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Hydraulische Vielzellen-Drehkolbenriaschine Die Erfindung betrifft
solche hydraulische, insbesondere zur Verwendung sowohl als Antriebs- als auch:
als Abtriebsglied eines hydraulischen Getriebes geeigneteVielzellen-Drehlcolbenmaschinen,
welche Birnen einseitig gelagerten Exzenterdrehkolben mit Radialschiebern besitzen,
die sich mit ihren äußeren Randkanten an einem im Leitgehäuse umlaufenden Ring abstützen,
bei dem zum Zwecke der Druckentlastung auf der Außenfläche mehrere von den feststehenden
Gegenlagerflächen, umgrenzte Hohlräume gebildet sind, die m,It den. Arbeitszellen
in Verbindung stehen.
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Die Erfindung bezweckt, Drehkolbenmaschinen dieser Art so weiterzuentwickeln
und zu verbessern, daß sie für sehr hohe Bietriebsdrücke, hohe Drehzahlen und auch
zur Verwendung als Pumpe für h.ydraulisohe Druckgußmasdhinen und j Kunststoffpressen
geeignet sind.
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Der Bau und der Betrieb von Vielzellen-Drehkolbenmase!hinen wird bekanntlich
um so sch-,vieriger, je höher der Druck des Arbeitsmittels und je höher die Drehzahl
ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei, solchen Maschinen einseitige Lagerbelastungen
und eine 'hohe Reibung der Schieberkanten gegeben sind. Die Abdichtung der umlaufenden
Teile bereitet erhebliche Schwierigjkeiten. und erfordert teuere Paßarbeiten. Man
hat bereits vorgeschlagen, eine Druckentlastung dadurch herbeizuführen, daß man
den Druckraum und gegebenenfalls auch den Saugraum durch Kanäle mit gegenüberliegenden.
Seiten der Lagerschalen je eines Lagers verbunden hat. Für sehr hohe Drücke, etwa
in der Größenordnung von: r5o atü, wie sie bei Pumpen für Druckgußmaschinen oder
Kunststoffpressen gegeben. sind, reicht diese Maßnahme nicht aus.
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Die bei hohen Drehzahlen erheblichen auf die Radialsahieber einwirkenden,
Fliehkräfte und die damit verbundenen hohen Reibungskräfte führten zu der Maßnahme,
einen Laufring im Leitgehäuse anzuordnen, gegen den sich die Radials.cbieber abstützen:
und der von ihnen mitgenommen wird. Aber schon, bei verhältnismäßig niedrigem Druck
des Arbeitsmittels ist infolge der Druckbeaufschlagung der Rollwiderstand dieser
Laufringe höher als die aus der F1ieQhkraftwirkung resultierende Reibung der Radialschieber
an der Innenwandung der Laufringe, so daß diese nicht mehr umlaufend und praktisch
derselbe Zustand gegeben ist wie heim Nichtvorhandensein solcher Laufringe. Um dem
zu begegnen, griff man zu der Maßnahme, auf der äußeren Peripherie des Laufringes
mehrere vorn den feststehenden Cegenlagerflächen umgrenzte Hohlräume vorzusehen,
die mit den Arbeitszellen in Verbindung stehen.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß von den bekannten
Verbesserungsmaßnahmen bei der Schaffung einer für hohe Betriebsdrücke und hohe
Drehzahlen geeigneten Drehkolbenmaschine ausgegangen werden kann, wenn diese in
geeigneter Weise vereinigt und so weiterentwickelt «-erden, daß ihre Nachteile beseitigt
sind'.
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Von den bekannten Ausführungs.formen unterscheidet sidh die Drehkolbenmasdmne
nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen dadurch, daß der umlaufende Ring
mit einer im Verhältnis zur Zahl der Arbeitszellen überaus großen Zahl von Aussparungen
versehen ist, die sich außer über die Außenfläche auch über diie Stirnflächen des
umlaufenden Ringes erstreckcn., durch schmale Zwisdhenstegie getrennt- und durch
schmale Randstege begrenzt sind und durch radiale Nuten in den Randstegen mit den
Arbeitszellen in Verbindung stehen, und daß ferner auch die bewegten Lagerflächen
des Exzenterdreehkolbens Ausspa-rungeir aufweisen, deren Zahl der Anzahl der Arbeitszellen
enitspridht und die von der feststehenden Gegenlagerfläche begrenzte, durch Bohrungen,
Nuten od. dgl. mit der jeweils gegenüberliegenden Arbeitszelle verbundene Druckbeaufschlagungszellen
darstellen.
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Damit sich die Druckentlastung möglichst genau nur auf die in Frage
kommenden Bereiche der Lagergleitflächen des Drehkolbens und des Laufringes erstreckt,
weiset die Lagergleitfläohe des Drehkolbens, welche vorzugsweise kegelig gestaltet
ist, eine der Zahl der Arbeitszeller- entsprechende Anzahl fladher, durch schmale
Zwischenstege getrennter und von schmalen Randstegen begrenzter trapezförmiger Aussparungen
auf, von denen jede mit der gegenüberliegenden Arbeitszelle durch ineinander mündende,
zweckmäßig axial und radial verlaufende Bohrungen verbunden ist.
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Die konstruktiv zwangläufig sich ergebende seitliche Versetzung der
Druckbeaufschlagungszellen in der Lagergleitfläche des Drehkolbens gegenüber den
Arbeitszellen
macht einen Ausgleidh des hierdurch am Dren@l,ol:ben entstehenden Belastungsdrehmoments
durch ein entsprechendes Gegenmoment notwendig. Dieses Gegenmoment wird nach der
Erfindung dadurch erzielt, daß die Stirnfläche am freien Ende des Drehkolbens, mit
welcher dieser gegen die das Arbeitsgehäuse an: einem Ende abschliießen.de Wand
anliegt, entsprechend der Zahl der Arbeitszellen mit zur Mittelachse der Manteloberfläche
des Drehkolbens konzentrischen Randabstufungen versehen ist, die jeweils von einem
Radialschieber bis zum nächsten reichen. Diese Randabstufungen stellen somit in
der entsprechendem Gegenr icntung der Druckbeaufsch:lagungszellen in der Lagerglei.tflädlie
dies Drehkolbens wirkende Druckbeaufschlagungsflächen dar, welche durch möglichst
der Schieberdicke entsprechende Zwisch:nstege getrennt sind.
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Ferner sind, innerhalb der Druclbea:ufsciila,-ungszellen der keeelieen
Lagergleitfläcbe des Drehkolbens ehonfalls zum B.elastungs:drehmomerit gegensinnig
wirksame Druckheaufscnlagungsflächen vorhanden:, durch welche ein Gegenmoment gegeben
ist. Der für die Größe dieses Gegenmoments in Betracht zu z:eliend,e Teil dieser
Druckbeaufschlagungsflächen ist abhängig von der Neigung der kegeligen Lagergleitfläche
des Drehkolbens. Durch entsprechende aufeinander abgestimmte Dimensionierung der
Neigung der kegeligen Lagergleitfläche sowie der Breite der Randabstufungen der
Stirnfläche des Drehkolbens ist erfin dungsgemäß ein, vollständiges Gleichgewicht
zwischen dem auf den Drehkolben einwirkenden Belastungsdrehmoment und den G",eninoment-en
gewährleistet, so daß auch diie Führungslager d:s Drehkolbens völlig entlastet.
sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden
Beschreibung der Zeichnung näher erläutert, die als Ausführungsbeispiel ein stufenlos
regelbares hydraulisches Getriebe zeigt, welches auf im Rahmen der Erfindung liegende
vorteilhafte Weise aus zwei Drenlcol "e:nmasrh:inen nach der vorliegenden Erfindung
zusammengesetzt ist, von denen die eine das regelbare Antriebs-, die andere das
nicht regelbare Abtriebsglied bildet.
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Fig. i ist ein senkrechter, im wesentlichen: in der Längsmittelebene
verlaufender Schnitt durch das Getriebe; Fig. 2 ist ein quer geführter, nach Linie
II-II in Fig. i verlaufender Schnitt; Fig. 3 ist ein nach der Linie III-111 in Fig.
i gefü'hirter Schnitt; Fing. .I und 7 zeigen die Lagerplatten, gegen die sich die
Drehlkollien mit ihren freien Enden abstützen, in Vorderansicht; Fig.6 veranschaulicht
die Ausbildung der Enden der Radiialsc'hielier; Fig. ;, bis c3 sInd vergrößerte
Teilansichten des Laufringes, und zwar Fig. 7 in Draufsicht, Fig. 8 in S,e,itenansidcht
und Fig. 9 im Querschnitt nach Linie IX-IX in Fig: 8; Fig. io zeigt die freie-Stirnflädhe
des Dneiblcolhens; Fig. i i stellt die Draufsicht auf einten Drehkolben dar und
veranschaulicht dIe auf ihn: wirkenden Kräfte und Drehmomente; Fig. 12 ist ein nach
der Linie KII-YII geführter Querschnitt durch den Drehkolben nach den Fig. io und
i i.
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Das in der Zeichnung dargestellte hydraulische Getriebe besteht aus
zwei. in: einem gemeinsamen Gehäuse vereinigten, miteinander achsfluchtenden Drehltolbenmascliinen,
von denen die eine das Antriebsglied bildet und regelbar ist, während die andere,
das Abtriebsglied., nicht regelbar ist. Es könnte jedoch, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen, auch die das Abtriebsglied bildende Drehkolbenmasohine regelbar ausgebildet
sein., während die das Antriebsglied hildende Maschine nicht regelbar ist. Die rechte
Hälfte der Fig. i stellt den regelbaren Teil, die linke Hälfte dem. nicht regelbaren:
Teil dir. Es sind, was die Fabrikation erheblich vereinfacht, für beide Maschinen
weitgehend die gleichen Teile verwendet. Beide Maschinen besitzen den gleichen Grundaufbau,
und zwar einen im Gehäuse exzentrisch gelagerten Drehkolben mit vier Radii:alschiebern,
welche sich mit ihren Innenkanten an einem frei beweglichen Führungsbolzen abstützen
und, welche im Betrieb unter Einfluß der Fliehkräfte mit ihren Außenkanten gegen
einen im Leitgehäuse mit ihnen umlaufenden Ring anliegen. Bei der regelbaren Drehkolbenmasch:ine
ist das Leitgebäuse exzentrisch zum Drehkolben verschiebbar, und die Radialschieber
sind. in bekannter Weise zwangläufig so geführt, daß sie in jeder Verstellage des
1_,eitgehäuses eine genau kreiszylindrische Hüllbahn beschreiben.
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Wie Fig. i zeigt, sind die beiiden Dnehkolbenmaschin en in einem gemeinsamen
im wesentlichem zylindrisdli:en, zwecl<mäß@ig gegossenen Gehäuse i vereinigt,
welches außen mit Rippen 2 zur Kühlung und mit Ansätzen 3 zur Befestigung versehen
ist. Der zylindrische Hohlraum des Gehäuses i ist durch eine mittige Zwischenwand
d. in zwei Teile getrennt, von denen jeder eine_der beiden Drefikolbe:nimaschinen
aufnimmt. Die aus einem Kolbenkörper 5 bzw. 6 und einem in deren Naben 7 bzw. 8
eingesetzten Wellenstumpf 9 bzw. io bestehenden Drehkolben der beiden Maschinen
sind im G.enäuse i exzentrisch und mitieinander achsfluchtend angeordnet. Die beiden
Drehkolben 5, 7, 9 bzw. 6, 8, io sind einseitig frei gelagert, und zwar mittels
kegeliger Lagergleitflächen i i bzw. 12 in entsprechenden. kegehgen, mit Lagermetall
ausgegossenen Lagerbohrungen 13 bzw. 14 von zylindrischen Lagerkörpern 15 bzw. 16,
die in den vorderen Teil der beiden Hohilräume des Gehäuses i eingeschoben sind
und mittels der zyl.indirischen Deckel 17 bzw. 18 zur Anlage gegen die beiden, Leitgehäuse
i9 bzw. 20 gebracht sind, welche ihrerseits ihr Wid2rlag:or an kreisförmigen Lagerplatten
21 bzw. 22 finden, welche gegen, die das Gehäuse i unterteilende Zwischentwand4
anliegen. Die beidseitig das Gehäuse i abschließenden. und mit diesem verschraubten
Deckel 17 bzw. 18 besitzen .einen halsförmigen nAnsatz23 bzw. 2.I, in dem ein Führungslager
25 bzw. 26 zur Lagerung des @N'ellenstumpfes 9 bzw. io der Drehkolben angeordnet
ist. Mit seiner Stirnfläche am freien Ende liegt jeder der b@id-en Drehkolbenkörper
5 bzw. 6 gegen die ihm zugeordnete Lagerplatte 21 bzw. 22 an, die, um einte gute
Abdichtung zwischen den berührenden Flächen zu erzielen, geschliffen und gegebenenfalls
auch gehärtet ist. Von der Stirnfläche aus sind auch die in bekannter Weise auswechselbaren
Filhrungen 29 bzw. 30 für die Radiialsrhieber 27 bzw. 28 in die Drehkolbenkörper
5 bzw. 6 eingelassen (Fig. 2 und 3). Die zur Gewichtserleichterung in Form
eines Abschnittes eines Hoih:lzylinders ausgebildeten frei beweglichen Führungsbolzen
31 bzw. 32 für die Radialschieber Befinden sich in einer der von der freien Stirnfläche
der DrehlZolbenkörper 5 bzw. 6 ausgehenden, zylindrischen, zur Mantelfläche der
Drehkolbenkörper konzentrischen Aussparungen 33 bzw. 3:1, in die auch die Radialschitber
27 bzw. 28 mit ihren inneren Enden 35 bzw. 36 hineinragen. Von den
beiden
ringförmigen Leitgehäusen i9 und 2o, in denen mittels der Rad'ialschieber 12 bzw.
13 und der Drehkolben je vier Arbeitszellen 37 bzw. 38 gebildet sind, ist das zum
regelbaren Antriebsglied gehörende Leitgehäuse 2o in bekannter Weise zwischen zwei
kreissegmentförmigen, im Gehäuse befestigten Einsatzstücken 39 und 4o vertikal verschiebbar
geführt. Das dem nicht, regelbaren Abtriebsglied zugeordnete Leitgehäuse i9 ist
im Gehäuse i fest angeordnet. Die Lagerplatten2i bzw. 22 und die Stirnflächen, der
Lagerkörper 15 bzw. 16 bilden die vorder- und rückseitige Begrenzung der in die
Arbeitszellen 37 bzw. 38 unterteilten Arbeitsräume 41 bzw. 42 der Leitgehäuse i9
bzw. 2o, in denen die Laufringe 43 bzw. 44 von den Radialschiebern 27 bzw. 28 mitgenommen
umlaufen, die mit ihren äußeren Randkanten 45 bzw. 46 gegen die innere Peripherie
der Laufringe 43 bzw. 44 anliegen.
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Zur Druckentlastung sind erfindungsgemäß die kegeligen Lagergleitflächen
i i bzw. 12 entsprechend der Zähl der Arbeitszellen 37 bzw. 38 jeder der beiden
Kolbenkörper 5 bzw. 6 mit vier flachen, durch schmale Zwischenstege 47 getrennten
und von schmalen: Randstegen 48 und 49 begrenzten, etwa trapezförmigen Aussparungen
5o versehen, die durch Fräsen hergestellt sein können und von denen jede mit der
ihr jeweils gegenüberliegenden Arbeitszelle 37 oder 38 durch ineinander mündende,
zweckmäßig axial und radial verlaufende Bohrungen 51 verbunden ist (Fig. ii und
12). In ähnlicher Weise ist auch eine Druckentlastung dies jeweils unter Druck stehenden
Bereichs der Laufringe 43 bzw. 44 erzielt, deren. gesamte Lagergleitfläche, wie
die Fi.g. 7 bis 9 in größerem Maßstab zeigen, mit vielen sich sowohl über den horizontalen
als auch über dien vertikalen Bereich der Lagergleitfläche erstreckenden Aussparungen
52 versehen ist, die durch schmale Zwis-Chenstege 53 getrennt und von schmalen Randstegen
54 begrenzt sind, in denen radial verlaufend Nuten 55 angeordnet sind., welche die
Aussparungen 52 mit dien Arbeitszellen 37 bzw. 38 verbinden. Auf diese Weise ergeben
sich sowohl innerhalb der Lagerflächen i i bzw. 12 der Drehkolben als auch der Laufringe
43 bzw. 44 von den feststehenden Gegenlagerflächen 13 und 14 und 41, 42 begrenzte
Druckbeaufschlagungszellen, in die das jeweils in einer oder mehreren Arbei.tszel.len
37 bzw. 38 unter Druck stehende flüssige Arbeitsmittel einströmen kann, so daß der
entsprechend betroffene Bereich dieser Lagerungen vom Druck entlastet ist. Da jedoch
aus konstruktiven Gründen die Druckbeaufschlagungszellen in dien bewegten Lagergleitflächen
T 1, 12 der Drehkolben 5, 7, 9 bzw. 6, 8, io gegenüber den, Arbeitszellen 37 bzw.
38 versetzt angeordnet sind, entsteht an den Drehkolben ein Drehmoment P1 x1 (Fig.
i i), welches unter Umständen eine ungünstige Belastung nicht nur der eigentlichen
Drehkolbenlagerungen 13 bzw. 14, sondern auch der Führungslager 25 bzw. 26 für die
Wellenstümpfe 9 bzw. io zur Folge hat. Es werden daher erfindungsgemäß ausgleichende
Gegenmomente erzeugt, und zwar einmal dadurch, daß an der Stirnfläche am freien
Ende der Drehkolbenkörper 5 bzw. 6 entsprechend der Zahl der Arbeitszellen 37 bzw.
38 zur Mantelfläche konzentrische Randabstufungen 56 vorgesehen. sind, die jeweils
von einem Radialschieber 27 bzw. 28 bis zum nächsten reichen und die durch die Führungen
29 bzw. 30 vOneinander getrennt sind. Diese Randabstufungen 56 stellen gleichfalls
vom Druck des Arbeitsmittels beaufschlagte Flächen dar, und es ergibt sich je nach
ihrer Breite b3 ein dem Belastungsmoment Plxl entgegenwirkendes Drehmoment P333,
Es ist aber zu berücksichtigen, daß auch in den von dien Aussparungen.5o bzw. 52
gebildeten. Druckbeaufschlagungszellen noch solche im Sinne eines Gegenmoments P2
3'Z wirksame Druckbeaufsch :lagungsflächen vorhanden sind, deren wirksame Breite
b2 von der Neigung der kegeligen Lagergleitflächen i i bzw. 12 abhängt. Durch entsprechend
aufeinander abgestimmte Dimensionierung der Neigung dieser kegeligen Lagerflächen
i i bzw. 12 sowie der Breite b3 der Randabstufungen. 56 ist ein vollständiges Gleichgewicht
zwischen dem Belastungsmoment P1 x1 und dem durch die gegensinnig wirksamen Druckbeaufschlagungsfläohen
gegebenen. Drehmomente P2yz, P.3'3 erzielt, so daß die Drehkolben auch bei hohen
Arbeitsdrücken völlig belastungsfrei laufen.
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Für dien Übertritt dies Arbeitsmittels vom Antriebsglied zum Abtriehsglied
der Maschine weisen die Lagerplatten 21 bzw. 22 entsprechend dimensionierte Durchriiche
57 bzw. 58 (Fig. 4 und 5) und die Zwischenwand:4 geeignete, in der Zeichnung nicht
sichtbare Verbindungsbohrungen. auf.
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Die Einstellung des verstellbaren Leitgehäuses 20 erfolgt in an sich
bekannter Weise unter Zuhilfenahme des Arbeitsmittels, welches. durch Bohrungen,
59 und 6o in den zwischen. dem verstellbaren Leitgehäuse 2o und dem Getriebegehäuse
i gebildeten Hohlraum 61 und bzw. oder 62 einfließt und dadurch das frei bewegliche
Leitgehäuse 2o gegen den seine Vers tell.age bestimmenden höhenvers tell'baren Anschlag
63 zur Anlage bringt, der mit Hilfe des Regelorgans 64 eingestellt werdien kann.
Dabei hat das- Regelorgan :64 die Form einer mittels Handgriffs 65 drehbaren Gewindebüchse,
die stopfbüehsenartig gelagert ist und den: als Gewindezapfen ausgebildeten Anschlag
63 enthält, der mittels seines vierkantigen Ansatzes 66 in dem zwischen der Lagerplatte
22 und dem Lagerkörper 16 gebildeten Zwischenraum geführt ist, in welchem auch das
Leitgehäuse 20 verschiebbar ist.