DE1191154B - Hydraulischer Schwingtrieb mit einem doppeltwirkenden Kolben, insbesondere fuer den Maehwerksantrieb - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

AOId

Deutsche Kl.: 45 c-55/26

Nummer: 1191154

Aktenzeichen: M45138III/45c

Anmeldetag: 27. April 1960

Auslegetag: 15. April 1965

Gegenstand der Erfindung ist ein hydraulischer Schwingtrieb mit einem doppeltwirkenden Kolben, insbesondere für den Mähwerksantrieb.

Außer diesem bevorzugten Anwendungsgebiet kann die Erfindung selbstverständlich überall dort verwendet werden, wo eine Schwingbewegung erzielt werden soll. Beim Schleppermähwerk treten indessen die für einen Schwingtrieb maßgebenden Einflüsse und Probleme klar erkennbar zu Tage, so daß sich die nachfolgenden Ausführungen der besseren Verstandlichkeit halber auf solche Triebwerke beziehen.

Die bei dem Antrieb eines Mähwerkes entstehenden großen Massenkräfte schließen die Verwendung von mechanischen Anschlägen aus. Dennoch muß der vorgesehene Hub des Messerbalkens bei jeder Frequenz eingehalten werden. Die verlangten hohen Frequenzen und die durch einen einwandfreien Schnitt bedingte Notwendigkeit, das Mähmesser in möglichst großem Teil seines Hubes mit großer Geschwindigkeit zu bewegen, erfordern zwangsweise außerordentliche Beschleunigungen, aber auch Verzögerungen, um einerseits unmittelbar nach dem Hubwechsel eine hinreichende Schnittgeschwindigkeit zu erreichen und andererseits die am Kolben wirkende kinetische Energie erst unmittelbar vor dem Hubwechsel auf Null zu reduzieren. Es wurde, besonders um den letztgenannten Zweck zu erreichen, bereits vorgeschlagen, den Fluidumdruck frühzeitig umzusteuern. So sind hydraulische Schwingtriebe für Mähwerke bekannt, bei denen Mittel vorhanden sind, welche der Antriebskraft und den am Kolben wirksamen Massenkräften bereits vor dem Hubwechsel entgegenwirken. Dieses Vorgehen konnte jedoch das gesteckte Ziel nicht befriedigend erreichen, vielmehr mußten noch weitere Nachteile, so unter anderem starke Materialbeanspruchung und hohe Fluidumtemperaturen, in Kauf genommen werden.

Im Sinne der Erfindung können die erwähnten Anforderungen an einen Schwingtrieb dadurch erreicht werden, daß die Größe der wirksamen Kolbenfläche, ausgehend von der größten Wirkfläche beim Hubbeginn, in Abhängigkeit der Hubbewegung zwangläufig veränderbar ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Pendelmotor mit einem Segmentkolben im Axialschnitt,

F i g. 2 den Pendelmotor mit abgenommenem Dekkel in Ansicht und

F i g. 3 und 4 Varianten in der Darstellungsart der Fig. 2.

Hydraulischer Schwingtrieb mit einem doppeltwirkenden Kolben, insbesondere für den
Mähwerksantrieb

Anmelder:

Maschinenfabrik Johann Bucher, Grießen (Bad.)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 9. Juni 1959 (74 189)

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Pendelmotor 1 besitzt einen topfförmigen Gehäuseunterteil 2 und einen Deckel 3, welcher mit dem Unterteil 2 in bekannter Weise verbunden ist und den zylindrischen Hohlraum 4 des Unterteiles 2 hermetisch abschließt.

Im Hohlraum 4 befindet sich ein drehbar gelagerter Doppeltsegmentkolben 5 mit zwei einander diametral gegenüberliegenden zylindrischen Dichtflächen 6, welche an der Zylinderwandung des Hohlraumes 4 dichtend wirken. Zwischen den Dichtflächen 6 befindet sich auf der einen Seite eine Ausnehmung? und dieser diametral gegenüberliegend eine Ausnehmung 8, welche beide, wie übrigens auch der ganze Kolben 5, bezüglich des zugeordneten Diameters symmetrisch sind. Da nun die Seitenflächen des Kolbens 5 mit den ihnen gegenüberliegenden Flächen des Unterteiles 2 bzw. des Deckels 3 dichtend zusammenwirken, bilden die Ausnehmungen hermetisch abgeschlossene Räume.

Die Ausnehmung 7 weist an ihren beiden Enden die größte radiale Tiefe auf, welche sich dann von beiden Seiten zur Mitte hin allmählich verringert. An der entsprechend konvex ausgebildeten Bodenfläche 9 der Ausnehmung 7 ruhen die Enden zweier Schieber 10 und 11 auf, welche jeweils in einem Schlitz 12 des Unterteiles 2 radial bewegbar geführt sind und unter der Wirkung von Druckfedern 13 in die Ausnehmung 7 eingreifen. Die beiden Schieber 10 und 11 wirken dicht schließend sowohl an der Bodenfläche 9 wie auch an den Wandungen der Teile 2 und 3 und in ihren Führungsschlitzen 12, so daß innerhalb der

509 539131

Ausnehmung 7 zwei voneinander getrennte Arbeitsräume I und II gebildet werden. Diese kommunizieren über hinter den Schiebern 10 bzw. 11 in die Schlitze 12 mündende Kanäle 14 und ebenfalls in die Schlitze mündende Zuleitungen 15 mit der nicht gezeichneten Umsteuerung. Bei dieser Anordnung wirkt der jeweilige Fluidumdruck auf die Schieber 10 und 11 im Sinne der Druckfedern 12 ein.

Die Bodenfläche 16 der Ausnehmung 8 ist als Zylinderfläche ausgebildet, mit Ausnahme des mittleren Bereiches, wo eine radiale Vertiefung 17 vorgesehen ist. Beiderseits der Vertiefung 17 sind in die Bodenfläche 16 Drosselnuten 18 eingestochen. Die Ausnehmung 8 ist über einen Kanal 19 des Kolbens 5 mit einer Leitung 20 verbunden, durch welche das Arbeitsfluidum in die und aus der Ausnehmung 8 gelangen kann.

Durch die Ausnehmung 8 erstreckt sich ein zur Kolbenachse paralleler Stift 21, dessen beide Enden in Sacklöcher des Unterteiles 2 bzw. des Deckels 3 gehaltert sind. Der Stift 21 wirkt mit der zylindrischen Wandung des Unterteiles 2 und bei entsprechenden Drehlagen des Kolbens 5 mit den zylindrischen Endbereichen der Bodenfläche 16 dichtend zusammen, wobei jeweils geschlossene Dämpfungskammern III und IV gebildet werden.

Der Kolben 5 ist mit einer Welle 22 drehfest verbunden, welche in Lagerbüchsen 23 des Unterteiles 2 bzw. des Deckels 3 drehbar gelagert ist. Am sich durch den Deckel 3 nach außen erstreckenden, mittels eines Dichtungsringes 24 abgedichteten Ende 22' der Welle 22 ist ein Kurbelarm 25 aufgekeilt, dessen als Kugelzapfen 25' ausgebildetes Ende über eine nicht dargestellte Pleuelstange mit dem ebenfalls nicht gezeichneten Mähmesser verbunden ist. Das Wellenende 12f ist von einer schraubenlinienförmig gewundenen Biegungsfeder 26 umgeben, dessen eines Ende am Deckel 3, das andere Ende am Kurbelarm 25 verankert ist. Beide Teile, der Deckel 3 und der Arm 25 weisen je eine Ausnehmung 27 auf, in welche je ein Ende der Feder 26 eingreift. Mittels in den Ausnehmungen 27 angeordneten und mit Hilfe von Schrauben 28 verspannbaren Klemmkeilen 29 sind die Federenden in den Ausnehmungen verklemmt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Feder 26 in der dargestellten mittleren Drehlage des Kolbens entspannt ist. Die Einstellung dieser Bedingung ist bei der beschriebenen Klemmvorrichtung sehr einfach. Außerdem bietet diese Vorrichtung den Vorteil, daß der Federquerschnitt nicht verringert und die Federenden nicht irgendwie verformt werden müssen.

Mit HiMe der nicht dargestellten Umsteuerung werden die Druckräume II und I abwechselnd unter Druck gesetzt, wobei der Kolben — gemäß der F i g. 2 — wechselweise im Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn pendelt. Es sei beispielsweise angenommen, daß bei der in der F i g. 2 dargestellten mittleren Kolbenstellung gerade der Raum II unter Druck steht und der Kolben sich im Uhrzeigersinn dreht, bis die Endlage erreicht wird, bei welcher Lage das Ende des Schiebers 10 im entsprechenden Endbereich der Bodenfläche 9 der Ausnehmung 7 angelangt ist. Gleichzeitig befindet sich das Ende des Schiebers 11 an der radial höchsten Stelle der Bodenfläche 9." Der Raum I ist also in der Drehrichtung einerseits durch die radiale Kolbenfläche 30 und andererseits vom in die Ausnehmung 7 einragenden Teil des Schiebers 10, dessen Fläche in dieser Stellung des Kolbens gleich groß wie die Fläche 30 ist, begrenzt. Es versteht sich, daß dabei die im Raum I wirksame Kolbenfläche mit der Fläche 30 identisch ist und dabei — wie dies aus den nachfolgenden Erklärungen noch deutlicher hervorgehen wird — den größtmöglichen Wert einnimmt. Die Einwirkung des Druckes auf die Fläche 30 bei Umsteuerung des Druckfluidums führt also zur vom Fluidum erzeugbaren größtmöglichen Beschleunigung des Kolbens 5, welcher dabei freilich

ίο eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn ausführt. Hierbei gelangt das Ende des Schiebers 10 auf den radial nach außen ansteigenden Bereich der Bodenfläche 9, wobei der Schieber 10, der übrigens außer dem Federdruck auch durch Fluidumdruck auf die Fläche 9 gepreßt wird, immer mehr in den Schlitz 12 zurückgedrängt wird. Dabei verringert sich die wirksame Kolbenfläche nach und nach, wobei sie — wie dies dem Fachmann ohne weiteres verständlich ist — der Größe nach jeweils der vom in die Ausnehmung?

ragenden Teil des Schiebers 10 repräsentierten Begrenzungsfläche gleichzusetzen ist. Die vom Arbeitsfluidum ausgeübte wirksame Antriebskraft wird also allmählich verringert, weil das Fluidum neben der Antriebskraft eine allmählich wachsende, auf die radiale Projektion des den Raum I jeweils begrenzenden Teiles der Bodenfläche 9 wirkende Bremskraft ausübt, die ihren Höchstwert in der Endlage des Kolbens erreichen wird. Gleichzeitig wird das Fluidum II verdrängt, wobei die in diesem Raum wirksame KoI-benfläche von einem Minimalwert auf den von der radialen Fläche 31 des Kolbens 5 repräsentierten Maximalwert ansteigt. Dabei wächst freilich die Verdrängung des Kolbens 5, was ebenfalls zur progressiven Bremsung beiträgt. Beim Hubwechsel steht dann im Raum II die größtmögliche Kolbenfläche, namentlich die Fläche 31 zur Beschleunigung des Kolbens 5 zur Verfügung, während im Raum I die Verdrängung des Fluidums mit der kleinsten Kolbenwirkfläche erfolgt und die Beschleunigung am wenigsten hemmt.

Beim Pendeln des Kolbens 5 wird auch die Feder 26 in abwechselndem Sinne gespannt, wobei ebenfalls eine Reduzierung der auf dem Kolben wirksamen kinetischen Energie erfolgt. Nun wird aber diese Energie immer mehr in potentielle Energie umgewandelt, und die gespeicherte Energie trägt beim Hubwechsel zur starken Beschleunigung des Kolbens 5 und damit des Mähmessers ganz erheblich bei.

Vor dem Hubwechsel gelangt jeweils der Stift 21 in den Bereich der zylindrischen Endteile der Ausnehmung 16, wobei — wie erwähnt — der Raum III bzw. der Raum IV gebildet wird. Diese Räume kommunizieren vorerst noch über die Drosselnuten 18 mit dem übrigen Teil der Ausnehmung 16, so daß eine — wenn auch immer stärker gedrosselte — Verdrängung des Fluidums aus den besagten Räumen erfolgen kann.

Dabei wird eine wirksame Dämpfung der am Kolben 5 wirkenden Massenkräfte erzielt. Sobald nun der Stift am Ende der Drosselnut 18 vorbeistreicht, kann von dem betreffenden Raum III oder IV das Fluidum nur noch durch die relativ sehr enge Spalte zwischen dem Stift und der zylindrischen Wandung der Bodenfläche 16 verdrängt werden. In dieser Weise wird dem Kolben 5 ein weich wirkender hydraulischer Anschlag dargeboten. Durch die Leitung 20 kann die vollständige Füllung der Ausnehmung 8 mit Druckfluidum stets aufrechterhalten werden.

Nach der Fig. 4 ist die soeben beschriebene Dämpfungsvorrichtung mit einer Speichervorrichtung kombiniert. Zu diesem Zweck ist an beiden Seiten des Stiftes 21 in der zylindrischen Wandung des Unterteiles 2 die Mündung je eines Verbindungskanals 32 angeordnet. Jeder Kanal 32 mündet anderends in einen durch Bohrungen im Unterteil 2 gebildeten Speicherzylinder 33, in welchem ein Speicherkolben

34 bzw. 35 verschiebbar geführt ist. Die aus den Zylindern 33 ragenden Enden der Speicherkolben 34 bzw. 35 ruhen an den Enden eines Waagebalkens 36 auf, welcher seinerseits am Spannarm 37 einer vorgespannten Torsionsfeder 38 abgestützt ist. Die Torsionsfeder ist selbstverständlich in der üblichen und daher nicht näher dargestellten Weise eingespannt. Durch Verdrängen des Fluidums aus den Räumen III bzw. IV wird die Feder 38 über den Kolben 34 oder

35 gespannt und somit die Bewegung des Kolbens 5 verzögert, wobei nach Hubwechsel die Federkraft durch Zurückdrängen des Fluidums in den Raum III oder IV die Kolbenbeschleunigung fördert.

In der F i g. 3 ist eine weitere Variante dargestellt, in welcher in die Ausnehmung 7 des Kolbens 5 lediglich ein einziger Schieber 39 eingreift. Dieser ist in einen radialen Schlitz 12 des Unterteiles 2 geführt und unter der Wirkung einer Druckfeder 13 und des durch einen Kanal 40 wirkenden Fluidumdruckes gegen die Bodenfläche 9 der Ausnehmung 7 gehalten. An beiden Seiten des Schiebers 39 ist jeweils die Mündung der Druckleitungen 41 und 42 angeordnet, welche die Räume I bzw. II mit der Umsteuerung verbinden. Im übrigen entspricht der Aufbau des Motors der Darstellung der F i g. 1 und 2.

Auch bei dieser Variante steht am Hubaufgang die größtmögliche wirksame Kolbenfläche zur Verfügung, welche dann mit fortschreitender Hubbewegung allmählich verringert wird, und zwar bis zur Erreichung eines Minimalwertes in der dargestellten mittleren Drehlage des Kolbens. Bei der Weiterdrehung des Kolbens aus dieser Lage wird zwar die wirksame Kolbenfläche des jeweiligen Arbeitsraumes allmählich größer, was sich jedoch praktisch nicht im Anwachsen der Antriebskraft auswirkt, da die in der Folge der Kolbenbewegung erfolgende zeitliche Raumvergrößerung die Strömungsmenge des Arbeitsfluidums in den meisten Fällen übersteigt.

Die beschriebenen Einzelheiten lassen sich in beliebigen Kombinationen verbinden oder aber einzeln verwenden. Es ist ferner möglich, den Segmentkolben mit zwei Ausnehmungen 7 zu versehen und damit die Zahl der Arbeitsräume I und II zu verdoppeln. Selbstverständlich kann auch die Zahl der Dämpfungskammern III und IV erhöht werden.

Es sei ausdrücklich betont, daß die Ausbildung des erfindungsgemäßen Schwingtriebes als Pendelmotor rein beispielsweise angeführt wurde.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Schwingtrieb mit einem doppeltwirkenden Kolben, insbesondere für den Mähwerksantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der wirksamen Kolbenfläche, ausgehend von der größten Wirkfläche beim Hubbeginn, in Abhängigkeit von der Hubbewegung zwangläufig veränderbar ist.

2. Schwingtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) wenigstens eine am Umfang offene Ausnehmung (7) aufweist, welche mittels wenigstens eines in nachgiebiger Weise gegen den Boden (9) der Ausnehmung (7) gehaltenen, gegen Mitdrehung mit dem Kolben (5) gesicherten Schiebers (10, 11, 39) in zwei getrennte Arbeitsräume (I, II) geteilt ist, wobei der Boden (9) der Ausnehmung (7) von beiden Enden gegen die Mitte zu radial nach außen ansteigt.

3. Schwingtrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schieber (10, 11) vorhanden sind, welche im Umfangssinne derart versetzt sind, daß beim Hubwechsel ein Schieber in einem Endbereich und der andere Schieber an der höchsten Stelle des Bodens (9) aufruht.

4. Schwingtrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (10,11, 39) unter Federdruck und unter Fluidumdruck gegen den Boden gehalten ist.

5. Schwingtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) mit elastischen Speicherorganen (26, 38) zusammenwirkt, welche die vor dem Hubwechsel aufgenommene Energie nach dem Hubwechsel dem Kolben (5) zurückführen.

6. Schwingtrieb mit einem pendelnden S'egmentkolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) mit einem Ende einer andernends ortsfest verankerten gewundenen Biegungsfeder (26) verbunden ist, wobei die Feder (26) in der Mittellage des Kolbens (5) entspannt ist.

7. Schwingtrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Feder (26) mittels bezüglich der Federachse radial wirkender Klemmkeile (29) verankert sind.

8. Schwingtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hydraulische Dämpfer (III, IV) für die Reduzierung der kinetischen Energie des Kolbens vorhanden sind.

9. Schwingtrieb nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Dämpfer (III, IV) mit progressiver Drosselung (18) der Strömung des Dämpfungsmediums, welche bei mindestens annähernd vollkommener Drosselung beim Hubwechsel hydraulische Anschläge für den Kolben bilden.

10. Schwingtrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) eine am Umfang offene Ausnehmung (16) aufweist, durch welche sich ein Trennorgan (21) erstreckt, das mit den Endbereichen der Ausnehmung (16) je eine Dämpferkammer (III, IV) bildet, wobei wenigstens eine Teilfläche des Bodens der Ausnehmung (16) von der Mitte gegen die Enden derselben radial nach außen ansteigt und mit dem Trennorgan (21) jeweils einen sich in Abhängigkeit der Kolbenbewegung verändernden Drosselspalt bildet.

11. Schwingtrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Boden der Ausnehmung (16) sich im Umfangssinne nach beiden Seiten verengende Drosselnuten (18) vorhanden sind.

12. Schwingtrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer (III, IV) mit Speicherorganen (38) gekoppelt sind, welche durch Verdrängen des Dämpfungsmediums vor dem Hubwechsel gespannt werden und sich nach Hubwechsel unter Zurückdrängen des Mediums entspannen.

13. Schwingtrieb nach Anspruch 12, gekenn zeichnet durch einen Torsionsstab (38) mit einem Spannarm (37), welcher an einem Waagebalken (36) angreift, auf dessen Enden je ein unter der Wirkung des Torsionsstabes (38) an einem An schlag aufruhender Kolben (34, 35) wirkt, wobei wirksamen Dämpfern (III, IV) in hydraulischer Wirkungsverbindung stehen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift »Landtechnische Forschung«,

die Kolben mit in entgegengesetzter Hubrichtung 8. Jahrgang, H. 2/1958, S'. 33 bis 38.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 539/31 4.65 © Bundesdruckerei Berlin