CH390689A - Als Pumpe oder Motor verwendbare, stufenlos regulierbare hydraulische Maschine - Google Patents

Description

  Als Pumpe oder Motor verwendbare, stufenlos     regulierbare        hydraulische        Maschine       Die Erfindung betrifft eine als Pumpe oder Mo  tor verwendbare, stufenlos regulierbare hydraulische  Maschine mit einem Zylinderblock mit Kolben und  einem Führungsring für die Kolben.  



  Radiale     Mehrkolbenpumpen    weisen einen rotie  renden Zylinderblock auf. Die     zylinderförmigen    Kol  ben werden von einem gegenüber dem rotierenden  Zylinderblock exzentrisch liegenden Ring (Gehäuse)  bewegt. Im Zentrum des Zylinderblockes befindet  sich ein Zapfen mit Bohrungen und Aussparungen  für die Zu- und Ableitung der zu fördernden Flüssig  keit. Der Kolbenhub ist durch die Exzentrizität be  stimmt.

   Diese bekannten     Radialkolbenpumpen    wei  sen den Nachteil auf, dass zwischen den Kolben  und der Laufbahn des Ringes oder Gehäuses eine  starke Reibung auftritt und dass durch den ausser  mittigen Kraftangriff ein Kippmoment auf die Kol  ben wirksam ist, was eine starke Reibung zur Folge  hat, mit dem Ergebnis, dass eine Verminderung des  Wirkungsgrades und der Lebensdauer dieser Maschi  nen eintritt.  



  Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine  als Pumpe oder Motor verwendbare hydraulische  Maschine zu schaffen, die stufenlos regulierbar ist  und bei der die genannten, den Wirkungsgrad und die  Lebensdauer benachteiligenden Erscheinungen ver  mieden sind. Dies wird erfindungsgemäss dadurch er  reicht, dass die Kolben an ihren äusseren Enden mit  je einer in einer vertieft liegenden, auf der Laufbahn  zum Abrollen bestimmten Kugel versehen sind und  ausserdem mindestens eine in die Druckkammer aus  mündende     Ausnehmung    aufweisen, um den Durch  tritt von Flüssigkeit zur Bildung eines     Schmiermittel-          films    auf der Kugellaufbahn zu ermöglichen.  



  In der Zeichnung sind vier als Flüssigkeitspum  pen zu verwendende Ausführungsbeispiele des Er  findungsgegenstandes dargestellt.         Fig.    1 und 2 zeigen in einem Längs- bzw. Quer  schnitt die erste Ausführungsform der     hydraulischen          Maschine.     



       Fig.3    und 4 zeigen einen Längs- bzw. Quer  schnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel.  



       Fig.    5 und 6 eine dritte bzw. eine vierte Aus  führungsform, wobei das Gehäuse und der Laufring  im Querschnitt dargestellt sind, während die       Fig.    7 eine     Einzelheit    der Maschine in grösserem  Massstab und im Schnitt zeigt.  



  Die Flüssigkeitspumpe gemäss     Fig.    1 und 2 weist  ein Gehäuse 1 auf, in dessen     Innenmantelfläche    eine  Nut 2 zum Einsetzen eines Laufringes 3 für die  Pumpenkolben vorgesehen ist. Der Laufring 3 be  sitzt eine im Querschnitt kreisförmige, konkave Lauf  bahn 4. Die Laufbahn 4 kann auch die Form einer  Ellipse aufweisen. Im Gehäuse 1 ist ein Zylinder  block 5 mit vier radialen, als     Zylinder    wirkenden  Bohrungen 12 untergebracht, der mit einem aus dem  Gehäuse     herausgeführten    Antriebszapfen 7 verbun  den ist. Der Zylinderblock selbst liegt drehbar auf  einem Zapfen 8 mit Schlitzen und Bohrungen 9 und  10 für die Zu- bzw. Ableitung der zu fördernden  Flüssigkeit.

   In die Bohrungen 12 sind axial beweg  liche zylindrische Kolben 13 eingesetzt, deren äussere  Enden eine Vertiefung zum Einlegen einer Kugel 11  besitzen. Die Kolben 13 zeigen das Bestreben, bei  der Rotation des Zylinderblockes unter der Wirkung  der auftretenden     Fliehkräfte    sich von der     Rotations-          axe    zu entfernen, so dass die     Kugeln    11 sich an die  Laufbahn des Laufringes 3 anlegen und mit dem  letzteren dauernd in Berührung bleiben.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.    1 und 2 ist  der Zylinderblock 5 mit vier Bohrungen 12 verse  hen, die paarweise einander diametral gegenüberlie  gen und einen Abstand von je 90  gegeneinander auf  weisen. Die Laufbahn 4 des Laufringes 3 ist derart      ausgebildet, dass jeweils während der Rotation des  Zylinderblockes 5 in der Drehrichtung     d    zwei einan  der diametral gegenüberliegende Kugeln dieselbe Re  lativbewegung in bezug auf die     Rotationsaxe    ausfüh  ren, d. h.

   sich während einer halben Umdrehung in  Richtung auf die     Rotationsaxe    und die anderen bei  den Kugeln sich von der     Rotationsaxe    weg bewegen,  was dadurch erreicht wird, dass die Lauffläche 4 in  bezug auf die     Rotationsaxe    zwei an sich gleiche und  symmetrisch liegende, exzentrisch ausgebildete Lauf  bahnteile besitzt.  



  Die Wirkungsweise der Flüssigkeitspumpe ent  spricht derjenigen der bekannten     Radialkolbenpum-          pen    mit     zylinderförmigen    Kolben. Während der Ro  tation des Zylinderblockes 5 bleiben die Kugeln 11  in ständiger     Berührung    mit der Laufbahn 4 des Lauf  ringes 3.

   Die Kugeln führen während einer Umdre  hung des Zylinderblockes zwei nach aussen gerichtete  und zwei nach innen gerichtete Hubbewegungen aus,  wobei während der Auswärtsbewegung der Kolben  13 in den     Zylinderbohrungen    12 im Drehbereich der  Winkel e die     Zylinderbohrungen    mit den     Einlasska-          nälen    9 und während der     Einwärtsbewegung    der Kol  ben im Drehbereich der Winkel a mit den     Auslass-          kanälen    10 der Pumpe verbunden sind.  



  Gegenüber den bekannten     Radialkolbenpumpen     ergibt sich während des Betriebes der Vorteil, dass  die Kugeln auf der Laufbahn des Laufringes abrollen  und kein Kippmoment auftreten kann, ferner dass der  Zapfen 8 mit den Ein- und     Auslasskanälen    nicht  einseitig belastet wird, da auf eine Umdrehung zwei  einander diametral gegenüberliegende     Druckzonen     kommen, die sich in ihrer Kraftwirkung aufheben.  



  Die     Regulierung    der Fördermenge der Pumpe  geschieht dadurch, dass die Lage des Laufringes  gegenüber den Kanälen im Zapfen durch Drehung  um seine eigene     Axe    geändert wird. Bei der gezeich  neten     Ausführungsform    nach     Fig.    2 ist bei der ge  zeigten Lage des Laufringes eine maximale Förder  menge vorhanden. Wird der Ring um 45  gedreht,  ergibt sich keine     Förderung.    Eine weitere Drehung  um 45  ergibt wiederum eine maximale Fördermenge,  jedoch in entgegengesetzter Richtung.  



  Die Kugellaufbahn 4 kann statt der in     Fig.2     dargestellten Form auch die Form einer Ellipse auf  weisen. Ferner besteht eine weitere Reguliermög  lichkeit darin, dass auch der Zapfen 8 drehbar an  geordnet ist. Dadurch lässt sich die gewünschte Re  gulierung sowohl durch Drehung des Laufringes als  auch durch Drehung des Zapfens oder aber durch  Drehung des Laufringes und des Zapfens vornehmen.  



  Zufolge der konkaven Kugellaufbahn auf dem  Laufring ergibt sich gegenüber einer geraden Be  rührungsfläche eine grössere     Berührungsfläche    zu den  Kugeln, wodurch die     Belastbarkeit    der Maschine  erhöht wird.  



  Die     Ausführungsform    der Pumpe nach     Fig.3     und 4 unterscheidet sich von derjenigen nach     Fig.    1  und 2 dadurch, dass der Laufring 3a zwei einander  diametral gegenüberliegende Zapfen 14 aufweist, die    in passenden Bohrungen oder Lagern des Gehäuses 1  drehbar gelagert sind. Diese Anordnung des Lauf  ringes     3ca    ermöglicht es, ihn um eine     Axe    zu     ver-          schwenken,    die senkrecht zur     Längsaxe    des Zapfens  8 steht und letztere schneidet. Diese     Schwenkaxe     liegt in einer Ebene des Laufringes, die durch den  Mittelpunkt der Kugellaufbahn hindurchgeht.

   Die  Regulierung der Fördermenge der Pumpe erfolgt  in diesem Falle durch     Verschwenkung    des Lauf  ringes, wobei der Schwenkbereich in     Fig.3    durch  den Winkel b bezeichnet ist. Durch die     Verschwen-          kung    des Laufringes ergibt sich eine     Änderung    der  Grösse des Hubes der Kugelkolben.  



  Auch bei dieser     Ausführungsform    nach     Fig.    3 und  4 ergibt sich zusätzlich zur     Verschwenkung    des  Laufringes eine weitere Reguliermöglichkeit für die  Fördermenge der Pumpe, wenn der Zapfen 8 dreh  bar ist.  



  Die Ausführungsform der Pumpe nach     Fig.5     unterscheidet sich von den beschriebenen Ausfüh  rungsbeispielen dadurch, dass ein zylindrischer Lauf  ring 3b mit kreisförmiger Kugellaufbahn vorgesehen  ist, dessen     Axe    in einem Abstand von der     Rotations-          axe    des Zylinderblockes 5 liegt.

   Die     Regulierung    der  Fördermenge der Pumpe kann nur derart vorgenom  men werden, dass die Exzentrizität des Laufringes 3b  in bezug auf die     Rotationsaxe    des Zylinderblockes  vergrössert oder verkleinert wird, oder indem der Lauf  ring 3b analog dem Laufring 3a bei der Ausführungs  form nach     Fig.    3 und 4 um eine     Axe    gedreht wird,  die in der Blattebene von     Fig.    5 liegt, oder indem der  Zapfen 8 um die eigene     Axe    gedreht wird.  



  An Stelle des zylinderförmigen Laufringes 3b in  exzentrischer Anordnung nach     Fig.    5 könnte auch ein  zylindrischer Laufring 3c gemäss der Ausführungs  form nach     Fig.6    mit exzentrischer     Bohrung    mit  kreisförmiger Kugellaufbahn vorgesehen sein, der in  eine Führungsnut des Gehäuses analog der Nut 2  bei der Ausführungsform nach     Fig.    1 und 2 drehbar  eingesetzt ist, so dass eine     Regulierung    der Förder  menge der Pumpe innerhalb bestimmter Grenzen  auch durch Drehung des Laufringes um die     Gehäuse-          axe    vorgenommen werden kann.  



  Bei beiden vorstehend erläuterten Ausführungs  beispielen sind je vier gleichmässig über den Umfang  des Zylinderblockes 5 verteilte Bohrungen mit je  einem zylinderförmigen Kolben 13 mit Kugel 11  vorgesehen, von denen je zwei einander diametral  gegenüberliegende Kolben gleichzeitig eine Auswärts  bewegung und die anderen eine     Einwärtsbewegung     ausführen. Es können aber auch mehr als zwei  Paar     Bohrungen    mit Kolben vorgesehen sein.  



  Die Kugellaufbahn des Laufringes bei irgend  einem der beschriebenen     Ausführungsbeispiele    kann  auch derart ausgeführt sein, dass jeder Kolben wäh  rend einer vollen Umdrehung des Zylinderblockes  mehr als eine bzw. zwei Aus- und     Einwärtsbewegun-          gen    ausführt und dass die Zahl dieser Aus- und Ein  wärtsbewegungen bei einer exzentrischen Verstellung  einer kreisförmigen Kugellaufbahn verändert wird.      Bei der vorgesehenen Bauweise liegt die Kugel 11  in einer Vertiefung des äusseren Endes des Kolbens  und wird teilweise von der äusseren Kolbenwand  umfasst, wie insbesondere die     Fig.    7 zeigt.

   Der Kolben  13 selbst weist eine in die innere Druckkammer der  Bohrung 12 ausmündende Bohrung 15 auf, wodurch  beim Abrollen der Kugel auf der Kugellaufbahn des  Laufringes ein Schmierfilm sich bilden kann, der  ein reibungsarmes Abrollen ermöglicht. Vorzugsweise  weist der Sitz der Kugel im äusseren Ende des  Kolbens noch eine konische Ausweitung 16 auf,  wie     Fig.    7 zeigt, um den     übertritt    von Schmiermittel  an die Kugel zu begünstigen.

   Dasselbe Ergebnis wird  auch dann erreicht, wenn an Stelle der axialen  Kolbenbohrung 15 zwei oder mehr parallel zur       Kolbenaxe    angeordnete Bohrungen oder in die  Mantelfläche der Kolben eingearbeitete Rillen vorge  sehen sind, die gerade nur die zur Bildung des       Schmiermittelfilms    erforderliche Flüssigkeitsmenge  durchlassen.  



  Die Maschine kann statt als Pumpe auch als  Motor betrieben werden, wenn die Flüssigkeit der  oder den     Einlassöffnungen    unter Druck zugeführt  wird, während der Abfluss nach verrichteter Arbeit  drucklos erfolgt.  



  Ferner ist es möglich, eine Flüssigkeitspumpe  und einen hydraulischen Motor zu einem hydrau  lischen Getriebe     zusammenzubauen,    das     innerhalb     bestimmter Grenzen stufenlos regulierbar ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Als Pumpe oder Motor verwendbare, stufenlos regulierbare hydraulische Maschine mit einem Zy linderblock mit Kolben und einem Führungsring für die Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (13) an ihren äusseren Enden mit je einer in einer vertieft liegenden, auf der Laufbahn zum Abrollen bestimmten Kugel (11) versehen sind und ausserdem mindestens eine in die Druckkammer (12) ausmün dende Ausnehmung (15) aufweisen, um den Durch- tritt von Flüssigkeit zur Bildung eines Schmiermittel- films auf der Kugellaufbahn zu ermöglichen.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Hydraulische Maschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (3 bzw. 3a bzw. 3b bzw. 3c) zum Zwecke einer Änderung der Grösse der Hubbewegung der Kolben drehbar, gerad linig in bezug auf die Rotationsaxe des Zylinder blockes (5) verschiebbar oder um eine Axe schwenk bar angeordnet ist, wobei die Schwenkaxe die Axe des Zylinderblockes im rechten Winkel schneidet und in diesem Falle in einer durch den Mittelpunkt der Kugellaufbahn gehenden Ebene liegt. 2.

   Hydraulische Maschine nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d'ass der Zapfen (8) mit den Kanälen (9, 10) für die Zu- und Ableitung der Flüssigkeit zu bzw. von den Bohrungen (12) des Zylinderblockes (5) drehbar ist. 3. Hydraulische Maschine nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring für die Kugeln mit konkaver Laufbahn oder ohne Laufrille versehen ist. 4. Hydraulische Maschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring eine kreis förmige oder eine von der Kreisform abweichende unrunde Laufbahn besitzt. 5.

   Hydraulische Maschine nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn des Lauf ringes eine geometrische Form besitzt, die jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Kolben zur Ausführung der gleichen Relativbewegung in bezug auf die Rotationsaxe des Zylinderblockes ver anlasst. 6. Hydraulische Maschine nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln in Ver tiefungen der äusseren Kolbenenden liegen, welche Vertiefungen mit konischen Erweiterungen (16) ver sehen sind, die mit Bohrungen verbunden sind.