用于流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓和流体静压径向活塞机器的制作方法

本发明涉及用于流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓并且涉及流体静压径向活塞机器。

背景技术：

流体静压径向活塞机器（"机器"）通常包括经由辊抵靠凸轮推出的多个活塞，所述凸轮在凸轮的周边上具有多个凸角。此外，已知机器能够以不同位移模式操作（例如双速操作）；一种示例是径向活塞马达rexrothmcr-h。双速操作能够通过关闭仅至一些活塞或者凸角的压力供应来实现。后者通过随着其通过预定凸角的角度范围而顺序中断至每个活塞的压力来实现。

这两种操作模式能够由"自然比（naturalratio）"来限定，该自然比是在全部位移和减小位移之间的比。例如如果机器具有六个凸角并且这些凸角中的三个能够在减小位移模式中被关闭，则减小位移自然地是全部位移的50%。如果在减小位移模式中关闭两个凸角，则减小位移自然地是全部位移的67%。原则上，即在没有其它的限制设计约束的情况下，自然比的选择由在减小位移模式中保持打开的凸角的数目与凸角总数目之间的相应比例确定。

能够期望的是针对每度旋转提供恒定机器位移，并且这能够限制能够被关闭的凸角数目。具体地，根据活塞数目和凸角数目来限制比的选择。例如：如果数目具有公因数二（例如六个凸角和八个活塞），则自然比是50%。如果公因数是三，则可用自然比是33%和67%。因此，可用自然比此外还由所述公因数确定。由于这种约束的原因，有限数目的自然比是可用的，其不一定包括具体应用所需的比。

技术实现要素：

本发明的目标是允许在减小位移模式和全部位移模式之间的比（"实际机器比"）存在更大选择并且针对给定比最大化机器位移。进一步目标是优化寿命，具体地在预定旋转方向上。该目标由权利要求1和7的主题来实现。有利的进一步扩展是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓包括：设置在周向方向上的凸角，每个凸角包括上升类型的凸角部分和下降类型的凸角部分，其中随着凸轮轮廓在周向方向上延伸，其径向尺寸主要在每个上升类型部分上增加，并且主要在每个下降类型部分上减小；同样类型的至少两个凸角部分的形状是不同的。因此当机器以减小位移模式操作并且某些凸角被关闭时，被关闭的凸角能够具有与常打开凸角不同的形状，从而使得性能特征（例如在全部位移和减小位移模式之间的比）具有更多选择。同样地，每个部分的形状现在能够被调整成适合相应凸角部分上的各种表面磨损情形，具体地在任意优选旋转方向的方面。能够改善机器寿命。

优选地，同样类型的至少两个凸角部分的凸角深度可以是不同的。因为凸角深度影响位移，所以可以实现实际机器比的更多选择。因此，通过使得被关闭的凸角具有与保持打开的凸角不同的深度，实际机器比能够不同于自然比。

优选地，至少两个凸角的角度范围可以是不同的。因为凸角上的接触应力部分取决于凸角的角度范围，所以能够根据操作需求调整在常打开凸角和减小位移模式中被关闭的凸角之间的磨损性能的平衡，并且能够优化机器寿命。

进一步优选地，同样类型的至少两个凸角部分的角度范围可以是不同的。能够独立地且根据操作需求来调整在旋转方向之间的磨损性能的平衡且也调整实际机器比。

优选地凸轮轮廓可以包括至少一个第一凸角和至少一个第二凸角，其中每个第二凸角具有较大角度范围并且具有比每个第一凸角更大的凸角深度。因此深凸角的曲率保持较低，在凸角上的接触应力保持较低，并且改善了机器寿命。

优选地凸角可以关于其角度范围设置成对称方式，例如旋转对称，进一步优选地是交替的。旋转不平衡和振动保持较低；简化了构造。

根据优选实施例，凸轮轮廓可以额外地包括扇形，其中凸角通过全部凸角被划分到所述扇形中，其中在至少一个扇形内的凸角具有比在至少另一扇形内的凸角更大的角度范围。以此方式，能够提供至少一个减小位移模式，其中扇形中的一个的凸角被关闭。现在角度范围能够被构造成针对每度旋转维持恒定马达位移，从而提供操作平稳性（例如减小的脉动（ripple）转矩和/或振动）；可以在不需要减小凸角深度的情况下获得除自然比之外的实际机器比；关闭的凸角的选择更大，并且能够增强机器位移。进一步优选地，具有第一凸角且不具有第二凸角的扇形和具有第二凸角且不具有第一凸角的另一扇形可以在其端部处直接连结，其中第二凸角具有比第一凸角更大的角度范围，且优选地也具有比第一凸角更大的凸角深度。使用简化构造实现上述优点。

优选地，不同类型的至少两个凸角部分的角度范围可以是不同的。因此，能够针对一种或两种操作模式，增强一个方向上的磨损性能。例如，可以提供更长寿命的机器，其具有使得低速与相反旋转相结合的模式。

根据本发明的用于流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓包括：设置在周向方向上的凸角，每个凸角包括上升类型的凸角部分和下降类型的凸角部分，其中随着凸轮轮廓在周向方向上延伸，其径向尺寸主要在每个上升类型部分上增加并且主要在每个下降类型部分上减小；不同类型的至少两个凸角部分的角度范围是不同的。机器能够在一个方向上具有增强的磨损性能。

优选地，上述凸轮轮廓中的一个可以被构造成使得，随着其在周向方向上延伸，其径向尺寸仅在每个上升类型部分上增加，并且/或者仅在每个下降类型部分上减小。

优选地，上述凸轮轮廓中的一个的凸角可以被直接连结在一起。

根据本发明的流体静压径向活塞机器包括具有所述凸轮轮廓的凸轮主体。上文指出的优点能够在流体静压径向活塞机器中实现。

根据本发明的流体静压径向活塞机器包括：具有根据优选实施例的凸轮轮廓的凸轮主体；以及相对于所述凸轮轮廓可旋转并且与所述凸轮轮廓接合的活塞，其中与至少一个扇形接合的活塞数目不随旋转角度变化。优选实施例的优点能够在流体静压径向活塞机器中实现。

附图说明

借助于示意性附图在下文中更详细地解释了本发明的优选示例性实施例，其中使用类似的附图标记来代表类似的元件，并且其中：

图1示出了用作本发明背景技术的根据第一实施例的流体静压径向活塞机器；

图2示出了第二实施例的流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓；

图3示出了第三实施例的流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓；

图4示出了第四实施例的流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓；以及

图5示出了第五实施例的流体静压径向活塞机器的凸轮轮廓。

具体实施方式

参考图1在下文中描述了用作本发明背景技术的第一实施例，图1示出了流体静压径向活塞机器401。机器401被实现为马达，其具有转子，该转子包括在静止且环状的凸轮主体402内可旋转的气缸体403，该主体402可以优选地是壳体元件。气缸体403包括围绕旋转轴线设置的多个等距气缸，其开口端部径向指向外，气缸围绕旋转轴线形成星形形状。气缸之间的角度优选地是固定的。气缸体403具有被设置在其中心处的花键孔，用于将转矩传递至外部设备以及从外部设备传递转矩。活塞404被可滑动地容纳在每个气缸内，以致活塞404围绕旋转轴线被设置成对称星形形状。每个活塞404与其相应气缸一起界定工作腔室430，该工作腔室430可交替地与高压或者低于高压的低压连通。为此，每个气缸设置有正时孔（timinghole）（气缸孔407，在图1中以阴影线示出），以允许腔室430被加压（去压）。气缸孔407与流体分配器406的多个正时孔（分配器孔408）配合。气缸孔407和分配器孔408被设置在节圆（pitchcircle）直径上，以便允许旋转期间孔重叠。

凸轮主体402在其内周边上具有波状凸轮表面，以便包括围绕旋转轴线等距的相同凸角。每个活塞404设置有被设置在活塞404的径向外端上的滚动元件（其在当前实施例中是辊5）。活塞404在适当加压下能够径向致动以便经由辊405与凸轮表面接合。因此，辊405可支撑在凸轮表面上，以便随着气缸体403相对于凸轮主体402旋转而在该凸轮表面上滚动。当机器作为马达操作时，被传递到每个活塞404的接触力导致在气缸体403上的转动力，该气缸体403于是在箭头413的方向上旋转。当机器作为泵操作时，气缸体403的旋转导致活塞404往复，从而在工作腔室430内产生压力。

凸角具有一致的凸角深度。"凸角深度"应该被理解为意味着凸角的峰-谷径向尺寸，即从凸角距旋转轴线的最远点测量到凸角距旋转轴线的最近点。每个凸角具有下降部分412和上升部分422（示例性地在图1中针对一个凸角示出，附图标记412、422指向虚线，用于指示相应部分的角度范围）。当辊405通过上升部分422的角度范围时，其流体连接到高压以致其致动工作行程。当辊405穿过在这两个部分412、422之间的边界414并且开始通过下降部分412的角度范围时，其开始流体连接到低压以致其致动与工作行程处于相反径向方向上的返回行程。高压分配器孔（以十字阴影线圆示出）的数目等于低压分配器孔（以空白圆示出）的数目，并且各自等于凸角部分412、422的数目，以致一个高压分配器孔408被分配给一个部分422并且一个低压分配器孔408（例如408a）被分配给另一部分412。凸角部分的角度范围应该被理解为意味着在最小径向点和相邻最大径向点之间的角度，或者反之亦然。

例如当机器是马达时，活塞404的工作行程是工作腔室430的容积增加时的行程。当机器是泵时，活塞404的工作行程是活塞404致动成使得工作腔室430的容积减小时的行程。

部分412、422具有一致（相同）的角度范围。分配器孔408的节距（pitch）是一致的。在相邻分配器孔408之间的距离可以等于每个气缸孔407的直径，或者稍大，例如以便考虑到公差或者以便减小噪声，以致每个凸角部分412、422的一个区段是不活动的。该区段可以处于凸角部分412、422之间的边界414、415处，并且可以可选地具有大约一度、或者少于或多于一度的角度范围；凸轮轮廓可以相应地被调整。正时孔407、408可以是圆形的，并且它们的大小和节圆直径可以在减小流动阻力的方面被调整。

因此随着气缸体403旋转，每个气缸孔407基于每个活塞404相对于凸角部分412、422的位置暴露于高压/低压。更具体地，分配器孔8被布置且形成尺寸为使得当气缸体403旋转时，随着辊405到达凸角部分412的开始处，气缸孔407开始与分配器孔408（例如408a）重叠。随着辊405离开该部分412，重叠结束。当实现为马达时，高压和低压的上述正时推动辊405抵靠凸轮轮廓，以便产生转动力。当实现为泵时，在旋转时凸轮轮廓将活塞404推入其气缸内会导致流体加压。

该机器被构造成以全部位移模式或者减小位移模式操作，并且在这两个模式之间变化。在全部位移模式中，所有凸角和活塞404被打开（turnon），即活塞404各自被加压，以便承载在每个凸角上。在减小位移模式中，一定比例的凸角被关闭（turnoff），也就是说随着每个活塞404通过被关闭凸角中一个的角度范围，其气缸没有被流体连接到压力源而是替代地流体能够再循环。在这种所谓的"减小位移模式"中，活塞404针对预定旋转的总位移减小。

图1也示出了包括分配器406的液压回路416，该分配器406包括各自被形成为沟槽的四个相互隔离的廊道409。分配器孔经由通道410流体连接到廊道409，以致每个廊道409与三个分配器孔408流体连接并且也流体连接到两个工作端口a，b中的一个，其中一个工作端口可被构造成高压端口并且另一个端口可被构造成低压端口。两个廊道409经由阀411流体连接到这些端口。阀411具有两个可同时中断的流动路径。

在全部位移模式中，阀411被设定成允许流动，而在减小位移模式中，阀411被设定成中断流动，从而导致一些凸角关闭。

图2示出了根据第二实施例的凸轮轮廓。与第一实施例的区别在下文中被指出。

凸轮主体2包括第一凸角18和第二凸角20，第二凸角20具有比第一凸角18的深度26更大的深度28，并且第一凸角18和第二凸角20被设置成旋转对称、更具体地成交替周向图案。凸角的角度范围是一致的；凸角深度是不一致的。每个凸角包括下降部分12和上升部分22（在图2中示例性地针对一个凸角示出）。

转子元件和液压回路对应于图1的实施例的转子元件和液压回路416。

第二实施例具有下述优点。实际机器比（在全部位移和部分位移之间的比）现在不仅取决于自然比，而且还取决于凸角深度26、28的比例。因此，能够比假如凸角具有一致深度时更自由地选择实际机器比。

为了示出所述优点，现在描述当前实施例的修改。活塞的数目是十并且凸角的数目是八，从而得出这两者之间的公因数产生50%的可用自然比，其中在全部位移模式中仅打开所述八个凸角中的四个。现在可以通过减小一些凸角的凸角深度来使得60%的实际机器比是可能的，以致总马达位移是理论最大值的83%。

图3示意性示出了根据第三实施例的凸轮主体102上的凸轮轮廓（实线），包括第一凸角118和第二凸角120，它们具有与第二实施例（在图3中以点划线示出）一样的凸角深度126、128的不一致性。下文将解释与第二实施例的区别。第二凸角120具有比第一凸角118更大（更宽）的角度范围，即在凸角部分之间的节距是不一致的，其被测量成在两个相邻凸角部分的中点之间的角度。每个凸角包括下降部分112和上升部分122，在图2中示例性地针对一个凸角示出。

第三实施例与第一和第二实施例的区别进一步在于，第三实施例的分配器孔不是等距的，而是设置成对应于凸角部分112、122的不一致节距的图案。以此方式，实现了对应于凸角118、120的不同角度范围的高压和低压的适当正时。

当前示例性实施例具有下述额外的优点。增加第二凸角120的角度范围由于其减小的曲率会减少表面磨损，从而增加马达生命。减小第一凸角118的角度范围将基本上不会减少马达寿命，这是因为第一凸角118能够被构造成在减小位移模式中被关闭，并且因此仅针对一定比例的机器操作寿命操作。因此，这两个凸角类型118、120的预期寿命更接近并且改善了总的凸轮寿命。这也将减小在辊和活塞上的磨损，且因此进一步大体增加机器寿命。

甚至在凸角具有一致深度或者甚至在更深的凸角也是更窄的凸角的情况下，也能够实现通过凸角类型的磨损优化来增加马达寿命的优点。优选地常被打开的凸角可以比其它凸角具有更大的角度范围。因为一些凸角将在减小位移模式中被关闭，所以可能有利的是它们具有较低运转寿命以便优化整个马达寿命。这通过各种凸角的角度范围的进一步修改来实现。

图4示意性示出了根据第四实施例的凸轮轮廓（实线），其包括第一凸角218和具有比第一凸角218更大的角度范围的第二凸角220。与第三实施例的区别在下文中被解释。凸角优选地具有一致的深度。凸角轮廓被周向地划分成包括第一凸角218的第一扇形232和包括第二凸角220的第二扇形234（在图4中以点区域被指出）。第一扇形232不包括任何第二凸角，并且第二扇形234不包括任何第一凸角218。换言之，凸轮轮廓通过全部凸角划分成两个扇形。优选地一个扇形（例如第一扇形232）可以被分配给常打开凸角18并且另一个扇形（例如第二扇形234）可以被分配给仅在全部位移模式下打开的凸角20。第二扇形234的凸角220具有比第一扇形232的凸角218的平均角度范围更大的平均角度范围。在图4中以附图标记212和222针对一个凸角示例性地标示了每个凸角的下降部分和上升部分。以点划线代表了包括六个凸角的比较示例，所述凸角具有一致的凸角深度和一致的角度范围。在图4中由相应辊205a-205h代表每个活塞。

第四实施例的机器201可以被第三实施例的液压回路控制，其具有如下区别。用于第二扇形234中的凸角220的分配器孔与可中断廊道409连通。剩余分配器孔被流体连接到剩余廊道409；通道410的路线相应地被修改。分配器孔被设置成对应于每个凸角部分212、222的角度范围。

除了第三实施例的那些优点外，当前实施例还具有下述进一步的优点。在第三实施例中，每度旋转需要恒定马达位移会将可用自然比限制成50%；为了实现不同于50%的实际机器比，必须减小一些凸角的深度，这会限制总的马达位移。然而，当前实施例能够以67%的自然比来操作，而既满足了每度旋转恒定马达位移的要求，又不需要减小任意凸角深度。因此，通过改变一些凸角的角度范围，可以确保每个扇形针对任何旋转角度具有恒定数目的活塞起作用。例如假定由箭头表示的逆时针旋转，则随着一个辊205f离开第二扇形234并且进入第一扇形232，另一个辊205a离开第一扇形232并且进入第二扇形234。因此，通过相对于相等范围的对比示例稍稍增加第二扇形234中的凸角220的角度范围并稍稍减小第一扇形232中的凸角218的角度范围，实现了恒定马达位移。

总之，可以关闭不同数目的凸角（且因此获得更大范围的自然比）同时在全部和减小位移两者中均针对每度旋转维持恒定位移。这通过以不需要额外结构元件的方式设定设计特征来实现。简化了机器201的设计和制造，其中能够关闭不是标准数目的凸角。可以在进一步修改凸角寿命和/或实际机器比的方面调整凸角深度。当前实施例的机器针对预定实际机器比能够具有更高的总机器位移。

现在将参考图5描述第五实施例，其示出了凸轮主体302和代表活塞的辊305的凸轮轮廓（实线）。如第一实施例中的情况：凸角具有一致深度和一致角度范围，以致共享公共深度和公共宽度；并且每个凸角具有下降部分312和上升部分322，在下降部分312中在与其接合的辊305随着其相应活塞在一个方向313上旋转时该辊305径向向内移动，在上升部分322中在与其接合的辊305随着其相应活塞在所述一个方向313上旋转时该辊305径向向外移动。

与第一实施例的区别在下文中被指出。机器被构造成在一个方向（顺时针方向313）上旋转比在另一方向上旋转具有增加的马达寿命和/或性能。上升部分322各自具有比每个下降部分312的角度范围更大的角度范围。在图5中，附图标记312、322指向指示相应部分312、322的范围的虚线。当机器是马达时，每个活塞在其对应辊305通过上升部分322时在高压下致动，并且在其对应辊305通过下降部分312时在比高压更低的低压下致动。优选地上升部分322共享公共角度范围，并且下降部分312共享公共角度范围。以此方式，每个凸角的部分312、322关于角度范围是不一致的，不过凸角本身可以相对于彼此是一致的。

当前实施例的轮廓可以与第三实施例的液压回路一起使用，但被修改如下。分配器孔的节距是不一致的，以便对应于部分312、322的不一致节距。替代性地，当前实施例的机器可以通过关闭至预定活塞的压力而以减小位移模式操作。

第一实施例的凸轮轮廓在图5中作为比较示例以点划线示出。

当前示例性实施例具有下述优点。当机器设置为马达并且在方向313上旋转时，活塞致动成在比下降部分312中的压力更高的高压下径向向外通过上升部分322。这将趋于增加在上升部分322上的接触应力。上升部分322的角度范围相比之下更大，从而导致凸轮轮廓具有减小的曲率。在凸轮表面和辊305之间的接触角度被减小，从而导致较低的接触应力。因此，在上升部分322上的磨损减小，从而增加其操作寿命，而在下降部分312上的磨损增加，从而减小其操作寿命，但是由于在此的接触应力相比于上升部分322中的接触应力已经较低，所以这种操作寿命的减小不显著。因此，部分312、322的相应操作寿命彼此更接近，并且能够优化凸轮轮廓的整体操作寿命。能够改善在一个方向313上的机器寿命和性能。当机器在一个方向313上比在另一方向上更频繁地旋转时能够改善总机器寿命。当前实施例可以与任意其它实施例相结合，例如以便提供不一致凸角，其中每个凸角的部分具有不一致角度范围。

本发明不限于流体静压径向活塞机器，且其中活塞数目比凸角数目大二，但是这种设置（具体地八个活塞和六个凸角）能够导致简化构造和操作性能的益处。

根据本发明的"凸角"不需要被理解成仅是在旋转方向上凸轮轮廓的一个径向上升部分之后跟着一个径向下降部分。凸角可以等同地被理解成在任一周向方向上凸轮轮廓的一个径向下降部分之后跟着一个径向上升部分。进一步可选地，活塞、气缸和辊可以被径向设置在凸轮主体的外侧，该凸轮主体的凸轮表面在其外周边上。进一步可选地，气缸可以被设置为单独的元件而不是一体式气缸主体。进一步可选地，活塞可以直接承载在凸轮表面上，而不是经由辊。本发明的机器可以是马达和/或泵。本发明可以被构造成在两个或更多个减小位移模式中操作。

公开了一种用于流体静压径向活塞机器的凸轮主体，其包括凸轮轮廓，该凸轮轮廓包括被设置成周向图案的凸角。每个凸角被划分成其半径沿周向方向增加的上升部分和其半径沿周向方向减小的下降部分。所述部分是不一致的，优选地最大径向深度和/或角度范围不一致。优选地，凸角的径向范围是不一致的且/或它们的凸角深度是不一致的。

附图标记

401流体静压径向活塞机器

2；102；202；302；402凸轮主体

403气缸体

404活塞

205；305；405辊

406分配器

407气缸孔

408，408a分配器孔

409廊道

410通道

411阀

12；112；212；312；412下降凸角部分

213；313；413旋转方向

414在转子孔和分配器孔408a之间的重叠开始

415在转子孔和分配器孔408a之间的重叠结束

416液压回路

18；118；218；318第一凸角

20；120；220第二凸角

22；122；222；322；422上升凸角部分

26；126深度，第一凸角

28；128深度，第二凸角

430工作腔室

a工作端口

b工作端口