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Flüssigkeitssternmotor bzw. -pumpe Die Erfindung bezieht sich auf
einen Flüssigkeitssternmotor mit einem walzenförmigen Zylinderstern, der auf einer
feststehenden Achse mit Kanälen für die Druckmittelzu- und -abfuhr drehbar gelagert
ist.
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Flüssigkeitspumpen und -motoren dieser Bauart sind in zahlreichen
Ausführungen bekannt. Ihre Kolben stützen sich außen z. B. mittels seitlicher Rollen
oder Schuhe auf Laufbahnen (Polkurven) ab, die so geformt sind, daß die Kolben während
einer Umdrehung einen Saughub und einen Druckhub ausführen. Wenn jede Polkurve ein
zur Drehachse exzentrischer Kreis ist, kann sie sich wegen der Gleichwertigkeit
aller ihrer Punkte mit dem Zylinderstern mitdrehen. Dadurch brauchen sich die die
Kolben abstützenden Rollen nicht mit hoher Drehzahl zu drehen, sondern legen nur
kleine, aus der Exzentrizität zwischen Polkurven und Drehachse verursachte Pendelbewegungen
zurück.
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Es sind auch Ausführungen bekannt, bei denen die Kolben während einer
Umdrehung um die feststehende Achse mehr als einen Saug- und Druckhub bzw. ein Saug-
und Druckhubpaar ausführen. In solchen Fällen wird eine feststehende Polkurve angewendet
oder auch eine solche, deren Drehzahl zu der des Zylindersterns in einem ganz bestimmten
Verhältnis steht. Ihre Polkurven sind meist aus Stücken von Geraden mit anschließenden
stoßlos in die Geraden übergehenden Kreisbögen, Ellipsenbögen, Parabelbögen oder
ähnlichen, maschinell mit hinreichender Genauigkeit erzeugbaren Kurvenstücken zusammengesetzt.
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Die Motoren mit feststehenden Polkurven haben in den meisten Fällen
den Nachteil, daß sie im Gegensatz zu den Motoren mit umlaufender kreisförmiger
Polkurve keine Verstellung des Hubvolumens mit einfachen, im Dauerbetrieb zuverlässigen
Mitteln gestatten.
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Motoren mit feststehenden Polkurven und mehreren Hüben je Umdrehung
haben jedoch gegenüber den Motoren mit kreisförmiger Polkurve den großen Vorteil,
daß sie die Unterbringung eines großen Hubvolumens auf kleinem Raum gestatten. Die
Rollen, welche die Kolben an der Polkurve abstützen, müssen jedoch bei den Motoren
mit feststehenden Polkurven mit einer verhältnismäßig großen Drehzahl umlaufen.
Motoren dieser Bauart sind daher nicht für allzu große Drehzahlen geeignet, besonders
auch deshalb nicht, weil durch den häufigen Hubwechsel während einer Umdrehung große
Beschleunigungskräfte an den Kolben und den Rollen auftreten.
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Bei einer großen Anzahl von Maschinen werden jedoch gerade sehr große
Drehmomente bei kleinen Drehzahlen gewünscht. Andererseits werden bei Entlastung
höhere Drehzahlen angestrebt, d. h., es wird ein großer Arbeitsbereich verlangt,
wobei die Leistung mit zunehmender Drehzahl abnehmen kann. Hinzu kommt noch, daß
innerhalb eines gewissen Aufgabengebietes häufiger und rascher ein Drehzahlwechsel
verlangt wird. Deshalb kommen schnellaufende Motoren mit zwischengeschaltetem Zahnrad
- Untersetzungsgetriebe oder ähnlichen Getrieben nicht in Frage. In vielen Fällen
darf auch keine Selbsthemmung vorhanden sein, so daß auch schnellaufende Flüssigkeitsmotoren
mit Schneckengetrieben nicht geeignet sind. Insbesondere sind für diese Aufgaben
zu nennen Antriebe für Winden auf Schiffen, Baggern, Kranen, Spills, Winden unter
Tage, Fahrwerksantriebe von Raupenfahrzeugen usw.
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Flüssigkeitsmotoren der beschriebenen Bauart lassen sich nur innerhalb
eines gewissen Arbeitsbereiches durch eine stufenlos regelbare Pumpe auf annähernd
gleicher Leistung halten.
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Durch die Erfindung werden die bekannten Mängel beseitigt und ein
Flüssigkeitsmotor bzw. eine Flüssigkeitspumpe geschaffen, bei der durch bekannte
Schaltorgane je zwei einander diametral gegenüberliegende Druckkanäle zum Andern
des Drehmoments wahlweise an die Hauptzuführungsleitung für die Druckflüssigkeit
anschließbar oder von dieser trennbar sind und mit der Rückführungsleitung für die
Druckflüssigkeit verbindbar bzw. miteinander kurzschließbar sind. Die diametral
gegenüberliegenden abgerundeten Ecken der paarweise vieleckigen Polkurve ermöglichen
jeweils gleiche Hübe der Kolben, deren Hübe bei den einzelnen Eckenpaaren jedoch
verschieden groß sind.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigen Abb. 1 bis 3 bekannte Ausführungen von Flüssigkeitsmotoren
und Abb. 4 und 5 die erfindungsgemäße Ausführung von Flüssigkeitsmotoren.
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In Abb. 1 bis 3 sind übliche Ausführungen von Flüssigkeitsmotoren
dargestellt, bei denen in einem
Zylinderstern 1 eine ungerade Zahl
von Kolben 7 um eine feststehende Steuerachse 2 mit Druckkanälen 3 und Rückführungskanälen
4 angeordnet ist. Die in den Zylindern 5 geführten Kolben 7 sind mit Rollen 6 an
den Polkurven 18, 28, 38 geführt. Statt der Rollen können auch Schuhe vorhanden
sein. In Abb. 3 sind Polkurven 38 aus Geraden 20 mit anschließenden stoßlos in die
Geraden übergehenden Kreisbögen, Ellipsenbögen, Parabelbögen oder ähnlichen Kurvenstücken
19 zusammengesetzt.
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Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsmotor nach Abb. 4 und 5 ist mit vier
Hüben je Umdrehung und dessen Polkurve 8 wie ein Quadrat mit abgerundeten Ecken
9 ausgebildet. An der Polkurve 8 stützen sich die Rollen 6 ab. In der feststehenden
Achse 2 sind vier Kanäle 3 für die Zuführung der Druckflüssigkeit und vier Kanäle
4 für die Abführung der Druckflüssigkeit vorgesehen. Die Kanäle sind sinngemäß so
angeordnet, daß auf jede Viertelumdrehung des Zylindersterns 1 je ein Druckhub und
ein Ausstoßhub kommen. Erfindungsgemäß wird nun zur Erzeugung eines großen Drehmomentes
Druckflüssigkeit durch die vier Druckkanäle 3 den Zylindern 5 zugeführt und über
die vier Rückführungskanäle 4 abgeführt. Werden jedoch zwei sich gegenüberliegende
Druckkanäle 3 von der Druckleitung abgeschlossen und beispielsweise an die normale
Rückführungsleitung angeschlossen, so wird die Druckflüssigkeit nur noch von den
beiden anderen, sich ebenfalls gegenüberliegenden Druckkanälen 3 den Zylindern 5
zugeführt. Das nutzbare Hubvolumen und dementsprechend auch das Drehmoment des Flüssigkeitsmotors
sind dann nur noch halb so groß. Es ist damit in einfacher Weise ein Flüssigkeitsmotor
(Abb. 4) geschaffen, der zusammen mit einer Pumpe zwei Arbeitsbereiche überstreicht,
nämlich a) den Arbeitsbereich für hohe Drehmomente und niedrige Drehzahlen unter
gleichzeitiger Beschickung aller vier Druckkanäle 3 und b) den Arbeitsbereich für
das halbe Drehmoment und doppelte Drehzahl unter Beschickung von nur zwei sich gegenüberliegenden
Druckkanälen 3.
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Man kann nun einen Motor schaffen, bei welchem die Polkurve 8 ein
Quadrat zeigt, dessen vier Ecken 9 nicht gleichmäßig abgerundet sind, sondern dessen
diagonal gegenüberliegende Ecken jeweils den gleichen Abrundungsradius 9 und 9'
zeigen, wobei die Abrundung der einen diagonal gegenüberliegenden Ecken größer ist
als die Abrundung der beiden anderen diagonal gegenüberliegenden Ecken (Abb. 5).
Dadurch wird erreicht, daß bei jeder Umdrehung des Zylindersterns 1 mit jedem Kolben
7 j e eine kleine Hubbewegung beim Durchlaufen einer großen Abrundung 9', dann eine
große Hubbewegung beim Durchlaufen einer kleinen Abrundung 9, dann wiederum eine
kleine Hubbewegung beim Durchlaufen einer großen Abrundung 9' und dann wieder eine
große Hubbewegung beim Durchlaufen der zweiten kleinen Abrundung 9 erfolgt.
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Bei Abgäbe des größten Drehmomentes werden die vier zu den einzelnen
Hubkurven gehörigen Druckkanäle 3 gleichzeitig beschickt. Dadurch wird beispielsweise
das Drehmoment 3M erzeugt. Soll ein kleineres Drehmoment 2M@ bei gesteigerter Drehzahl
erzielt werden, so werden diejenigen Druckkanäle 3 von der Druckflüssigkeitsleitung
abgesperrt, die den Polkurven mit den kleinen Hüben 9' zugeordnet sind. Es werden
dann von den Kolben 7 bei einer Umdrehung die kleinen Hubwege 9' ohne Arbeitsleistung
zurückgelegt und die großen Hubwege 9 mit Arbeitsleistung. Die -Drehzahl der Maschine
wird sich dadurch steigern. Soll eine noch höhere Drehzahl gefahren werden, so werden
die Druckkanäle 3 zu den Polkurven mit dem kleinen Hub 9' geöffnet und diejenigen
zu den Polkurven mit dem großen Hub 9 geschlossen. Dadurch wird ausschließlich während
der kleinen Hubbewegung Arbeit geleistet, während die großen Hubbewegungen im Leerlauf
zurückgelegt werden. Die Maschine wird dann mit ihrem kleinsten Drehmoment 1 M,
aber einer großen Drehzahl arbeiten. Es ist aus Gründen der Entlastung des Zylindersterns
von den zwischen Zylinderstern und feststehender Achse auftretenden Druckkräften
ratsam, stets zweigegenüberliegende, vollständig symmetrisch ausgebildete Polkurven
9, 9' zu verwenden, um zu einer möglichst einfachen und betriebssicheren Bauart
zu gelangen.
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Sinngemäß läßt sich diese Anordnung auch für Ölmotoren mit mehr als
vier Hüben je Umdrehung ausbilden, wobei aus Gründen der Entlastung zwischen Zylinderstern
1 und steuernder Achse 2 diagonal symmetrische, also paarweise Anordnung vorzuziehen
ist. Es ergibt sich dann eine Anordnung mit sechs, acht und mehr Polkurven B. Die
in Abb. 4 und 5 dargestellten geraden Stücke 10 der Polkurven 8 werden dann zur
Erreichung ausreichender Hübe beim Durchlaufen der konvexen Hubkurvenbögen 9, 9'
in bekannter Weise durch entgegengesetzt gebogene (konkave) Kurvenstücke ersetzt.
Solange diese Kurvenstücke mit Rücksicht auf die an den Kolben 7 und Rollen 6 zu
erwartenden Beschleunigungen noch technisch einwandfrei herstellbar sind, ist die
Ausbildung brauchbar.
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Ebenso wie Pumpen mit kreisförmiger Polkurve als Motoren betrieben
werden können, können auch Motoren mit feststehender Polkurve mit zwei, drei oder
mehr Hüben je Umdrehung als Pumpe benutzt werden.