
本発明の実施例によれば、室は面プレートを貫通する少なくとも３本のチャンネルのうちの１本のチャンネルを通って管接続部の１つに接続し、ハウジング内の面プレートの回転位置は、調整自在である。各チャンネルが管接続部の１つに容易かつ迅速に接続されるようなチャンネルを有する調整自在な面プレートを使用することによって、調整自在な弁が備えられる。
更なる改良によれば、ハウジング内の面プレートは調整手段により回転可能であり、それによって、わずかな力ですばやい調整が可能となる。
本発明の油圧変換装置のもうひとつの改良によれば、調整手段はコントロール装置により導かれ、かつ油圧モータに接続されており、そのコントロール装置は、油圧モータと油圧変換装置との間の管接続部に配置された圧力センサーに接続される。
この方法で、コントロール装置はモータの負荷に調和するように油圧変換装置の設定を直ちに調整することができ、それによって、圧力比の変化によりロータが速く回転しすぎたり、停止したりするのを防止する。ロータの加速や停止はいずれも、好ましくない操作状態を生じさせる結果となる。
さらに、本発明は、油圧変換装置の改良に関し、面プレートは３本のチャンネルを有し、それらの間にリブが備えられ、このリブは、ロータの回転中、室へ通じるチャンネルをシールすることができる。この完全なシールは、異なる管接続部間で短絡回路の発生を防ぐために必要である。普通、そのロータは漏れ損を制限するために、完全なシールを生じさせる特別の回転角を備えている。シール後、すぐに、室は次のチャンネルと接触することになり、その室の圧力は、前記チャンネルがそれとは全く異なる圧力レベルを有するために、突然変化する。
本発明の油圧変換装置の前述の欠点を回避するために、リブの寸法は、ロータの精々２°の回転により室が完全にシールされるような大きさに作られる。そのようなリブの寸法は、約１°の回転で開口をシールするような大きさにするのが好ましい。
そのために、短時間のうちに室はシールされ、ロータの回転によって、室の容積が変化する。その容積の変化というのは常に、丁度シールされたばかりの圧力接続部の圧力と同圧であった室の圧力が、回転によって生じる容積手段の影響で増減し、それが開放される圧力接続部の圧力に匹敵するように行われる。本発明によるリブの幅を適切に選択することにより、前記室の圧力が、開放される圧力接続部の圧力とほぼ同じとなり、そうすることによって、ノイズを大きく低下させることができる。
更なる改良によれば、本発明の油圧変換装置は、油圧モータに組立られ、好ましくは、ライナーシリンダに組立られる。そうすることによって、その油圧変換装置とモータとの間の管を短くすることができ、その結果、油柱のはね返りを小さく抑えることができ、そのはね返りから生じる油圧的過渡現象を大部分防ぐことができる。そのような油圧的過渡現象は管接続部にある種々異なる油圧の影響でロータの静かな運転に逆作用するので、本件の結合組立体では、ロータは全ての負荷状態において、より静かに運転する。
本発明はまた、基本的に一定の一次圧を有する流体の流れを発生させる油圧ポンプと、前記一次圧の流体の流れを二次圧の流体の流れに変換させる油圧変換装置とで成る油圧システムにも実施される。
そのようなシステムは、US-A-3,188,963に示されており、ポンプとシリンダとの間に増圧機が示されている。この従来のシステムにおいて、シリンダへの圧力は増圧機の入口部にしぼり弁を使用することによって一定レベルに保持される。しかし、この絞りは増圧機の効率を低下させる。この欠点を解決するために、本発明のシステムでは、油圧変換装置は、その設定を変化させるために制御手段を備えており、それによって、二次圧のユーザに対してその流れをコントロールする。
その油圧変換装置の設定を変えることによって、一次圧及び二次圧に損失なく適応が可能である。
本発明はまた、その出口でオイルの流れを生じさせる油圧ポンプと、油圧ポンプに接続した少なくとも１つのユーザと、前記ユーザから使用済オイルを受け入れるタンクとで成る油圧システムに関する。
例えば、高速ポンプで成る多くの油圧システムにおいて、ポンプやモータやその他の構成部材にキャビテーションが生じるのを防ぐために、例えばポンプの入口に、例えば５バールほどの低圧を生じさせることになる。タンクの圧力は通常、大気圧である。なぜなら、流体を集めたタンクを開放して作業を進めるからである。そのようなシステムにおける問題は、ロスを最少に抑えながら、オイルの流れをタンク内の圧力からポンプの入口部の圧力へもたらさなければならないことである。なぜなら、このオイルの流れは、全てのオイルの流れに関係しているからである。従来のシステムはこのために別のポンプを使用しており、これらポンプの制御はロスを制限するために複雑なものとなる。
そこで本発明の目的は、油圧システムの効率を簡単な方法で改善することである。この目的で、油圧変換装置は、油圧ポンプの入口と、タンクと、油圧ポンプの出口に接続し、その油圧ポンプの入口の油圧をタンクの圧力より高くするように調整される。油圧変換装置が、ポンプによって引き込まれる流体に直ちに反応し、ロータが、圧力低下により、圧力比の変化の結果として、直ちに完全な回転を行うという事実により、更なるコントロールを必要とせず、かくして、比較的安価で、ロスのないオイルの供給が実現する。
本発明は図面に関連していくつかの実施例を記載した下文の明細書から明らかとなる。
図１は本発明の油圧変換装置の第１実施例の概略横断面図を示す。
図２は図１の油圧変換装置のII−II線でとった断面図を示す。
図３は図２の弁のもうひとつの実施例を示す。
図４は高圧と有効圧が大体同圧である場合の図１の油圧変換装置の室の容積を概略的に示す。
図５は高圧が有効圧より高い場合の図１の油圧変換装置の室の容積を概略的に示す。
図６は、有効圧と低圧が大体同圧である場合の、図１の油圧変換装置の室の容積を概略的に示す。
図７、８、９は、それぞれ図４、５、６に示す状況で室が種々の圧縮空気接続部とどのように接続するかを概略的に示す。
図10は図２の面プレートの開口間のリブの寸法を概略的に示す。
図11は本発明の油圧変換装置の第２実施例の斜視図を示す。
図12は図11の油圧変換装置の面プレートの斜視図を示す。
図13は圧力を低下させる場合の油圧変換装置をもつ油圧システムのフロー線図を示す。
図14は、圧力を上昇させる場合の油圧変換装置をもつ油圧システムのフロー線図を示す。
全図中、同一部品は対応する同一符号で示す。
図１は油圧変換装置の第１実施例を示す。軸４は軸受２と軸受12とにより支持される。軸受２は蓋体１によってハウジング３内に固定され、軸受12は蓋体13によってハウジング11内に固定される。ハウジング３とハウジング11は従来の方法で組立られる。軸４はロータ26と回転シール板21とを軸４の方向へ摺動自在に連結させるスプライン５を備えている。
ロータ26は９個のシリンダ穴25を備え、回転シール板21とロータ26との間にシールプラグ23をシール状に備える。各シリンダ穴25はピストン27を備え、このピストンは、傾斜板29によって支持されるピストンシュー28を有する。ピストン27はシリンダ穴25と共に、容積が変化するポンプ室24を形成し、このポンプ室24はチャンネル22によって面プレート20の開口19に接続される。面プレート20は３個の開口19を備え、各開口はハウジング11内に固定された固定シール板18の開口に接続し、前記固定シール板18はその固定シール板18に形成された３個の開口の各々が圧力接続部16のために位置づけられることを確実にするためにキー栓17を有する。
面プレート20は軸受６によって軸４に回転自在に装着される。面プレート20の周囲には、ピニオン軸７の歯とかみ合う歯を備わっている。ピニオン軸７は軸受８に軸支され、レバー10によって回転され、そのレバー10は調整機構９によって動かされる。図２からわかるように、開口19はリブ32によって互いから離されており、第１開口19は、高圧チャンネル30に接続され、第２開口19は有効圧チャンネル31に接続され、第３開口19は低圧チャンネル33に接続される。
さらに、この装置は、例えばポンプのような通常の油圧構成要素から周知の手段と構成の全ての詳細を有する。これは例えば、グリージングや漏れ油の排出に必要な手段を含む。ロータ21とハウジングとの間で面プレート20の所のシールもまた、通常の方法で行う。
チャンネル30、31、33の流量比をできるだけ低く保持するために、開口19の面積は、圧縮空気接続部16側の方が、ポンプ室24側より大きい。これは図２の符号35で示す方法で、圧力接続部16の側でリブ32を狭くすることによって行われ、さらに、それらの開口は選択的に広げることもできる。
図３は、面プレート20のもうひとつの実施例を示す。この場合、面プレート20を回転させる代わりに、可動リブ34を使用する。
図１に示す実施例において、軸４はロータの回転方向と速度を測定するセンサー（図示せず）に通常の方法で接続される。そのデータはコントロール装置（図示せず）で処理され、面プレート20の位置をコントロールする。この油圧変換装置のコントロールは次のように機能する。即ち、ロータ26へ供給されるエネルギー、即ち圧力と容積流との積が、ロータ26から除去されるエネルギー、即ち、別の異なる圧力と容積流との積に等しくなるように機能する。その容積流の差は、第３の通常低圧レベルを介して供給され、或いは除去される。この目的のために、ロータにかかる力は平衡でなければならず、同様に、流体の流れの質量バランスも適切でなければならず、その両方とも面プレートの調整にかかっている。
図４〜９は、面プレート20と開口19との相対的な調整を行った状態でのこの油圧変換装置の種々の使用状況を示す。図４と図７において、有効圧PNと高圧PHはほぼ同圧であり、図５と図８において、有効圧PNは高圧PHより低く、図６と図９において、有効圧PNは低圧PLとほぼ同じである。種々のポンプ室24はＡ−Ｉで示され、線29'はポンプ室24の容積に対する傾斜板29の影響を示し、Ｓは最大ストロークを示す。移動方向ωは、オイルがPN側に供給される時、傾斜板29に沿ったポンプ室24の動きを示す。それによって、同一圧力接続部の場合、ポンプ室24の容積がどのように増減するかがわかる。これは面プレート20を調整することによって調整される。このことは例えば、図５の高圧接続部PHに示されており、移動方向ωの時、ポンプ室24の容積は、Ｉから最小値Ａまで減少し、その後、増大する。
図10において、面プレート20は開口19間にリブを備えて示される。図示のように、そのリブは室の開口22の直径より大きいので、合計で角度αの２倍だけ、わずかな回転を行う間に、ポンプ室はシールされる。この角度αは油圧的過渡現象とキャビテーションを防ぐために0.5°が好ましい。用途によっては、この角度αは約１°まで増大させることもできる。
前述の油圧変換装置の第１実施例において、ピストンはシリンダ内を移動自在であって、回転軸に平行方向へ移動する。本発明はまた、その他の形のピストン及びシリンダにも適用することができる。例えば、ピストンの移動方向が回転軸と或る角度を形成するか、或いは回転軸に直角をなすような場合である。また、ピストンとシリンダを互いに偏心的に移動させることもできる。
前述の油圧変換装置の第１実施例において、ピストンはシリンダ内を移動自在であって、回転軸に平行方向へ移動する。本発明はまた、その他の形のピストン及びシリンダにも適用することができる。例えば、ピストンの移動方向が回転軸と或る角度を形成するか、或いは回転軸に直角をなすような場合である。また、ピストンとシリンダを互いに偏心的に移動させることもできる。
この実施例に示す面プレートは、３個の開口を有し、そこには、３個の圧力接続部がある。用途によっては、４個以上の圧力接続部を使用することもでき、それに応じて、開口も、数が増えることになる。
面プレートに３個の開口を備える代わりに、３の倍数の、例えば６個の開口にすることもできる。面プレートの代わりに、例えば、ロータの回転によってコントロールされる電気操作バルブによって、ポンプ室へのチャンネルをシールする他の手段を備えることもできる。
それぞれの実施例において、ピストンは傾斜板によってポンプ室へ挿入、挿出される。油圧ポンプに存在する種々の実施例と平行して油圧変換装置にもいくつかの実施例があって、その実施例では、ピストンはカムディスクによって、或いはハウジングとロータとの間の強制的動きによって動かされる。
ピストンとシリンダが使用される装置とは別に、本発明はまた、ポンプ室の容積が他の手段によって変えられる場合にも適用することができる。この点に関して、羽根ポンプに使用される室に似たポンプ室を備えた油圧変換装置を考えることもできる。
図11は油圧変換装置50を示す。この装置において、ロータの回転時、ポンプ室の容積が変化するように、ピストンと、ポンプ室を有するロータとは異なる軸のまわりを回転する。ハウジングに対する面プレートの回転位置は、軸54の力をかりて調整され、それによって、その油圧変換装置の圧力バランスを調整する。この油圧変換装置は、高圧接続部51を備え、そこで、流体の流れQHは圧力PHのもとで油圧変換装置へ流入する。流体の流れQNは、有効圧接続部52でPNの圧力のもとで油圧変換装置から流れる。その両方の流れのエネルギー量は、同じであるので、PH＞PNのとき、QH＜QNとなる。その２つの流体の流れ間の差流は圧力PLで流体の流れQLで低圧接続部53へ供給されるのでQL＝QN−QHとなる。その圧力比は軸54の回転によって調整される。この軸は制御システムによって動かされる。PHとPNとPLとの間の圧力比が一定となるように、一定の設定を保持することもまた可能である。
図12は、図11の油圧変換装置50に使用される種類の面プレート57を示す。この面プレート57は、シール辺縁56を有するリブ58によって分離される３個の開口55を備えている。面プレート57は軸54によってその中心軸のまわりで回転される。
図13は油圧変換装置61の適用を示す。ポンプ60によって、オイルは圧力P1まで上昇される。その圧力P1は例えば、400バールである。この圧力は特に、弁66によって、及び／又はモータにおいて行われるストローク容積を調整することによって操作される油圧モータ62に適する。そのオイル圧の変動はアキュムレータ64によって吸収される。リニアドライブ63は最高圧P2に適しており、その最高圧P2は、例えば、180バールである。このリニアドライブ63は弁66によって操作され、圧力P2の圧力変動を吸収するために、アキュムレータ65を備えている。圧力P1をP2へ低下させるために、油圧変換装置61が使用され、この圧力変換装置は一定の設定を有し、リニアシリンダによる流体の流れに更なるコントロールなしで反応する。シリンダ速度を或る制限範囲内にとどめなければならない場合、この圧力変換装置61はコントロール装置を備えることができる。
図14は油圧変換装置72のもうひとつの適用例を示す。高速ポンプ70は吸込み圧P4と出力圧P3を有する。吸込み圧P4は常時、或る値より、例えば５バールだけ高くなければならない。さもなくば、ポンプ70にキャビテーションが生じてしまう。吸込み圧P4は油圧変換装置72によって与えられ、この油圧変換装置72は、圧力P3が、タンク73から供給されるオイルにより前記吸込み圧P4へ変換されるのを確実にする。圧力の変動を抑えるために、ポンプ70と油圧変換装置72との間に、小型アキュムレータ75を配置する。複数のユーザー71は、ポンプの圧力側に位置し、その油圧変換装置72もまた、ポンプがコントロール可能な分配を行う場合、変化する容積流に反応する。ポンプ70と油圧変換装置72との間に、アキュムレータ74が位置づけられる。
もうひとつの適用例は、一定の高圧のもとでエネルギーが供給され、可変圧のもとで使用されるような油圧シリンダによって可変負荷を上昇させることである。センサーによって、この圧力とロータ26の回転方向を測定することによって、面プレート20の設定は、所望の動きに関して計算される。移動方向を逆転した後、負荷の影響で釈放されたエネルギーを油圧シリンダの圧力より高い圧力へ再び変換することができ、前記エネルギーを回収して再使用することもできる。
ここに示した実施例において、油圧変換装置は常時、別個のユニットとして提示してきた。出費を節約し、調整性能と不安定さを改善することをねらって、この油圧変換装置を油圧モータに組合わせることができる。これは負荷の変動に対応する能力を改善し、同時に、別の油圧モータを、一定の高圧を有する流体網に直線的又は回転的に接続させる。
【図１】
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【図２】
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【図１１】
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【図１２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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