Hydraulische Maschine Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine und ist auch auf hydraulische Motoren und Flüssig keitsdruckpumpen anwendbar.
Es sind hydraulische Motoren mit einem Gehäuse bekannt, welches mehrere hydraulische Zylinder, die radial um einen freibeweglichen Lagerblock gruppiert sind, und eine in dem genannten Gehäuse drehbar gelagerte Welle mit einem Exzenter hat, der in einer zylindrischen Bohrung des Lagerblocks läuft. Die hydraulischen Zylinder sind zur übertragung des Flüssigkeitsdruckes auf den Lagerblock angeordnet und erteilen ihm eine Kreisbewegung mit einer re sultierenden Drehung entweder des Exzenters mit der Maschinenwelle oder des Maschinengehäuses und der hydraulischen Zylinder, wobei die Welle feststehend bleibt.
Solch hydraulische Motoren enthalten mecha nische Lagerflächen wie Gleitlager und/oder mecha nische Verbindungsstangen oder gleichwertige An ordnungen, was zu einer komplizierten Konstruktion führt.
Der allgemeine Zweck der vorliegenden Erfin dung besteht darin, hydraulische Maschinen zu ver bessern, um deren Konstruktion zu vereinfachen und deren Nutzeffekt zu erhöhen.
Die erfindungsgemässe Maschine hat ein Gehäuse, in welchem eine Welle drehbar gelagert ist, einen Ex zenter an dieser Welle, einen Lagerblock in dem Ge häuse, welcher den Exzenter umschliesst und eine Bohrung hat, welche eine Drehung des Lagerblocks und Exzenters relativ zueinander ermöglicht, mehrere hydraulische Zylinder, welche radial um die Axe der Welle in einer gemeinsamen, zu dieser Axe nor malen Ebene in einem der beiden durch das Gehäuse und den Lagerblock gebildeten Teile angeordnet sind, je einen in einem der Zylinder verschiebbaren hohlen Kolben, nachgiebige Mittel, welche bestrebt sind, den Kolben in Richtung auf den anderen der genannten Teile zu verschieben, einen schwebenden Ring,
wel cher entweder das Ende des Kolbens oder die ent gegengesetzte Fläche des anderen der genannten bei den Teile gleitend und dicht berührt und eine Dich tung für die Flüssigkeit bildet, im Zusammenhang miteinander und mit dem Innenraum des Kolbens stehende Öffnungen im Ring und dem diesem be nachbarten Kolbenende, und einen Durchlass in dem Lagerblock, durch welchen dessen Bohrung mit dem Raum kommuniziert, welcher durch den Innenraum des Kolbens und die genannten Öffnungen gebildet ist, derart,
dass die in den Zylindern nacheinander beim Betrieb der Maschine befindliche Flüssigkeit einen direkten Schub auf den Exzenter ausübt oder von diesem erfährt ohne übertragung durch mechani sche Mittel. Der genannte Ring ermöglicht es, dass die Druckflüssigkeit an einer Fläche innerhalb des Ringes wirkt und dadurch den Lagerblock im Gleich gewicht hält und ist auch als Massnahme gegen mangelhaftes Ausgerichtetsein der Oberfläche des Lagerblocks und des inneren Endes des Kolbens in bezug aufeinander vorgesehen.
Der genannte Ring kann einer Anzahl weiterer Wirkungen dienlich sein: a) wenn die Flüssigkeit unter Druck steht, ermög lichen es die Öffnungen durch die Mitte des Rin ges und den freibeweglichen Lagerblock und den Kolben, dem Druck der Flüssigkeit, welcher eine Belastung verursacht, unmittelbar am Zy linderkopf an einem Ende und am Exzenter durchmesser am andern Ende zu wirken;
b) wenn die Flüssigkeit unter Druck steht, wird in folge der drehenden Wirkung des Exzenters eine gleitende Dichtung zwischen der Fläche des Rin- ges und der Basis des hohlen Kolbens, wo diese sich berühren, hervorgerufen; c) der Ring ist in dem freibeweglichen Lagerblock so angeordnet, dass der Schub an der Mittellinie des Exzenters wirkt, wenn der Druck der Flüssigkeit auftritt; d) eine Dichtung zwischen der Fläche des Ringes und der Basis des hohlen Kolbens ist durch An ordnung einer geeigneten Druckausgleichsfläche zwischen den wirksamen Druckflächen des Rin ges und des Kolbens erzielt.
Diese Ausgleichs fläche ist derart, dass eine ausreichende dichtende Kraft zwischen der Fläche des Ringes und der Basis des Kolbens ohne übermässigen mechani schen Auflagedruck an diesem erreicht wird; e) um annehmbare Auflagebelastungen zwischen den Dichtungsflächen des Rings und der Basis des Kolbens zu erzielen, sind Rillen oder druckent lastende Öffnungen (Schlitze) an der Seite des Ringes vorhanden, welche das Druckgefälle quer zur Dichtungsfläche bestimmen; f) erforderlichenfalls kann eine zusätzliche Auflage fläche an dem Ring erzielt werden, indem die Ringfläche über die Druckentlastungsrille hinaus erstreckt wird.
Ein weiteres Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass Druckflüssigkeit den Zylindern durch die Maschinenwelle und eine um schliessende Büchse zugeführt wird, welche derart mit Durchlässen versehen ist. dass eine Entlastung der Maschinenwelle und damit eine gleichmässig ruhige Arbeitsweise mit minimaler Abnutzung sichergestellt sind.
Vorzugsweise erfolgt das Austreten der Flüssig keit aus den Zylindern auch durch die Maschinen welle und die oben genannte Büchse, in welchem Falle deren Durchlässe so angeordnet sein können, dass lediglich durch die Verwendung eines einfachen Umstellventils und ohne irgendeine andere Um steuerungsvorrichtung die Drehrichtung der Ma schinenwelle oder des Maschinengehäuses gewünsch- tenfalls umgesteuert werden kann.
In der Zeichnung sind beispielsweise einige kon struktive Ausführungsformen der erfindungsgemässen hydraulischen Maschine mit den obigen und anderen Merkmalen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform, bei welcher das Maschinengehäuse feststeht und die Rotorwelle ro tiert, teils im Querschnitt und teils in Stirnansicht, Fig. 2 einen axialen Schnitt zu Fig. 1, Fig. 3 einen Grundriss eines der Druckstauringe, Fig. 4 einen Aufriss (Schnitt) zu Fig. 3,
Fig. 5 eine Variante zu Fig. 1 und 2, bei welcher die Maschinenwelle stillsteht und das Maschinen gehäuse drehbar gelagert ist, teils im Querschnitt und teils in Stirnansicht, Fig. 6 einen axialen Schnitt zu Fig. 5, Fig. 6A eine konstruktive Einzelheit dieser Aus- führungsform, Fig.7 eine weitere Variante zu Fig. 1 in me chanisch invertierter Ausführung, teils im Querschnitt und teils in Seitenansicht, Fig. 8 einen axialen Schnitt zu Fig. 7,
Fig.9 einen teilweisen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Maschine mit einer modifizier ten Form des Ringes, Fig. 10 einen teilweisen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Maschine mit noch einer ande ren modifizierten Form des Ringes. In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind dieselben bzw. einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In der in Fig. 1 und 2 dargestellten hydraulischen Maschine ,sind fünf hydraulische Zylinder 1 radial um die Axe der Motorwelle 7 in einer gemeinsamen Ebene normal zu dieser Axe gruppiert. (Diese Ebene wird im folgenden Hauptquerschnittsebene der Ma schine genannt.) Diese Zylinder sind ortsfest in einem Maschinengehäuse 2 gehalten, welches in Stirnan sicht im wesentlichen die Form eines Fünfecks hat und zwei Naben 3, 4 aufweist, welche Lager 6, 6 für die Maschinenwelle 7 bilden.
Diese Welle hat einen Exzenter 8, welcher auf die Zylinder l aus gerichtet und in der zylindrischen Bohrung 9 eines Lagerblocks 10 drehbar angeordnet ist. Der Lager block 10 hat in Stirnansicht auch die Form eines regelmässigen Fünfecks, dessen Zentrum jedoch mit der Axe der Exzentrizität des Exzenters zusammen fällt.
In jedem hydraulischen Zylinder 1 ist ein hohler Kolben 11 mit flachem Boden verschiebbar. Die innere Endfläche 12 jedes der Kolben liegt zwang läufig dicht an einer der Seiten des fünfseitigen Lager blockes 10 an, indem eine Schraubenfeder 13 mit ihrem äusseren Ende an den Kopf des Zylinders und mit ihrem inneren Ende an eine innere Schulter 14 des Kolbens drückt. Eine zentral in der Endfläche 12 jedes Kolbens 11 angeordnete Öffnung 44 kommu niziert mit dem Hohlraum 45 des Kolbens und ist zu diesem koaxial.
In den Lagerblock ist für jeden Kol ben 11 ein Ring 15 eingesetzt, und die zentrale Öff nung 46 im Ring 15 ist koaxial zur Öffnung 44 in der Endfläche 12 des Kolbens 11, wenn letzterer die Stellung einnimmt, in welcher er am weitesten in seinem Zylinder 1 hineingeschoben ist, das ist die Stellung, in welcher sich der Kolben 11 des in Fig. 1 obersten Zylinders 1 befindet. Jeder Ring hat eine wirksame Fläche, als welche die Fläche aufgefasst werden soll, die zum Durchmesser D in Fig. 4 gehört, die nicht grösser ist als die der Zylinderbohrung. Je der Ring ist in einer Aussparung des fünfseitigen Lagerblocks in begrenztem Masse der Grössenord nung einiger Tausendstel von 25 mm beweglich.
Der frei bewegliche Lagerblock und der Ring sind mittels einer geeigneten Dichtung 16 gegeneinander ab gedichtet. Schrauben 43 halten die Ringe in ihrer Stellung, ohne die oben erwähnte Beweglichkeit zu stören. Fünf radiale Durchlässe 17, die in der oben ge nannten Hauptquerschnittsebene angeordnet sind, er strecken sich von der zylindrischen Bohrung 9 des fünfseitigen Lagerblocks 10 je zu einer der fünf Seiten des Blockes und damit zum Innern des zu gehörigen hydraulischen Zylinders 1.
In derselben Hauptquerschnittsebene ist der Umfang des Exzenters 8 auf der Maschinenwelle 7 mit zwei einander gegen über angeordneten, bogenförmig verlaufenden Nuten 18, 19 versehen, die an beiden Enden durch Stege 20, 21 getrennt sind, die Verschlussmittel darstellen, welche die oben genannten radialen Durchlässe 17 zudecken und freigeben, wenn der Exzenter und die Maschinenwelle rotieren.
Zwei Kanäle 22, 23 erstrecken sich längs der Ma schinenwelle 7 parallel zu deren Axe. Diese Kanäle sind je an einem Ende mit einer der vorerwähnten bogenförmig verlaufenden Nuten 18, 19 des Ex zenters 8 und je am andern Ende mit einer von zwei Ringnuten 24, 25 verbunden, die einander benach bart in der Maschinenwelle gebildet sind. Eine Büchse 26 umgibt diesen Endteil der Maschinenwelle in einer der Naben des Maschinengehäuses. Diese Büchse hat eine Anzahl radiale Durchlässe 27, 28, durch welche Flüssigkeit von einem kreisförmigen Teil in der Nabe 4 zu den Ringnuten 24, 25 fliessen kann. Elastische Dichtungen 29 sind um den Umfang der Büchse eingefügt, um eine eventuelle Exzentrizität oder Reibung bzw. Abnutzung, die auftreten könnten, aufzunehmen.
Zwei radiale Öffnungen 30, 31 erstrek- ken sich durch die Gehäusenabe 4 je in einen re duzierten Teil der Büchse 26. Diese Öffnungen sind mit Gewinde zum Abschluss von Leitungen versehen.
Wenn die Öffnung 31 als Einlassöffnung ver wendet wird, fliesst das einströmende Öl durch den Kanal 22 in die bogenförmig verlaufende Nut 18, dann durch den Durchlass 17, die Öffnung 46 des Ringes 15 und die Öffnung 44 in der inneren Enfläche des hohlen Kolbens 11 in den Kolben-Hohlraum 45. Die Öffnungen 46 und 44 schliessen aneinander und an den Kolben-Hohlraum 45 an.
Der Druck des im hohlen Zylinder 11 gelangten Öls wirkt an einem Ende auf die Innenfläche des Zylinderdeckels und am anderen Ende auf die Mittellinie des Exzenters 8 und bewirkt, dass die Welle rotiert. Die Dichtungs fläche zwischen dem Kolben 11 und dem Ring 15 ermöglicht eine unbedeutende Ölströmung in das Maschinengehäuse 2. Wenn die Maschinenwelle 7 rotiert, schliessen und öffnen die Stege 20 die Durch lässe 17 und ermöglichen es dem Öl, entweder in den Zylinder 1 hinein oder aus diesem heraus zu fliessen.
Das Öl fliesst aus dem Raum 45 des Kolbens 11 durch die genannte Öffnung 44 bzw. 46, die im Zusammen hang mit dem Hohlraum und miteinander in der inneren Endfläche 12 des Kolbens 11 stehen und durch den Ring 15 in die bogenförmig verlaufende Nut 19, durch den Kanal 23 und durch die Öffnung 30 heraus.
Schliesslich kommuniziert das Innere des Ma schinengehäuses durch einen radialen Durchlass, wel- cher dem Exzenter benachbart ist, und einen axialen Kanal in der Maschinenwelle mit einem Ableitungs- anschluss 32 in einem Stirndeckel einer der Gehäuse naben.
Bei der beschriebenen Konstruktion ist die An ordnung der Durchlässe sehr einfach, und da die Büchse vorgesehen ist, wird eine Entlastung der unter Druck stehenden Maschinenwelle erzielt. Es sind keine Verbindungsstangen vorhanden, was ebenfalls zur Vereinfachung führt.
Indem die radialen Öff nungen 30, 31 durch ein Umsteuerventil mit der Zu fuhr der Druckflüssigkeit und dem Sumpf verbunden werden, kann weiterhin eine Umsteuerung der Dreh richtung der Motorwelle gewünschtenfalls bewirkt werden, ohne dass irgendeine andere Umsteuerungs- vorrichtung erforderlich ist.
Die im Betrieb der Maschine jedem Zylinder 1 zugeführte Druckflüssigkeit übt einen solchen Schub aus, dass dem Druck auf den Lagerblock 10 der Druck auf die Unterseite des Blockes entgegenwirkt, was dann wieder auf den Exzenter 8 wirkt und eine Dre hung desselben und der Maschinenwelle 7 verursacht. Während dieser Drehung wird jeder Zylinder nach einanderfolgend von der Zufuhr getrennt und zur Auslassleitung geöffnet.
Die Kolben 11 in den hydrau lischen Zylindern haben jederzeit während ihrer Be wegung dichtgleitende Berührung, welche mit ihnen durch die im Lagerblock untergebrachten Ringe her gestellt wird. Die bevorzugte Form des Ringes ist in Fig. 3 und 4 gezeigt, aus denen ersichtlich ist, dass die Dichtungs fläche eine Umfangsrille 40 hat, von welcher Auslass- rillen 41 zum äusseren Rand der Fläche erstreckt sind, durch welche der Druckabfall längs der genannten Fläche beherrscht wird. Bei der in Fig. 5, 6 und 6A gezeigten Ausfüh rungsform sind die Maschinenwelle 7 feststehend und das Maschinengehäuse 2 drehbar angeordnet.
Die Zu fuhr der Druckflüssigkeit erfolgt durch Kanäle 22A, 23A in der Welle, und de Anordnung ist so, dass bei rotierendem Maschinengehäuse auch der Lagerblock 10 um den Exzenter 8 rotiert, welcher stillsteht. Die Konstruktion ist, abgesehen von den eben erwähnten Merkmalen, ähnlich der zuerst beschriebenen Aus führungsform.
Nach Fig. 7 und 8 sind die Zylinder 1 im Lager block 10 enthalten, statt vom Maschinengehäuse 2 ge tragen zu sein, an welchem jedoch innere Widerlager 42 befestigt sind, deren jedes eine Aussparung zur Aufnahme des Ringes 15 und des Dichtungsringes 16 hat. Wie ersichtlich, ist diese Anordnung lediglich die mechanische Umkehrung derjenigen nach Fig. 5, 6 und 6A, und die Wirkungsweise ist ähnlich der unter Bezugnahme auf diese Figuren bereits beschriebenen.
Die in Fig. 9 gezeigte Variante der Ringe ist tiefer gebaut als die Aussparung im Lagerblock und hat einen äusseren Flansch 15A, welcher an der zugeord neten Fläche des Lagerblocks 10 ausserhalb der Aus sparung im letzteren, in welche der Teil 15 des Rin- ges hineinragt und welche den Dichtungsring 16 ent hält, anliegt.
In der in Fig.10 gezeigten anderen Variante der Ringanordnung greift jeder solcher Ring 15 in eine Vertiefung in dem zugehörigen Teil 12 des Kolbens 11 und stösst an der Fläche des Lagerblocks 10. Der Dichtungsring 16 ist in dieser Vertiefung im Ende 12 des Kolbens 11 angeordnet.
Wie ersichtlich, übt bei allen beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen der Erfindung die den Zylindern der Maschine zugeführte Druckflüssig keit einen direkten Schub auf den Exzenter aus, ohne dass Verbindungsstangen oder dergleichen dazwischen sind, und ohne dass äussere Hochdruckdichtungen nötig sind.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Bei spielsweise kann die Maschine abweichend von den gezeigten fünf Zylindern auch eine andere Anzahl hydraulischer Zylinder haben.