DE3021883A1

DE3021883A1 - Hydraulischer umwandler

Info

Publication number: DE3021883A1
Application number: DE19803021883
Authority: DE
Inventors: Rezsö Ezer; Pal Budapest Kiss
Original assignee: Danuvia Kozponti Szerszam es Keszulekgyar
Current assignee: Danuvia Kozponti Szerszam es Keszulekgyar
Priority date: 1980-04-01
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1981-10-08
Also published as: FR2479351A1; DK433280A; JPS56143856A; GB2073323A; SE8007414L; GB2073323B; SE447412B; HU180571B

Description

Hydraulischer umwandler

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen umwandler, wel- I

eher primärseitig mit einem Hydromotor und sekundärseitig f

mit einer Hydropumpe ausgerüstet ist. j

Die durch gleichsinnige Kreisläufe verwirklichter hydroscatischen Maschinen zur Energieübertragung repräsentieren allgemein zweierlei Grundsysteme. Bei diesen Kreisläufen besteht oft die Forderung, die Hydromaschinen zu- _f| mindest in ihrer Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung § steuern zu können. Bei Hydromaschinen mit geradlinigem 1

Hub sollen häufig gleichzeitig beide Kennwerte „ar ge- $

radlinigen Bewegung umgestellt bzw. verändert v/erden |

können. Bei Dreh-Hydromaschinen soll die Winkelgeschwin- I

digkeit oder die Drehrichtung bzw. beide derselben ver- i|

ändert werden können. Bei dem heutigen Stand der hydro- |

statischen Technik können diese an die Steuerung ge- I

stellten Forderungen im Falle von geschlossenen Kreis- >·-

laufen durch gestufte oder stufenlose Umsteuerung der |

volumetrischen Kennwerte der Pumpe oder des Motors ge- |

löst v/erden. Es ist auch eine Lösung bekannt, bei wel- |

eher die volumetrischen Kennwerte der Pumpe und des i

Motors gleichzeitig gesteuert werden. Seltener wird |

die Steuerfähigkeit der volumenunveränderlichen Pumpe J

durch deren Drehzahländerung verwirklicht, indem die f

Winkelgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der ^! geradlinigen Bewegung verändert wird. Es besteht auch
die Möglichkeit zur Änderung der Drehrichtung oder
der Bewegungsrichtung mittels eines zur Änderung der
Vblumenkennwerte dienenden Mechanismus, indem bei

Verdrängermaschinen das Antriebsglied von deren Ver- |

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drängungsgliedern über den Nullpunkt hinaus in die negative ücellung verstellt wird- Die Änderung der Drehrichtung oder der Bewegungsrichtung kann üblicherweise mit Schieberventilen, Absperrventilsystemen und fallweise durch Umsteuerung des Pumpen-Fremdantriebes erreicht werden. Da die Geschwindigkeitsänderungen durch Änderungen der spezifischen Volumenkennwerte erfolgen, ergeben sich allgemein bei geschlossenem Kreislauf gute Wirkungsgrade.

Im Falle von offenen Kreisläufen - bei konstanter Fördermenge - v/erden die Geschwindigkeiten durch Anwendung von variablen Drosselungen verändert; infolgedessen ist der Wirkungsgrad dieser Systeme gering. Die Steuerung der Änderung der Bewegungsrichtung erfolgt - ähnlich wie bei geschlossenen Kreisläufen - durch Anwendung von Schieber-Steuerventilen oder Absperrventilsystemen, seltener auch durch Umsteuerung des Pumpen-Fremdantriebes.

Beide Systeme haben den gleichen Nachteil, daß bei Inbetriebhaltung einer Pumpe der gleichzeitige Parallelbetrieb einer Mehrzahl von voneinander unabhängigen Steuerelementen nur mit Hilfe von weiteren, diese Betriebsart ermöglichenden Spezialelementen sowie mit dem Einsatz von Strömungsabweisern, Strömungsstabilisatoren und dergleichen ermöglicht werden kann. Aus diesem Grund wird dieses System zu umständlich und sehr aufwendig.

Durch die Erfindung werden diese Mangel des bekannten Systems beseitigt und ein hydraulischer Umwandler geschaffen, bei welchem mit einfachen technischen Mitteln die Weg- und Mengensteuerung verwirklicht ist und deren Steuervorrichtung fallweise auch ermöglicht, die Druck-

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begrenzungs- und Stromungsabweisungsfunktionen zu integrieren,

Durch die Erfindung wird ein hydraulischer Umwandler mit einem primärseitigen Hydromotor und einer sekundärseitigen Hydropumpe geschaffen. Gemäß der Erfindung sind die Abtriebswelle des primärseitigen Hydromotors und die Antriebswelle der sekundärseitigen Pumpe miteinander drehsteif gekuppelt und wenigstens eine der von dem Hydromotor und der Hydropumpe gebildeten Hydromaschinen ist in ihrem geometrischen Arbeitsvolumen einstellbar ausgebildet.

Die Mengensteuerung wird entsprechend der Erfindung durch die Veränderung der Volumenkennwerte durchgeführt. Dadurch können die bisherigen offenen Kreisläufe oder Teilkreisläufe zu geschlossenen Kreisläufen umgebildet werden, womit der Energieverlust des Systems auf einen Minimalwert reduziert wird. Im Betrieb besteht eine Proportionalität zwischen den Änderungen der Arbeitsvolumina und denen der Ölfördermengen.

Die erfindungsgemäß als Motor oder Pumpe verwendeten hydrostatischen Maschinen arbeiten vorzugsweise nach dem Verdrängerprinzip. In der Nullstellung des Antriebsgliedes der Verdrängerelemente ist die Flüssigkeitsförderung Null. Falls das Antriebsglied über die Nullstellung hinaus in die negative Stellung verschoben wird, so entsteht die Flüssigkeitsförderung in entgegengesetzter Richtung, und zwar wird dabei die Fördermenge proportional zu der Verstellung des Antriebsgliedes geändert. Auf diese Weise entsteht die Richtungsumkehr und die gewünschte Geschwindigkeit wird proportional zur Verstellung dieses Antriebsgliedes eingestellt.

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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der primärseitige Hydromotor und/oder die sekundarseitige Hydropumpe als Flügelzellenmaschine mit in der Exzentrizität bzw. radial zum Rotor verstellbarem Statorring ausgebildet.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit ergibt sich durch Gestaltung des primärseitigen Hydromotors und/oder der sekundärseitigen Hydropumpe als Axialkolbenmaschine mit in ihrer Winkellage verstellbarer Schrägscheibe.

Eine andere vorteilhafte Ausführung form besteht in der Ausbildung des primärseitigen Hydromotors und/oder der sekundärseitigen Hydropumpe als Radialkolbenmaschine, deren Rotor an der die beiden Hydromaschinen kuppelnden Welle befestigt ist und deren die Kolben antreibender Statorring in seiner Exzentrizität zum Rotor eingestellt werden kann.

Es ist auch möglich, diese einzelnen Ausführungsformen miteinander zu kombinieren, z.B. dadurch/ daß mit einem als Flügelzellenmaschine ausgebildeten Hydromotor eine als Axialkolbenmaschine ausgebildete Hydropumpe entsprechend des Erfindungsprinzips verkoppelt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß beide Hydromaschinen als Flügelzellenmaschine ausgebildet sind, wobei der primärseitige Hydromotor einen innenflügeligen Rotor, und die sekundärseitige Hydropumpe einen außenflügeligen Rotor aufweisen und ein ihnen gemeinsamer Statorring radial zwischen ihnen angeordnet ist, der durch eine Stellvorrichtung gegenüber beiden, miteinander steif verbundenen Rotoren eingestellt werden kann.

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Der entsprechend der Erfindung ausgebildete hydraulische f

Umwandler ist wesentlich vorteilhafter als die bisher |

bekannten Konstruktionen, weil die beiden Einstellmöglich- f

keiten, d.h. die Einstellmöglichkeit für den primärseitigen |

Hydromotor und die für die sekundärseitige Hydropumpe, I

einen wesentlich größeren Regelbereich ermöglichen und | gleichzeitig die z.B. mit einer Drosselung verbundenen

merklichen Energieverluste wegfallen. I

Durch die Anwendung der Erfindung besteht die Möglichkeit/ +-

eine Zentralpumpe ohne Strömungsverteilerventil auch in E

solchen Fällen anwenden zu können, bei denen gleichzeitig ε

mehrere voneinander unabhängige Arbeitsorgane betätigt U

und gesondert geregelt werden sollen. Falls mehrere hy- U

draulische umwandler primärseitig in Reihe geschaltet ψ

werden, können in dieser Weise voneinander getrennte ΐ-Teilkreisläufe realisiert werden.

Zur Geschwindigkeitsregelung bei geschlossenem Kreislauf JE

ist die Anwendung des hydraulischen Dmwandlers wirtschaft— ε

lieh günstiger als die Anwendung von regelbaren Motoren |

oder Pumpen. Der hydraulische Umwandler wird mit einer ₃

voiumenbeständigen Pumpe und mit einem Motor ausgebildet. ^

Bei dem entsprechend der Erfindung ausgestalteten hy- \

draulischen Umwandler kann die Veränderung bzw. Einstel-

* lung der Arbeitsraumgeometrie mechanisch, elektrisch,

hydraulisch, pneumatisch oder durch Handbetätigung
durchgeführt werden.

Einige Ausführungsbeispxele der Erfindung sind aus den
Zeichnungen ersichtlich und werden im folgenden erläutert.
In der zelciinu*ig zeigt:

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Fig. 1 einen hydraulischen Umwandler nach der Erfindung mit als Flügelzellenmaschinen ausgebildeten Hydro-.maschinen,

Fig. 2 einen hydraulischen Umwandler nach der Erfindung mit als Axialkolbenmaschinen ausgebildeten Hydromaschinen,

Fig. 3 einen hydraulischen Umwandler nach der Erfindung mit als Radialkolbenmaschinen ausgebildeten Hydro— maschinen,

Fig. 4 eine weitere Äusführungsform des hydraulischen Umwandlers nach der Erfindung, dessen Hydromotor und Hydropumpe beide als hydrostatische Flügelzellenmaschinen mit ineinander liegenden Rotoren ausgebildet sind, und

Fig. 5 den Schnitt des hydraulischen Umwandlers aus Fig. 4 gemäß der dort eingezeichneten Schnittlinie A-A.

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Fig. 1 sind der primärseitige Hydromotor 1 und die sekundärseitige Hydropumpe 2 gleichartig als Flügelzellenmaschinen mit den Rotoren 3, 6, den in diesen radial verschiebbaren Flügeln 8 und den zu deren Verschienung mit diesen zusammenwirkenden, exzentrisch zu dem jeweiligen Rotor 3, 6 angeordneten Statorringen 4, 5 ausgebildet. Der Hydromotor 1 und die Hydropumpe 2 bzw. deren Rotoren 3, 6 sind über eine gemeinsame Welle 7 miteinander gekuppelt. Bei dieser Äusführungsforiii werden die Volunsenkennwerte des Hydromotors 1 und der Hydropumpe 2 durch Verstellung der Stator-

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ringe 4, 5 radial zu ihrem Rotor 3, 6, also durch Verteilung der Exzentrizität, umgestellt. Geeignete Verstellvorrichtungen sind an sich bekannt, so daß sie hier nicht weiter erläutert werden. Der Hydromotor 1 wird über eine Zentralpumpe - in der Zeichnung nicht dargestellt - angetrieben.

Von dem Rotor 3 des Hydromotors 1 wird der Rotor 6 der Hydropumpe 2 über die Welle 7 angetrieben. Von der Hydropumpe 2 wird das in den hydra lischen Kreislauf geschaltete Betätigungsglied bzw. Betätigungsgerät (in der Zeichnung nicht dargestellt) hydraulisch angetrieben.

Bei der Ausführungsform aus Fig. 2 sind sowohl der Hydromotor 1 als auch die Hydropumpe 2 als hydraulische Axialkolbenmaschine mit der Schrägscheibe 28, den Äxialkolben 23 und einer ihre Rotoren 24 kuppelnden gemeinsamen Welle 25 ausgebildet. Die Änderung des jeweiligen Arbeitsvolumens wird an beiden Seiten durch die Winkelverstellung der jeweiligen Schrägscheibe 28 mittels des Stellgliedes 29 durchgeführt, das von der jeweiligen Steuereinheit 21 angetrieben ist. Je nach dem Stellglied 29, welches betätigt wird, ändert sich die Winkelstellung der zugehörigen Schrägscheibe 28 und dadurch ändert sich das geometrische Arbeitsvolumen an der Primärseite und/oder der Sekundärseite des hydraulischen Umwandlers.

Die Primärseite ist bei dieser Ausführungsform als Energiewandler mit gleichsinniger Strömungsrichtung ausgebildet. Unter der Wirkung der gleichsinnigen Durchströmung der Arbeitsflüssigkeit wird der Rotor 24 des Hydromotors 1 über seine Kolben 23 in Drehung versetzt, so daß über die gemeinsame Welle 25 die Sekundärseite, also der Pumpenrotor angetrieben wird. Hierdurch

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wird von der Sekundärseite eine bestimmte Flüssigkeitsmenge mit einem bestimmten Druck durch die zwischen den Hydromaschinen zentral angeordnete Verteilereinheit 26 gefördert. Der Druck und das Volumen der geförderten Flüssigkeit sind proportional zum Quotienten aus den geometrischen Arbeits— volumina der Primärssitt und der Sekundärseite.

Der sekundärseiti^e Energiewandler ist reversibel ausgebildet, so daß «Ixe Möglichkeit besteht, die Fördermenge der Arbeitsflüssigkeit in beiden Förderrichtungen zwischen Null und den Maximalwerten stufenlos verändern zu können.

Bei der Ausfuhrungsform des hydraulischen Umwandlers aus Fig. 3 sind sowohl der primärseitige Hydromotor 1 als auch die sekundärseitige Hydropumpe 2 als koaxiale Radialkolbenmaschinen ausgebildet, die über eine gemeinsame Welle 34 gekuppelt sind und zwischen welche eine zentrale Verteilereinheit eingesetzt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Radialkolben 36 als in die Zylinder bildenden Radialbohrungen der auf der gemeinsamen Welle 34 sitzenden Rotoren 35 verschiebbare Kugeln ausgebildet; jedoch können sie auch in der üblichen Weise als Zylinderschieber oder dergleichen ausgeführt sein. Die Kolben 36 sind an den kreisförmigen Statorringen 37 abgestützt, die relativ zu dem jeweiligen Rotor 35 zur Änderung ihrer jeweiligen Exzentrizität zur Welle 34 mit Hilfe der nur sehematisch dargestellten Stellglieder 32 verstellbar sind. Die Stellglieder 32 sind jeweils mit einer Steuerungseinheit 31 verbunden. Der hydraulische umwandler ist an beiden Stirnseiten durch Deckel 33 abgeschlossen, in welchen die Welle 34 drehbar gelagert ist und welche mit die Statorringe 37 der Hydromaschinen umgebenden Gehäuseringen

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38 und einer axial zwischen den beiden Hydromaschinen angeordneten, ihnen gemeinsamen Verteilereinheit 39 zu einer kompakten Baueinheit zusammengeschlossen sind.

Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist vollständig identisch zu derjenigen der Ausführungsform mit Axialkolbenmaschinen» Die Abweichung besteht darin/ daß bei der Ausführungsform nach Fig. 3 durch die alternative Bev/egung S des Stellgliedes 32 die Exzentrizität zwischen dem jeweiligen Rotor 35 und seinem Statorring 37 geändert wird, wohingegen nach Fig. 2 die Stellung der Schrägscheibe 28 verstellt wird.

Aus den Fig. 4 und 5 ist ein hydraulischer Umwandler ersichtlich, bei welchem der Hydromotor 1 wie auch die Hydropumpe 2 beide als Flügelzelleninaschinen ausgebildet sind, die radial ineinander eingesetzt sind. Der primärseitige Hydromotor 1 weist einen ringförmigen Rotor 47 mit radial nach innen gerichteten Flügeln 50 auf, die mit der radialen Außenseite eines in den ringförmigen Rotor 47 eingesetzten Statorringes 48 zusammenwirken, der gleichzeitig als außenliegender Stator der Hydropumpe 2 dient, deren innerhalb des Statorringes 48 angeordneter Rotor 49 mit radial nach außen gerichteten Flügeln 51 ausgestattet ist. Der Rotor 47 des Hydromotors 1 und der Rotor 49 der Hydropumpe 2 sind mittels der gemeinsamen Stirnscheibe 43 fest miteinander verbunden. Je nach der Exzentrizität des dem Motor 1 und der Pumpe 2 gemeinsamen Statorringes 48 ergibt sich an der Primärseite ein bestimmter Flüssigkeitsdurchsatz für den Antrieb des Rotors 47 des Motors 1 über die Rotorflügel 50 bzw» an der Sekundärseite ein bestimmtes Fördervolurnen an durch die Flügel 51 der Pumpe 2 geförderter Flüssigkeit.

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Bei dieser Ausführungsform kann die Exzentrizität des Statorringes 48 int Verhältnis zu den konzentrischen Rotoren 47, 49 mit Hilfe des Stellgliedes 45 verstellt werden/ das von der gemeinsamen Steuereinheit 41 angetrieben und gesteuert wird. Bei dieser Ausführungsform ist es somit, möglich, das primärseitige und sekundärseitige geometrische Arbeitsvolumen beider Hydromaschinen gleichzeitig zu ändern. Dadurch, daß das primärseitige und sekundärseitige geometrische Arbeitsvolumen gleichzeitig geändert wird, entfällt die Möglichkeit der Drehrichtungsänderung.

Dia Erfindung ist nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann in gegebenen Fällen die Primärseite unterschiedlich zu der Sekundärseite ausgeführt werden. Insbesondere stellt auch die folgende Ausführungsform eine in gewissen Fällen günstige Lösung dar: der Hydromotor wird als Axialkolbenmaschine mit unveränderlichem Arbeitsvolumen ausgebildet, wohingegen die Hydropumpe als Flügelzellenmaschine mit veränderlichem Arbeitsvolumen gestaltet wird. Ersichtlich könen auch andere Kombinationen der Ausführungsarten bekannter Hydromaschinen verwendet werden.

Der entsprechend der Erfindung ausgebildete hydraulische umwandler läßt sich mit Vorteil bei den derzeitig verbreiteten hydraulischen Anlagen anwenden.

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Claims

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VIERlNG & JENTSCHURA

zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt Dipl.-Ing. Hans-Martin Viering - DipL-lng. Rolf Jentschura - Steinsdorfstraße 6 - D-8000 München

Anwaltsakte 3692 11. Juni 1980

DANUVIA Központl Szerszam- es Keszülekgyar Budapest / UNGARN

Hydraulischer Umwandler

PATENTANSPRÜCHE

Hydraulischer Umwandler mit einem primärseitigen Hydromotor und einer sekundärseitigen Hydropumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (1) abtriebsseitig und die Hydropumpe (2) antriebsseitig drehsteif miteinander gekuppelt (Welle 7, ki, 34; Kupplungsscheibe 53) sind, und daß der Hydromotor (1) und/oder die Hydropumpe (2) als Hydromaschine mit verstellbarem Arbeitsvolumen ausgebildet sind/ist.
2. Hydraulischer Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der von dem Hydromotor (1) und der Hydropumpe (2) gebildeten Hydromaschinen als Flügelzellenmaschine ausgebildet ist, deren mit den Flügeln (8) des Rotors (3, 6) zusammen-

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Steinsdorfslraße 6 Telex: 5 212 306 jepa d Postscheck München 30S7 28-801

D-fl0OO Münchon 27 ΓαΙ< >υ'»min: Slolnpal München Diiyorlsdio Vorolnobnnk Münchon 567 695

Telefon: (0 89) 29 34 13 Tolokopierer: (0 09) 222 066 Raltfelsenbank München 032 18 18

(0 89) 29 34 14 (Siemens CCITT Norm Gruppe 2) Deutsche Bank München 2 711 687

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wirkender Statorring (5) radial zum Rotor verstellbar ist (Fig. 1).
3. Hydraulischer umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der von dem Hydromotor (i) und der Hydropumpe (2) gebildeten Hydromaschinen als Axialkolbenmaschine mit verstellbarer SchrägschetJDr· {28} ausgebildet ist {Fig. 2) .
4. Hydraulischer Umwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der von dem Hydromotor (1) und der Hydropumpe (2) gebildeten Hydromaschinen als Radialkolbenmaschine ausgebildet ist, deren mit den Kolben (36) des Rotors (35) zusammenwirkender Statorring (37) in seiner Exzentrizität gegenüber dem Rotor verstellbar ist.
5. Hydraulischer Umwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Hydromotor (1) und die Hydropumpe (2) als Flügelzellenmaschinen ausgebildet sind, wobei der Hydromotor (1) einen innenflügeligen Rotor

(47) und einen in diesen eingesetzten innenliegenden Statorring (48) aufweist, welcher gleichzeitig den außenliegenden Statorring des außenflügeligen Rotors (49) der Hydropumpe (2) bildet und gegenüber den konzentrisch angeordneten, über eine Kupplungsscheibe (43) miteinander verbundenen Rotoren {47, 49) des Hydromotors und der Hydropumpe verstellbar ist (Fig. 4, 5).

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