DE1453497A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung von AEnderungen des wirksamen Zylindervolumens,namentlich in hydraulischen Motoren und Verbrauchern - Google Patents

Description

j. Walter JacWtcn

Patentanwälte 1 /, C Q/, Q T Stuttgart-N, Birkenwald*. 213D -.1453497

Etablissements P. JACOT'IEJ (Sooiete anonyme) und Monsieur EOUSSEL

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Änderungen des wirksamen Zylindervolumens, namentlich in hydraulischen Motoren und Verbrauchern

Die Erfindung bezieht sich auf mit Kolben arbeitende Motoren und ähnliche Verbraucher, insbesondere auf gleichförmig arbeitende hydraulische Apparate dieser Art.

Sie hat die Aufgabe, Änderungen des wirksamen Zylindervolumens mit einfacheren mechanischen Mitteln zu erreichen als den bisher bekannt gewordenen, namentlich wenn es sich um Apparate mit mehreren Zylindern handelt und insbesondere um Apparate mit mehreren Zylindern in einem gemeinsamen zylindrischen Zylinderblock.

Die Erfindung beruht auf der Peststellung, daß, immer wenn die Abmessungen der Kolbenstange nicht vernachlässigbar sind, tatsächlich drei verschiedene Kolbenflächen zur

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Verfügung stellen: die große Fläche auf der der Kolbenstange angewandten Seite, die die Kolbenstange seitlich umgebende Fläche und, schließlich die Fläche, die die Differenz der beiden vorhergehenden Flächen darstellt, d.h. also tatsächlich die Fläche, die dem Querschnitt der Kolbenstange entspricht. Auf diese Weise besitzt man ein Mittel, um die wirksame Fläche des Kolbens zu ändern, wobei man im einfachsten Fall über drei verschiedene wirksame Zylinderräume verfügt.

Die Vorrichtung selbst besteht in einem Umschalter, der zwischen den oder die Zylinder einerseits und andererseits die Verteilereinrichtung dazwischengeschaltet ist, d.h. die Einrichtung, die den Wechsel in der Zuteilung des Druckes auf einen jeweils bestimmten Zylinder, und im Falle es sich um mehrere Zylinder handelt, darifa^r hinaus die Verteilung der einzelnen Arbeitsphasen aui die verschiedenen Zylinder sicherstellt. Mit Hilfe dieses Umschalters wird es möglich, die Wechsel entweder abwechselnd auf die beiden Flächen eines Kolbens zu verteilen oder auf eine einzige Fläche-wirken zu lassen, wobei die andere Fläche entweder dauernd an der Druckquelle oder dauernd am Flüssigkeitsbehälter angeschlossen ist; auf diese Weise werden also die drei vorgenannten Möglichkeiten erreicht.

Wenn man mit K das Verhältnis der großen Kolbenfläche zur kleinen Kolbenfläche bezeichnet, läßt sich leicht errechnen,

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dafi »ion dit drei wirksamen Zylindervolumen untereinander Ttrhalten wie

(2K - 1), 1, (K - D

Auf diese Weise kann man also das wirksame Zylindervolumen ändern ohne in den eigentlichen Mechanismus einzugreifen, was beispielsweise nicht möglich ist, wenn man die Länge des Kolbenhubes beeinflußt.

Im folgenden wird ein Beispiel für die· Durchführung des Erfindung sge danke ns dargestellt, ohne daß dadurch der Anmelder die Anwendbarkeit seiner Erfindung auf die epeeifisehen Einzelheiten oder durch die spezifischen Einzelheiten des für die Darstellung gewählten Ausführungsbeispiels beschränken will.

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Die Figuren 1 bis 3 anhand von drei auseinander gezogenen erläternden schematischen Darstellungen die Arbeitsweise eines Motors mit gemeinsamem zylindrischem Zylinderblock gemäß der Erfindung;

Die Figuren 4 bis 6 in schematischer Darstellung und im Teilschnitt für eben diesen Motor die relativen Stellungen der Verteilereinrichtung und des Umschalters für jede der drei Kombinationen, die den drei wirksamen Zylindervolumen entsprechen, die man auf diese Weise erhalten kann;

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• ·ί

Die Figur 7 eine praktische Ausführung für die vorhergehenden Schemata und zwar ganz speziell einen neuartigen technischen G-egenstand, der durch die Art der Durchführung dee Erfindungsgedankens seinerseits erfinderische Maßnahmen aufweist, die der genannten Ausführungsform eigentümlich sind.

Zunächst möge anhand der Figur 7 die an sich bekannte Konstruktion der klassischen Motoren mit gemeinsamem zylinderförmigem Zylinderblock in Erinnerung gebracht werden«

Der Motor besitz eine Welle 1 · in Form einer Kurbelwelle, die in den beiden lagern 2 und 3 läuft.

Das Ende dieser Welle weist einen exzentrischen Kurbelzapfen 4 auf, dessen Exzentrizität in Figur 7 nicht sichtbar ist, da von dieser angenommen ist, sie stelle einen Schnitt gemäß AB der Figur 1 dar.

Ein Gehäuse 5 trägt das lager 2 und ist mit dem Zylinderblock 6 verbunden, in dem die der Zahl der Zylinder entsprechen-. den Bohrungen vorgesehen sind und der eine Zylinderäbschlußplatte 7 trägt. In dem hier gewählten Beispiel ist die Zahl der Zylinder mit 5 angenommen; sie sind in den Zeichnungen mit den römischen Ziffern I bis V bezeichnet; der in Figur 7 sichtbare Zylinder ist der Zylinder III.

Im Innern eines jeden Zylinders geht ein Kolben 8 vom Querschnitt S3 hin und her, der mit einer Kolbenstange vom

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Querschnitt S1 versehen ist. Dieser Kolben wird mit Hilfe einer Pleuelstange 10 in Bewegung .gesetzt, die mit einem Kugelgelenk 12 auf der Kolbenstange 9 angebracht und durch ein Kardangelenk 13 mit einer Taumelscheibe 11 verbunden ist, die über die beiden Lagerungen 14 und 15 sich um den Kurbelzapfen der Kurbelwelle drehen kann. Die Taumelbewegung der Scheibe 11 drückt dem Kolben in an sich bekannter Weise eine hin- und hergehende Bewegung auf, die im gewählten Beispiel von fünf Kolben eine Phasenverschiebung von 72° aufweist.

Der exzentrische Kurbelzapfen 4 nimmt die zylindrische Verteilereinrichtung 16. in einer Drehbewegung mit; die Verteilereinrichtung 16 ihrerseits gleitet zwischen der feststehenden Verteilerplatte 17 und dem ebenfalls feststehenden Verteilerboden 18, der bei 19 und 20 die Eintritts- und Austrittsoffnungen für das öl enthält.

Diese ganze vorausgehende Darstellung betrifft die an sich bekannte Ausführungsform von derartigen Motoren oder Verbrauchern. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun ein Umschalter 21 zwischen der Verteilerplatte 17 und dem eigentlichen Zylinderblock 6 angeordnet. Dieser Umschalter, der gleichfalls eine allgemein zylindrische Porm aufweist, ist drehbar; die Welle 1 tritt reibungslos durch ihn hindurch; das Ende dieser Welle ist durch ein Kugellager 2-2 in einer Bohrung der festen Platte 17

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abgestützt. Der umschalter ist mit einem Zahnsektor 23 versehen (_siehe p_igur 1), in den eine Zahnstange 24 eingreift, die in drei vorbestimmte Stellungen P-j (Figur 1), P₂ (Figur 2), P, (Figur 3) gebracht werden kann. Diesen drei verschiedenen Stellungen entsprechen jeweils die Schemata der Figuren 4 "bis 6.

Der ölzutritt 19 und der ölaustritt 20 sind durch den Kanal 25 miteinander verbunden, mit welchem die Leitung zusammenhängt. Das Doppelsitzventil 27 ermöglicht es, die leitung 26 entweder mit dem Ölzutritt oder dem ölaustritt zu verbinden.

Die Dichtungen 28 und 29 stellen die Abdichtung gegen einen Durchtritt des unter Druck stehenden Öles sicher. Kanäle wie beispielsweise 30 und 31 übernehmen die Versorgung der Zylinder mit Öl.

Es ist nunmehr notwendig, für die folgenden Darlegungen die schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 6 heranzuziehen.

Der drehbare Umschalter 21 dient, wie bereits gesagt, dazu, die verschiedenen von den Zylinder kommenden Leitungen mit den zur Verteilereinrichtung 16 gehenden Leitungen zu verbinden.

Zu diesem Zweck ist eine Anzahl durchgehender vertikaler

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Bohrungen vorgesehen, die über einen Kreisumfang verteilt angeordnet und in Gruppen zu ;)e drei aufgeteilt sind, wie dies in dtn Figuren 1 bis 3 dargestellt ist. Wenn man sich. Bunäohst auf die in Figur 1 dargestellte Stellung des Umschalters beeieht, wobei der ala Beispiel gewählte Motor fünf Zylinder aufweist, so findet man zwanzig Bohrungen, die mit den Num mern 41 bis 60 bezeichnet und in Vierer-Gruppen zusammengefaßt Bind) von Bohrungsmitte zu Bohrungsmitte ist jeweils ein Abstand von 18°. Die Zylinder sind in der Abbildung durch rttmisohe Ziffern bezeichnet. Betrachtet man zunächst den Zylin der II, BO sieht man, daß er durch die Leitungen 63 und 64, die Bohrungen 46 und 47 und die Leitungen 63' und 64' mit der Verteilereinrichtung 16 verbunden ist, in welcher die genannten Leitungen mit den öffnungen 63" und 64" münden. Diese Offnungen 63" und 64" werden durch die Verteilereinrichtung abweoheelnd verdeckt und freigegeben. Die Leitungen 63' und 64' befinden eioh in der Platte 17, während die Leitungen 63 und im Zylinderblock selbst angeordnet Bind. In gleicher Weise iet der Zylinder 1 mittels der Leitungen 61 und 62, der Bohrungen 42 und 43 und der Leitungen 61' und 62· mit den öffnungen 61" und 62" verbunden. Der Zylinder III ist durch die Leitungen 65 und 66, die Bohrungen 52 und 53, die Leitungen 65' und 66· mit den Öffnungen 65" und 66" verbunden. Der Zylinder IV ist durch die Leitungen 67 und 68, die Bohrungen. 54 und 55 und die Leitungen 67¹ und 68' mit den öffnungen 67" und 68" verbunden, und schließlich ist der Zylinder V durch die Leitungen 69 und 70, die Bohrungen 58 und 59 und die Leitungen 69· und 70' mit den Öffnungen 69" und 70^J' verbunden.

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Lie Verteilereinrichtung 16 selbst stellt ihrerseits einen verhältnismäßig flachen Zylinder dar, dessen Rotationsachse "bezogen auf die Achse der Welle 1 exzentrisch liegt. Dieser Zylinder weist zwei ringförmige Rinnen 71 und 12. auf seiner oberen Kreisfläche und zwei ringförmige Rinnen 71/ und 72* auf seiner unteren Kreisfläche auf, welch letztere den Rinnen 71 und 72 in Längsrichtung des Zylinders gesehen, gerade . gegenüber liegen. Die Rinnen 71 und 71 * einerseits und die Rinnen 72 und 72^f andererseits sind· miteinander durch Bohrungen verbunden, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Unterhalb der Verteilereinrichtung münden die Leitungen 19 und 20 mit ihren Öffnungen 73 und 74·

Die Bohrungen 41, 45, 49 j 53 und 57 sind nicht durchgehende Bohrungen, die mit einem zentralen Raum 81 (Figur 1, 2 und 3) in Verbindung stehen und zwar über die internen Leitungen 75 - 80 (siehe Figur 2). In Figur 7 wird dieser zentrale Raum 81 durch eine kreisringförmige Rinne gebildet, die , gleichfalls das Bezugszeic^ien 81 trägt. Legt man die verschiedenen Verbindungen, wie sie in Figur 1 dargestellt sind, zugrunde, so ist leicht einzusehen, daß die Kolben der Arbeitszylinder mit doppelter Wirkung arbeiten, da bei jedem Umlauf der Verteilereinrichtung jede der Flächen eines jeden Kolbens abwechselnd mit der Druckquelle und mit dem Ölbehälter in Verbindung steht. In dem für die Darstellung gewähltem Zeitpunkt stehen die oberen Flächen der Kolben in den Zylindern I, II, III unter Druck, während sie bei den Zylindern IV und V am Ölbehälter liegen. Jeder der Zylinder

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befindet sich, in einem gegebenen Zeitpunkt in einer verschiedenen Phase der gesamten Umlauf periode, wo "bei der Phasenunterschied jeweils 72° beträgt. Die zeitliche Unterteilung einer Umlauf- " periode entspricht der räumlichen Aufteilung der fünf Zylinderstellungen, wenn man sie im trigonometrischen Sinn, nacheinander "betrachtet.

Wenn man jetzt zur Betrachtung der Figur 2 übergeht, so sieht man, daß die Zahnstange 24 von ihrer Stellung P^ in die Stellung P₂ gebracht wurde und dabei eine Verdrehung des UmsclsLters 21 bewirkt hat.

In dieser Stellung ist die Bohrung 45 > die in Figur 1 außer Betrieb war, an die Stelle der Bohrung 47 getreten und bewirkt infolgedessen, daß die leitung 64 über die leitung 77»- den zentralen Kaum 81 und die Leitung 26 unter Druck kommt.

Die Bohrung 44, die in Figur 1 gleichfalls außer Betrieb war, ist ihrerseits in die frühere Stellung der Bohrung 46 in Figur 1 getreten und verbindet infolgedessen die leitung 63 in der in der Figur dargestellten Stellung über die Leitung 63' mit dem Ölbehälter.

Für die vier übrigen Zylinder kann man die gleiche Beschreibung wiederholen und man stellt dabei fest, daß mit den Verbindungen, wie sie hier dargestellt sind, die Oberseiten aller Kolben der-Zylinder 1 bis 5 dauernd mit der Druckqitelle verbunden sind, während die Unterseiten bei jedem Umlauf der Verteilereinrichtung abwechselnd entweder an Druck oder an den Ölbehälter gelegt werden. In der gezeigten Stellung

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ORIGINAL INSPECTED

sind die Unterseiten der Kolben der Zylinder I, II, III mit dem Ölbehälter verbunden, während die Kolbenunterseiten, der Zylinder IV und V unter Druok stehen. Die Oberseiten sämtlicher Kolben sind dauernd dem Druck der Energiequelle ausgesetzt. Auch hier tritt ein Arbeiten durch doppelte Wirkung ein, aber für den einen der beiden Hübe ist der wirksame Kolbenquerschnitt nur gleich dem Querschnitt der Kolbenstange.

In der in ]?igur 3 dargestellten Stellung des Umschalters befindet sich die Zahnstange in ihrer Stellung P^ und der Umschalter hat sich noch weiter gedreht, jedoch diesmal nur um ein Zwanzigstel seines Umfanges, so daß, noch immer unter Beschränkung der Beschreibung auf die Verbindungswege des Zylinders II, die Bohrungen 43 und 44 jeweils entsprechend die Stellungen eingenommen haben_? die gemäß .Figur 2 durch die Bohrungen 44 und 45 eingenommen waren5 infolgedessen ist in der dargestellten Stellung die Leitung 63 über 43 und 63' an den Ölbehälter angeschlossen, während die leitung 64 über 44 und 44' unter Druck steht«

I¹Ur die vier übrigen Zylinder ergeben sich jeweils die entsprechenden Verhältnisse und man kann feststellen, daß in dieser Stellung des Umschalters die Kolbenunterseiten in den fünf Zylindern dauernd am Ölbehälter liegen, während die Kolbenoberseiten im Verlauf eines Arbeitsumlaufes abwechselnd unter'Druck kommen und an den Ölbehälter gelegt werden. Wie man sieht, ergibt sich hier ein Arbeiten mit nur einseitiger

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₉ allerdings mit dem Unterschied, daß normalerweise der Druck auf die große Kolbenflache einwirkt, während er hier auf die kleine Kolbenfläche einwirkt.

FUr die Beschreibung der Arbeitsweise wurden die Figuren 4i 5 und 6 bisher nicht herangezogen. Sie sind jedoch von Nutgen, um besser zu erkennen, wie die verschiedenen Verbindungen im Umschalter zustande kommen; der Umschalter ist BU diesem Zweck in einem abgewickelten Schnitt dargestellt. Die Figuren 4 bis 6 entsprechen den Stellungen des Kolbens im Zylinder II in den Figuren 1, 2 und 3.

Eine elementare Berechnung zeigt, daß, wenn man mit K das Verhältnis des Durchmessers der großen Kolbenfläche zum Durchmesser der Kolbenstange bezeichnet, die wirksamen Zylindervolumen in den in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Fällen.sich untereinander wie

g . τ : _K

verhalten. In dem soeben beschriebenen Beispiel verfügt man infolgedessen über drei Werte des wirksamen Zylinderraumes eines jeden der Zylinder, mit anderen Worten, über drei Werte für den gesamten wirksamen Zylinderraum der Gesamtanordnung der fünf Zylinder.

Immerhin kann man, wenn es gewünscht wird, einen größeren

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Bereich von wirksamen Zylindervolumen erhalten, wenn man die Motoren zu Gruppen zusammenfaßt.

Wenn man beispielsweise über zehn Motoren verfügte, ware es möglich, sie in zwei Gruppen zu je fünf zusammenzufassen und jeder Gruppe einen eigenen Umschalter zuzuordnen. Bs läßt sich leicht einsehen, daß man infolgedessen 9 verschiedene wirksame Zylindervolumen erhalten kann, wenn man die Umschalter auf verschiedene Stellungen einstellt.

Man könnte mehr oder weniger leicht die "beiden Umschalter zu drei Stellungen in einen einzigen Umschalter zu neun Stellungen zusammenzufassen, wenn man es wünscht.

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Claims (2)

1. Patentanspruchs

   · /Verfahren sur Änderung des fürt·· dta wirksamen Zylinder» Yoluaens namentlich in. hydraul! β oh tn Motoren und Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß hierfür dl· beiden Kolbenflächen eowlt dlt Pläoht, dl· der Mfferens dititr btld«n Koltenfläohen tntspricht, beAutsi werden.
2. 2. Vorrichtung zur IiurciifUhrung des Verfahrene naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich, svisohen der Verteilerrorriehtung und dem Zylinder eine Umschalte-Torrichtung 'befindet, die es gestattet, die Verteilung derart au ändern, daß die Druokweoheel entweder abwechselnd auf die beiden Kolbenflriahen gelangen oder nur auf eine einslge, während in diesem Fall die andere Kolben« fläohe ununterbrochen entweder an die Druokquelle oder an den ölbehälter angeschlossen bleibt.

   3· Vorrichtung nach. Anspruch 2, daduroh gekennseiohnet, daß der Umschalter im unteren Seil des Zylinders oder des Zylinderblock*! untergebracht ist und sich awisohen der Verteilerplatte und dera eigentlichen Zylinderblock befindet.

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