Hydraulische Maschine mit stetig veränderbarem Förder- bzw. Schluckvolumen Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine mit stetig veränderbarem Förder- bzw. Schluckvolumen, welche Maschine mindestens einen verstellbaren Füh rungsring mit einer gegen innen gerichteten Laufbahn für das Steuern der radialen Bewegung von relativ zu diesem Ring umlaufenden Pump- oder Förderelementen wie Kolben oder dgl. aufweist.
Es sind Maschinen dieser Art mit in radialer Rich tung verschiebbaren Kolben für sogenannte Regelantrie be bekannt geworden. Diesen Maschinen haftet ein grundlegender Nachteil an. Bei sämtlichen bekannten Konstruktionen ist ein kreisförmiger Ring mit einer innenliegenden Kurvenbahn vorgesehen; ferner sind Hal- terungsmittel vorhanden, mit welchen der genannte Ring gegenüber dem Sternpunkt der Radialkolben sich ver schieben lässt. Bei konzentrischer Anordnung von Kol benstern und Führungsring führen die Kolben keine Hubbewegungen aus.
Sobald der Führungsring gegenüber dem Kolbenstern exzentrisch verschoben wird, sind die Kolben bei einer relativen Bewegung zwischen diesen beiden Elementen gezwungen, eine Hubbewegung auszu führen. Diese ist um so grösser, je exzentrischer die Stellung des Führungsringes ist. Es leuchtet nun ohne besondere Erläuterungen ein, dass bei grosser Exzentrität des Führungsringes die auf diesen durch die Kolben ausgeübten, ungleichmässig verteilten Kräfte eine sehr einseitige, hohe Belastung des Führungsringes mit sich bringen. Dadurch ergibt sich die Forderung nach einer sehr starren und damit aufwendigen Halterung des Führungsringes. Zudem nehmen die Lagerdrücke des im allgemeinen drehbar angeordneten Zylindersterns sehr hohe Werte an.
Diese Umstände versteuern die Kon struktion, erhöhen den Verschleiss der Maschinenteile, vergrössern das Gewicht der Maschine und erschweren die Regelung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe der Schaffung einer neuartigen Maschine zugrunde, bei wel cher der Führungsring derart ausgebildet ist, dass sich die geschilderten Nachteile vermeiden lassen. Die Lösung dieses Problems liegt gemäss der Erfindung darin, dass der Führungsring in der durch ihn definierten Ebene verformbar ist und auf seiner Aussenseite durch mehrere radial gegen innen wirkende Stützglieder gehalten ist, von denen sich mindestens ein Teil zwecks Änderung der geometrischen Form der Laufbahn durch eine Regelein richtung in radialer Richtung verstellen lässt. Eine Ma schine mit einem in dieser Weise verformbaren Füh rungsring kann als Radialkolbenpumpe oder -motor ausgebildet sein.
Anstelle von Kolben könnte man als Pump- oder Förderelemente auch Flügel oder dgl. ver wenden, wie sie in den bekannten Flügelzellenpumpen bzw. -motoren Anwendung finden.
Mit Vorzug ist der elastisch verformbare Führungs ring stillstehend in der Maschine angeordnet. Wenn nun die genannten Deformierungsmittel derart ausgebildet sind, dass der Führungsring mit Bezug auf die Rotations achse der Pump- oder Förderelemente punktsymmetrisch verformt wird, dann können die unerwünschten Kräfte nicht entstehen. Die erwähnten Nachteile werden in diesem Falle sogar völlig eliminiert, so dass sich eine gedrungene, leichte und wesentlich billigere Konstruktion von hoher Betriebssicherheit ergibt.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbei spiel einer als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Maschi ne nach der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 eine entlang der Linien 1-1 der Fig. 2 geschnit tene Ansicht der Pumpe, Fig.2 einen Schnitt nach den Linien 2-2 gemäss Fig. 1, wobei die nicht zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile weggelassen sind, und Fig. 3 und 4 in vereinfachter Darstellung der Fig. 1 entsprechende Schnitte bei verschiedenen Arbeitspositio nen der Regelglieder.
Die als Beispiel veranschaulichte Radialkolbenpumpe ist durch ein Gehäuse 1 und einen Gehäusedeckel 2 geschützt. Dieses Gehäuse wird durch einen Fuss 3 getragen. Eine Antriebswelle 4 durchdringt den Deckel 2 und geht im Innern des Gehäuses in einen mit Zylinder bohrungen 6 ausgestatteten Zylinderstern 5 über, welcher in bekannter Weise eine Anzahl von gleichmässig auf den Umfang verteilten Förderkolben 7 trägt. Die Gesamtheit von Zylinderstern und Kolben wird üblicherweise als Kolbenstern bezeichnet. Die Ansätze 8 der Kolben 7 tragen querlaufende Bolzen 9 mit daran frei drehbar sitzenden Rollen 10. Diese Rollen laufen in ähnlicher Art auf der Innenseite von zwei Führungsringen 13.
Besonde re Federmittel sind nicht notwendig, da die Förderkolben 7 bei unilaufender Achse 4 automatisch nach aussen gedrückt werden.
Der drehbar gelagerte Zylinderstern 4 ist hohl; er nimmt einen feststehenden Mittelzapfen 11 mit vier Kanälen 12 auf. Hierbei sind die Anordnung dieser Kanäle 12 und die Anzahl der Förderkolben derart gewählt, dass bei der weiter unten beschriebenen ellipti schen Verformung des Führungsringes 13 jeweils zwei einander gegenüberliegende Kanäle zum Ansaugen des Druckmediums und die zwei restlichen Kanäle als Druckkanäle des genannten Mediums wirksam sind. Dieses Drehschieberprinzip ist auf dem Gebiet, auf welchem sich die Erfindung bewegt, grundsätzlich be kannt.
Die beiden Führungsringe 13 sind durch Bolzen 14 gegen eine unerwünschte Drehbewegung gesichert. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Führungsringen bestehen die Führungsringe der erfindungsgemässen Ma schine nicht aus einem starren Material wie etwa Gussei- sen oder dgl., sondern aus einem biegeflexiblen Material, welches ein stetiges Verändern der Kurvenform an die jeweils geforderten Verhältnisse erlaubt. Als Material für die Ringe 13 kommt beispielsweise ein Kunststoff wie Nylon od. dgl. in Frage.
Das Material darf also nicht etwa weich sein, ansonst würden beim Abrollen der mit Druck gegen die Ringe 13 anliegenden Rollen 10 Energieverlu ste auftreten. In gewissen Füllen wird man Führungsringe aus einem elastischen Metall wie Federstahl, Bronze oder dgl. wählen. Zudem kann es vorteilhaft sein, die günsti gen Eigenschaften von Metall und Kunststoff dadurch zu vereinigen, dass die deformierbaren Führungsringe auf der gegen die Kolben gerichteten Seite mit einem Metall balg versehen sind.
Jede der beiden Kurvenbahnen bzw. Führungsringe 13 trägt vier Bolzen 16 mit daran drehbar gelagerten Rollen 17, die gegen in einen Stellring 18 eingearbeitete Kurven 19 anliegen. Der Stellring ist über Lagerrollen 20 am Gehäuse gelagert. Er ist über Schrauben 23 mit einer geschlitzten Gabel 22 fest verbunden. In der durch die Gabel 22 geschaffenen Ausnehmung liegt ein von einer durch ein Handrad 26 betätigbaren Spindel 25 durch drungener Lagerstein 24. Je nach der Drehrichtung des Handrades 26 wird der Stellring 18 entweder im Uhrzei ger- oder Gegenuhrzeigersinn verdreht.
Während der genannten Drehbewegung des Stellrin ges 18 wirken die einander paarweise gegenüberliegenden Kurven 19 derart, dass die Kurvenbahn 13 eine ellipsen- ähnliche Form annimmt. Diese Verhältnisse sind in den Fig. 3 und 4 besonders deutlich erkennbar. In der in Fig. 3 gezeichneten Stellung der Gabel 22 ist die Lage der Ellipse derart, dass die vertikal übereinander liegenden Kanäle 12 als Saugkanäle und die beiden horizontal ausgerichteten Kanäle als Druckkanäle wirksam sind.
Umgekehrt sind die Verhältnisse bei der in Fig.4 illu strierten Lage der Kurvenbahnellipse. Man sieht daraus, dass beim Drehen des Handrades 26 die Gabel 22 von der einen in die andere Extremstellung bewegt wird und die Ringe 13 die elliptische Form allmählich verlieren, hierauf eine Kreisform annehmen, worauf die Form wiederum zunehmend elliptisch wird. Allerdings ist die Lage der grossen Ellipsenachse in den beiden Regelend- stellungen um 90 verschieden. Es ist somit ein stufenlo ses Verstellen der Fördermenge der Pumpe möglich.
Ferner wird beim Überschreiten der Mittelstellung die Förderrichtung der Pumpe geändert.
Hydraulic machine with continuously variable delivery or absorption volume The invention relates to a hydraulic machine with continuously variable delivery or absorption volume, which machine has at least one adjustable guide ring with an inwardly directed track for controlling the radial movement of revolving relative to this ring Has pump or delivery elements such as pistons or the like.
There are machines of this type with pistons displaceable in the radial direction Rich for so-called control drives be known. There is a fundamental disadvantage to these machines. In all known constructions, a circular ring with an internal curved path is provided; there are also retaining means with which the said ring can be displaced with respect to the star point of the radial piston. If the piston and guide ring are arranged concentrically, the pistons do not perform any stroke movements.
As soon as the guide ring is shifted eccentrically with respect to the piston star, the pistons are forced to perform a reciprocating movement trainees during a relative movement between these two elements. This is greater, the more eccentric the position of the guide ring. It is now evident, without any particular explanation, that when the guide ring is very eccentric, the unevenly distributed forces exerted on it by the piston result in a very one-sided, high load on the guide ring. This results in the requirement for a very rigid and thus complex mounting of the guide ring. In addition, the bearing pressures of the generally rotatably arranged cylinder star assume very high values.
These circumstances pay taxes on the construction, increase the wear and tear on the machine parts, increase the weight of the machine and make control more difficult.
The present invention is based on the object of creating a new type of machine in which the guide ring is designed in such a way that the disadvantages described can be avoided. The solution to this problem is, according to the invention, that the guide ring is deformable in the plane defined by it and is held on its outside by several radially inwardly acting support members, of which at least a part is to change the geometric shape of the raceway through a Regulatory device can be adjusted in the radial direction. A machine with a deformable guide ring in this way can be designed as a radial piston pump or motor.
Instead of pistons, wings or the like could also be used as pumping or conveying elements, as are used in the known vane pumps or motors.
The elastically deformable guide ring is preferably arranged stationary in the machine. If the deformation means mentioned are designed in such a way that the guide ring is deformed point-symmetrically with respect to the axis of rotation of the pumping or conveying elements, then the undesired forces cannot arise. The disadvantages mentioned are even completely eliminated in this case, so that a compact, lightweight and significantly cheaper construction with high operational reliability results.
The drawing illustrates an exemplary embodiment of a machine designed as a radial piston pump according to the invention. 1 shows a sectional view of the pump taken along the lines 1-1 of FIG. 2, FIG. 2 shows a section along the lines 2-2 in FIG. 1, the parts not required for understanding the invention being omitted , and Fig. 3 and 4 in a simplified representation of FIG. 1 corresponding sections in different Arbeitsspositio NEN of the control elements.
The radial piston pump illustrated as an example is protected by a housing 1 and a housing cover 2. This housing is supported by a foot 3. A drive shaft 4 penetrates the cover 2 and goes inside the housing into a cylinder star 5 equipped with cylinder bores 6, which in a known manner carries a number of delivery pistons 7 evenly distributed over the circumference. The entirety of the cylinder star and piston is usually referred to as a piston star. The lugs 8 of the pistons 7 carry transverse bolts 9 with rollers 10 that are freely rotatable on them. These rollers run in a similar manner on the inside of two guide rings 13.
Special spring means are not necessary since the delivery pistons 7 are automatically pushed outwards when the axis 4 is not running.
The rotatably mounted cylinder star 4 is hollow; it receives a stationary central pin 11 with four channels 12. Here, the arrangement of these channels 12 and the number of delivery pistons are chosen such that in the case of the elliptical deformation of the guide ring 13 described below, two opposing channels for sucking in the pressure medium and the two remaining channels are effective as pressure channels of the medium mentioned. This rotary valve principle is in the field in which the invention moves, basically be known.
The two guide rings 13 are secured against undesired rotational movement by bolts 14. In contrast to the previously used guide rings, the guide rings of the machine according to the invention are not made of a rigid material such as cast iron or the like, but of a flexible material which allows the curve shape to be continuously changed to the required conditions. A plastic such as nylon or the like is, for example, a suitable material for the rings 13.
The material must not be soft, otherwise 10 Energieverlu ste would occur when rolling the rollers resting against the rings 13 with pressure. In certain cases, guide rings made of an elastic metal such as spring steel, bronze or the like will be chosen. In addition, it can be advantageous to combine the favorable properties of metal and plastic in that the deformable guide rings are provided with a metal bellows on the side facing the piston.
Each of the two cam tracks or guide rings 13 carries four bolts 16 with rollers 17 rotatably mounted on them, which bear against cams 19 machined into an adjusting ring 18. The adjusting ring is mounted on the housing via bearing rollers 20. It is firmly connected to a slotted fork 22 via screws 23. In the recess created by the fork 22 is a spindle 25 actuated by a handwheel 26 through penetrated bearing block 24. Depending on the direction of rotation of the handwheel 26, the adjusting ring 18 is either rotated clockwise or counterclockwise.
During the mentioned rotary movement of the adjusting ring 18, the curves 19 lying opposite one another in pairs act in such a way that the curved path 13 assumes an elliptical-like shape. These relationships can be seen particularly clearly in FIGS. 3 and 4. In the position of the fork 22 shown in FIG. 3, the position of the ellipse is such that the channels 12 lying vertically one above the other act as suction channels and the two horizontally aligned channels as pressure channels.
The opposite is true for the position of the curved path ellipse illustrated in FIG. It can be seen from this that when the handwheel 26 is turned, the fork 22 is moved from one extreme position to the other and the rings 13 gradually lose the elliptical shape, then assume a circular shape, whereupon the shape again becomes increasingly elliptical. However, the position of the large axis of the ellipse is 90 different in the two control end positions. A stepless adjustment of the delivery rate of the pump is thus possible.
Furthermore, the direction of delivery of the pump is changed when the middle position is exceeded.