DE1528405A1 - Hydraulische Vorrichtung - Google Patents

Description

DR. ING. H, NEGBNDANK FATBNTANVTALT I O ύ U H U O HAKBTTKG 8β · NBUBS WALL 41 · I¹BRNHUI¹ 8β 74 88 UND 8* 4118

. Expl.

Dowty Technical Developments Limited CH-UiLTESiHAM

14. August 1965

Hydraulische Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vorrichtung, insbesondere eine hydraulische Pumpe oder einen hydraulischen Motor, die folgende Merkmale aufweisen: einen Zylinderblock, der um eine Achse dehnbar ist, uie durch ihn hindurchgeht, mit Zylindern im ZylinderDlock, deren Längsachsen im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Zylinderblockes liegt, mit einer ZylinderQffnung, die von jedem Zylinder ausgeht und in eine flache iindfläche des Zylinderblockes mündet dergestalt, daß das Druckzentrum jeder Z7/linderöfI'nung im wesentlichen auf der Längsachse des zugehörigen Zylinders liegt, mit in den Zylindern vorgesehenen Kolben, die mit außerhalb des Blocks vorgesehenen üJinrichtunken so zusammen arbeiten, daß sie durch bei Rotation des Blocks in den Zylindern hin- und herbewegbar sind, mit einem sich nicht drehenden Ventil, das eine ebene Überfläche mit zwei bogenförmigen Hauptöffnungen aufweist, die voneinander durch zwei St^gtelle der ebenen Oberfläche getrennt sind und von denen über eine öffnung die Zufuhr und über die andere die Abfuhr erfolgt, und wobei außerdem Jede öffnung in der ebenen Endfläche dee Zylinderbiockes während seiner Drehung wechselweise ja it der Hauptöffnung, mit einem otegteil, mit der anderen Hauptöff-

und mit dem arideren StegteiL zus^nMtnt uvu-A. Ibt. BAD OBiGJNA

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Wenn im folgenden von einer Pumpe oder von einem IvIotor aie Rede ist, so ist eine solche Pumpe oder ein solcher Motor gemeint. Meistens ist eine Pumpe oder ein Jlotor der erwähnten Art entweder eine Heigekopfeinheit oder eine Taumelscheibeneinheit.

Normalerweise sind bei der angeführten Art von Pumpen oder Motoren Hauptöffnungen vorhanden, die eine solche bogenförmige Länge haben, daß während der Drehungen des Blocks die Anzahl der Zylinderöffnurigeii die inic jeder Hauptöffnung verbunden sind, nicht konstant ist« In Fällen, in denen die Anzahl If der Zylinder in eineu Block eine ungerade Zahl ist, ist die Anzahl der Zylinder, die in Verbindung mit jeder Hauptöffnung stehe:i entweder N + 1

2 oder Ή - 1♦ Ist die Zahl N gerade, so stehen entweder Έ ;

oder N - 1 ZyIinderöffminien wahlweise mic jeder luuotöff-

2
iiung in Verbindung,, In Fällen, in denen cii^ größere Anzanl von Zylinderöffnungen mit der Hauptäi'x'-aung in Verbin-.dung steht, ergibt sich eine beträchtliche Überlappung der ZyI ind er off nung en, an den beiden Enden der aciu^toffnung, so daß das üruckgebiet zwischen der Venuiloberfläciie und der Zylinderblockoberfläche im wesentlichen größer iüt als die Haupt öffnung. Wenn die kleinere Ansah! 3; Linde röf finnigen mit einer Hnuptöf f'uung in Verbindung at^ht, ergibt sich koum oder kein Uberla -pen an den i'inden dar liniiotöiVnunt=,. Die Druclci'Läclie awischeti der Yentilobei-fläcliö un.i der .öLock oberflächt ist; dann im wesetifciiciien geni-aiso ; !,\·ί.^; -Ια die [lc.air.hof filling. Dms Dnii'i-^cütruu. uor liydr^ul ii'-cy. on ¹Pv ,uikr;- ft

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Die Kolben in Zusammenhang mit den. Zylinderöffnungen sprechen auf den Druck an, der in den ZylinderÖffnungen vorhanden ist und erzeugen, eine Hsltekraft, die den Block auf dem Ventil hält. Das Druckzentrum dieser Haltekraft verändert seine Lage in Abhängigkeit von. der Anzahl und winkelmäliigen Lage der Zylinderöffnungen, die unter Druck mit der Hauptöffnung in Verbindung stehen. Das Druckzentrum und das Zentrum der Knennkraft verändert sich während der Rotation des Blockes in unterschiedlicher Weise und erzeugt am Block exn sich änderndes Kippmoment. Man sieht gewöhnlich vor, daß die Haltekraft die Trennkraift etwa um 15 % übersteigt, so daß der Block in der richtigen Lage auf dem Ventil verbleibt, während die zwei Druckzentren ihre Lage verändern. Dies wiederum bedeutet, dais man große Oberflächen auf den Flächen des Zylinderblockes und -ventiles vorsehen muß, um diese zusätzliche Belastung aufzufangen. Diese große Oberflächen werden durch einen dünnen Film aus Flüssigkeit geschmiert. Jedoch verursacht das fortlaufende Durchdrücken dieses Flüssigkeitsfilmes während der Drehung des Zylinderblockes erhebliche Leistungsverluste.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer Pumpen- oder Motorvorrichtung der oben bezeichneten Art, bei der während der Eotation des Blokkes die Yiirkungslinien der teilenden und haltenden Kräfte im wesentlichen miteinander fluchten. Dies bedeutet, daß die Angriffslinien genau miteinander fluchten oder daß die Angriffslinien um einen kleinen Betrag nicht fluchten, so daß sie ein kleinen Kippmoment verursachen. Dadurch können die Haltekraft und die Oberflnchengebiete des Ven-

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tils und des Zylinderblocks verkleinert werden.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Pumpe oder einen Motor der erwähnten Art, bei denen mindestens einer der Stegteile eine bogenförmige Länge aufweist, die wesentlich größer ist als die bogenförmige Länge jeder Zylinder-Öffnung und schafft Einrichtungen, die eine fliegende Bewegung desjenigen Teiles des Zylinderblocks erlaubt, der eine ebene Endfläche aufweist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die sich ergebende Kraft auf denjenigen Teil des Zylinderblockes, der die ebene Endfläche aufweist, die sie gegen die ebene Fläche des Ventils drängt, etwas grosser ist, als die sich ergebende, hydraulisch erzeugte Kraft zwischen der flachen Endfläche des Zylinderblockes und der flachen Fläche des Yentils. üiine HilfsÖffnung in dem einen Stegteil ist teilweise mit einer Öffnung so verbunden, daß während der Drehung des Zylinderblockes jede Zylinderöffnung mit der HilfsÖffnung zusammenwirkt, bevor sie über diese eine Hauptöffnung hinwegläuft. Es tritt mindestens ein Totpunkt bei jedem Kolben auf, wenn die zugehörige Zylinderöffnung über eine bestimmte Stellung an dem einen Stegteil hinwegläuft. Diese bestimmte Stellung liegt so, daß eine Zylinderöffnung bei dieser bestimmten Stellung gerade eine Hauptöffnung nicht mehr berührt. Außerdem liegt die bestimmte Stelle so, daß während der Bewegung der Zy-. linderöffnung über den Stegteil durch die Bewegung des Kolbens relativ zu seinem Totpunkt und die Verbindung der Zylinderöffnung zur HilfsÖffnung langsam der Druck der Flüssigkeit in dem Zylinder an den Druck einer Hauptöff-

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nung angepaßt wird, auf den sich eine Zylinderöffnung von dem Stegteil aus zu bewegt.

Jeder Stegteil der Ventiloberfläche zwischen den beiden nebeneinander liegenden Hauptöffnungsenden kann in der oben beschriebenen Weise angeordnet werden.

Die oder jede HiIfsöffnung kann die Gestalt einer Hut haben, die sich von der Hauptöffnung aus zum zugehörigen Steg erstreckt. Der im Zusammenhang mit der Zylinderblockvorrichtung benutzte Ausdruck "fliegend" bedeutet, daJi der ganze .Block oder zumindestens der Teil des Blockes, der die Blockooerflache trägt, in der Lage ist, eine axiale oder Kippbewegung in Bezug auf das Ventil auszuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an.Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen boaeuten: Fig. 1 einen querschnitt durch die Pumpe längs der Linie J-I in Figur 2 und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ventiloberfläche einer axialen Kolbenpumpe.

Gemäß Figur 1 ist ein drehbarer Zylinderblock 1 vorgesehen, der um ein Ventil 2 mittels eines zentralen Drucklagers 3 drehbar ist, das am Ventil befestigt ist und sich in eine Bohrung 4 im Zylinderblock erstreckt. Das Drucklager 3 hält den Block 1 mit Spiel, so daß Kipp- und axiale Bewegungen des Zyllnderblookes 1 relativ zum Ventil 2 möglich sind. Dies bedeutet, daß da.s DruckLaf er .5 fliegen-

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de Bewegungen des ZyIinderbloekes 1 ermöglicht, üas Yentil 2 hat eine Yentiloberfläcxie 5, die man in Figur 1 von der Seite sieht, während der Zylinderblock 1 eine mit ihm zusammenwirkende ringförmige Oberfläche ο aufweist, die genau an die Venciloberflache 5 angepaßt ist. Die ringförmige Oberfläche ö stelle die - nlndf lache einer ringförmigen Fortsetzung des einen Blockendes dar_o Die Flächen 5 und 6 sind beide eben und. rechtwinklig zur Drehachse des Zylinderblockes 1 angeordnet. Innerhalb des Zylinderblockes 1 ist eine Vielzahl von Zylindern y angeordnet, die bleichmäßig um die Drehachse herum liegen una deren geometrische Achse parallel zur Drehachse ist. In jedem Zylinder y ist ein Kolben 8 hin- una herbeweglich gelagert. Die Kolben β erstrecken sicn von dea· ofienen Ende der Zylinder y aus, das von der ringföri::i en Oberfläche 6 entfernt liegt. Jeder "...oiben β uinfal.it eine Inneu bohrung'y, in der ein Verbindun^Sütab 11 an^eoraiiet; isto Jeder Verbindungsstab 11 niJn_t mit seinem Köloea _· zwecks Übertragung von Schub mit einer kugeligen Oberfläche 12 zusammen. Der Veruindungsstao Tl wird im Kolben ο durch eine ringf öriui_f e Klammer 'Vj gehalten, die in ent abziehenden Hüben im Verb Lndungsstao 11 und der iiohrung ) li-igt. Der Verbinuimf.sstab 11 geht vom Kolben 8 aua und sein dazu entgegengesetztem finde endigt in einer Kuj.-ei 14* Jude Kugel 14 ist in einem Druckl;._v er '\j g,c;la_t.ert. Alle i)i\.eklai'.er sind in i'egelmäiiigen Abständen in einen AaLrieosflanscii Io einyepai..t, der der ririt'förmigeu OberfL lohe ο deü Zyiinderbl.ockcG 1 gegenüber lie^t. Der Atitric »üt'laii 'ki Uit eintituükit; mit einer Antriebs we L! e IV verbunden,

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die in einer» Latergex^äuse 1d drehbar gelagert ist und Hülseriiager 1y und 21 aufweist. Sin Lager zur Aufnahme axialen Schubes für den Antrieosflaiiscxi 1o wird durch eine Halteplatte 22 gebildet, die innerhalb dss Lagergehäuse s 13 angeordnet ist und die Oberfläche 23 des Antrieb sflansch.es 1J> berührt. Um die Oberfläche 23 schmieren zu können, liegt der Antriebsflansch 1ό an der Käseplatte 22 an und sind-Durchlässe vorgesehen, die sich jeweils durch die Verbindungsstäbe zur Oberfläche 23 erstrecken. Diese Durchlässe führen unter Druck stehende Flüssig* keit, die aus den Zylindern 7 stammt.

Der Zylinderolock 1 und das Ventil 2 sind durch zwei Arme 25 gehalten, die ihre Haltekraft durch zwei Drehzapfen 2ö an Ansätzen 27 ausüben, die einstückig mit dem Lagergehäuse 18verbunden sind. Die Arme 2^ sind am Ventil 2 durch nicht gezeigte Schraubenbolzen verbunden. Der Zylinderblock 1, üis Ventil 2 und die Arme 25 bilden einen Heigekopf, der relativ zum Antriebsflansch um die geometrische Achse der Drehzapfen 22 gekippt werden kann. Die geometrische Achse der Drehzapfen 2o ist so angeordnet, daiJ sie durch den Antriebsflansch 16 in Form eines Halbmessers verläuft, der aucn. durcii den Mittelpunkt der Kugeln 14· geht.

Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Neigekopf in Bezug auf die geometrische Achse der Drehzapfen 26 so angeordnet, daß die Achsen des Antriebsflanaches 1u und des Zylinderblockes 1 zusammenfallen. Die Rotation der Antriebswelle 17 verursacht eine Rotation des Antriebsflansches 16 und

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der Kugeln 14. Die Bewegung der Kugeln 14 veranlaßt, daß die Verbindungsstäbe 11 an den Wänden der Innenbohrung 9 der Kolben 8 anliegen, so daß sich der Zylinderblock 1 synchron mit dem Antriebsflansch 16 dreht. Hat der Neigekopf die in der Figur 1 gezeigte Stellung, so verursacht eine Rotation des Antriebsflansches 16 und des Zylinderblockes 1 kein Hin- und Hergehen der Kolben 8 in ihren Zylindern 7· Indem man den Neigekopf um die geometrische Achse der Drehzapfen 26 bewegt und einen Winkel zwischen der geometrischen Achse der Antriebswelle 1'7 und derjenigen des Zylinderblockes 1 erzeugt, so verursacht die Rotation des Antriebsflansches 16 und des Zylinderblockes 1 das Hin- und Hergehen der Kolben 8 innerhalb ihrer Zylinder 7.

Um zu Pumpzwecken die Flüssigkeit zu den Zylindern hin und von ihnen weg zu bewegen, weist jeder Zylinder 7 eine öffnung 28 auf, die zur Oberfläche 6 des Zylinderblockes 1 gerichtet ist. Jede öffnung 28 hat längliche Gestalt, und ihr Mittelpunkt liegt nur wenig mehr von der geometrischen Achse des Zylinderblockes 1 entfernt, als die Achse des zugehörigen Zylinders 7· Jede öffnung 28 wirkt während der Drehung des Zylinderblockes 1 mit den festen öffnun gen 29 und 31 zusammen, die von der Ventiloberfläche 5 ausgehen. Die öffnung 29 kann mit der öffnung 31 hydrau lisch durch biegsame Leitungen oder durch !leitungen be wirkt werden, die Gelenkverbindungen aufweisen, die die Bewegung des Neigekopfes aufnehmen.

Din :^:: rl·?.'-.'-:j anstellen, da ι? die Veiitiloberf lache 5 in iieruli-

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rung mit der ringförmigen Oberfläche 6 des Zylinderblockes 1 bleibt, besonders am Anfang der Bewegung, ist eine Druckfeder 41 am Drucklager 3 in einer Mittelbohrung 42 des Zylinderblockes 1 vorgesehen. Die Druckfeder 41 drückt über ein Drucklager 43 auf eine Schulter 44 des Zylinderblockes 1, um diesen gegen das Ventil 2 zu pressen.

".Vie sich aus Figur 2 ergibt, haben die Öffnungen 29 und 31 bogenförmige Gestalt. Der Zylinderblock 1 kann sich auf der Ventiloberfläche 5 gemäß der Zeichnung im Uhrzeugersinn drehen. Die Hauptöffnung 29 umfaßt an ihrem vorderen Ende (vorne in Bezug auf die Drehrichtung) eine HilfsÖffnung 32, die eine schmale Nut hat, die relativ flach ist und zur Hauptöffnung 29 führt. Die HilfsÖffnung 32 ist so angeordnet, daß während der Drehung des Zylinoerblockes 1 die Zylinderöffnungen 2J über die HilfsÖffnung 32 hinwe^laufen, bevor sie über die Hauptöffnungen 29 zu liegen kommen. Ganz ähnlich umfaßt die Hauptöffnung 31 eine HilfsÖffnung 33i deren Aufbau ähnlich der HilfsÖffnung 32 ist und ebenso am Vorderende der Hauptöffnung 31 angeordnet ist, so daß bei der Drehung des Zylinderblockes 1 jede Zylinderöffnung 21 zuerst über die HilfsÖffnung ^j> läuft, bevor sie über die Hauptöffnung 31 zu liegen kommt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt der Zylinderblock 1 aieben Zylinder 7, von denen sieben Zyiinderöffnun|/en 2ö sich zur ringförmigen Oberfläche 6 erstrecken, die längs der Ventiloberfläche 5 sich dreht. Die Kippachse der Drehzapfen 26 d»r Arme 25 sind so angeordnet, daß der obere und untere Totpunkt jedes Kolbens 8 dann auftritt, wenn das Zen-

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trum der zugehörigen Zylinderöffnung 28 entweder die Stellung A oder B einnimmt. Die Stellung A zeigt den Mittelpunkt der Zylinderöffnung 28 an, zu der jeder Kolben 8 seine unterste Stellung im Zylinder 7 einnimmt, und bei der das "Volumen im Zylinder 7 ein Minimum ist. Die Stellung B stellt das Zentrum der Zylinaeröffnunf.. 28 dar, in der jeder Kolben 8 aus dem zugehörigen Zylinder 7 voll ausgefahren ist, und jeder Zylinder 7 das maximale Volumen aufweist. Die Stellungen B und A sind in jjezug auf die Hauptöfinungen 29 und 31 so angeordnet, daß wenn die Zylinderöffnung 2o gerade über eine der beiden Hauptöffnungen 29 und 31 hinausläuft und gerade durch die Yentiloberflache geschlossen ist, der zugehörige Kolben 8 entweder in seiner oberen oder unteren Totlage ist. Der vvinkelmässige Drehbereich zwischen den beiden Stellungen, in denen eine Zylinderöflnun-, 28 üoer eine der Hauptöffnungen 29 oder 31 hinauslauft una dann in Verüindung mit der anderen Hauptöffnung 29 oder 31 in Verbindung britt, ist gemäß den Arbeitsbedingungen ausgewählt, so daß der Druck in den zugehörigen Zylindern allmählich steigt oder fälLt. Beim Ausführungsbeispiel, bei dem der Block sieben Zylinder aufweist, beträgt cue iierindrehzahl 20UO Uuiarehungen pro Minute, liegt der höchste Druck oei j>t>0 kg/cm^ (^000 psi), bebragt der größte itfeigun_t: a winkel des Ncigekopfea 25° und ist der ürehwinkel jeder Zylinderöffnung üJ3, wenn sie über eine hauptöf fnung 29 oder y\ hinaualiiuf t, bis aie mit der anderen Hauptöffnuiih 29 oder 31 in Verbindung tritt etwa

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Die Teile der Ventiloberfläche 3 zwischen den benachbarten Enden der Hauptöffnungen 29 und 30 werden als Stegteile der Ventiloberfläche 5 bezeichnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel· ist die Hauptöffnung 29 die öffnung hohen Druckes und die Hauptöffnung 31 ist die Öffnung niederen Druckes. Eine Zylinderöffnung 28, die gerade über- die Hauptöffnung 29 hinausläuft, hat hohen Druck, und, sobald sie über die Hauptöffnung 29 hinausläuft, steht ihr zugehöriger Kolben 8 in seinem unteren Totpunkt, das heißt, der Zylinder hat sein kleinstes Volumen. Während etwa der nächsten 6° Bewegung bewegt sich der zugehörige Kolben 8 von seinem unteren Totpunkt weg, und verursacht, daß sich das Zylindervolumen etwas erhöht, wodurch der hohe Druck ±m Zylinder nachläßt. Während der nächsten 8° der Bewegung stellt die Zylinderöffnung 28 eine Verbindung mit der Hilfsöffnung 33 her, wordurch ein beschränkter Flüssigkeitsstrom zwischen den Zylinder und der Hauptöffnung 31 ermöglicht wird. Der Druck in der Zylinderöffnung 28 hängt nun von zwei Faktorn ab: Der eine ist die Bewegung des Kolbens 8, die das Zylindervolumen erhöht und der andere ist der Flüssigkeitsstrom durch die HilfsÖffnung 33· Dadurch ändert sich der Druck, bei dem die Zylinderöffnung 2ö über die Hauptöffnung 29 hinausläuft, langsam bis zu der Stellung, zu der die Zylinderöffnung 28 ganz in Verbindung mit der Hauptöffnung 31 steht. In sehr erwünschter Weise ist der Druckabfall während der Bewegung der Zylinderöffnung 28 über diesen Stegteil bo, daß der Druck gleichmäßig pro Grad Drehung des Zylinderblockes 1 abnimmt.

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Verläßt die Zylinderöffnung die Hauptöffnung 31 und wandert zur Hauptöffnung 29, so führt sie anfangs den niederen Druck der Hauptöffnung 31. Zu dem Zeitpunkt, zu der sie über die Hauptöffnung 31 hinausläuft, hat der zugehörige Kolben 8 seinen oberen Totpunkt, zu dem der Zylinder das höchste Volumen aufweist. Weitere Bewegung um etwa 6° verursacht, daß der Kolben 8 das Zylindervolumen verkleinert, wodurch der Druck im Zylinder 7 und. der Zylinderöffnung 28 steigt. Während der nächsten acht Bewegungsgrade tritt die Zylinderöffnung 28 mit der HilfsÖffnung 32 in Verbindung. Ein Flüssigkeitsstrom durch diese HilfsÖffnung 32 gewährleistet eine allmähliche Druckänderung. Während der Bewegung der Zylinderöffnung 26 auf die Hauptöffnung 29 hin, hängt der Druckanstieg von der Bewegung des Kolbens 8 in Richtung auf die Verkleinerung des Zylindervolumens und dem Flüssigkeitsstrom durch die HilfsÖffnung 32 ab. Wählt man zum Beispiel einen großen Neigewinkel beim Neigekopf, so ist der Prozentsatz an Verkleinerung des Zylindervolumens relativ hoch und die Flüssigkeit fließt vom Zylinder 7 durch die Hilfsöffnung 32 zur Hauptöffnung 29» und verhindert so ein überschnelles Ansteigen des Druckes. Wenn man dagegen den Neigungswinkel des Neigekopfes relativ klein wählt, kann der Druckanstieg im Zylinder 7 wegen der Verkleinerung des Volumens nicht genügend groß sein, und die Flüssigkeit fließt dann von der Hauptöffnung 29 durch die Hilfsöffnung 32 Bum Zylinder 7. In welcher Richtung auch immer die Flüssigkeit durch die Hilfsöffnung 32 fließt, wird die Zylinderöffnung allmählich an den Druck οer Hauptöffnung 29 angepaßt, veil!! sit fiber die: Hilfsoffnung 32 lüiiv.-e£läuft. Wen.: uie

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Verbindung mit der Hauptöffnung 29 hergestellt ist, so hat sie bereits den Druck dieser Hauptöffnung 29. Im Falle der HilfsÖffnung 33 kann die Flüssigkeit ebenfalls in beiden Eichtungen fließen, wenn sie mit einer Zylinderöffnung 28 in Verbindung tritt, die von der Hauptöffnung 29 zur Hauptöffnung 31 läuft. Die Flußrichtung fcängt dabei von dem gewählten Neigungswinkel des Neigekopfes zusammen, gemäß dem der allmähliche Druckübergang gewährleistet werden soll»

Der allmähliche Druckanstieg und der allmähliche Druckabfall in der Nähe der Stegteile verursacht grundsätzlich, daß das Druckzentrum der hydraulischen l'rennkraft, die zwischen der Ventiloberfläche 5 und der ringförmigen Oberfläche 6 wirkt, sich im wesentlichen in der gleichen Weise ändert, wie das Zentrum des Druckes der. Haltekraft, die hydraulisch auf den Zylinderblock 1 durch die Kolben 8 ausgeübt wird.

Bei der Pumpenkonstruktion nach Figur.1 ist vorgesehen worden, daß der Zylinderblock 1 wegen des Anliegens der Verbindungsatäben 11 an den Wänden der Bohrungen 9 eine Drehkraft erfährt. Diese Drehkraft bewirkt am Zylinderblock 1 ein Kippmoment, das dem Grunde nach von den Arbeitsdrücken in den Hauptöffnungen 29, 31 abhängt. Beim Zylinderblock 1 und dem Ventil 2 ist die Anordnung so getroffen, daß die Druckzentren der teilenden- und der Haltekräfte um einen kleinen Betrag voneinander abweichen können, um dadurch ein Kippen des Zylinderblockes 1 zu •verursachen, das in gleicher Weise dem Kippmoment entge-

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/im--

genwirkt, das durch die Verbindungsstäbe 11 ausgeübt wird. Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist die Zylinderöffnung 28 bei jedem Zylinder 7 so angeordnet, daß sein Mittelpunkt eine etwas größere Entfernung von der Drehachse des Zylinderblockes 1 hat, als die geometrische Längsachse des zugehörigen Zylinders 7· Um sicherzustellen, daß die Haltekraft größer als die Trennkraft ist, und zwar um einen sehr kleinen Betrag, muß man Versuche anstellen, um die inneren und äußeren Radien der ringförmigen Oberflächen 6, die inneren und äußeren Hadien der Hauptöffnungen 29 und 31 und die wirksamen Flächen der Zylinderöffnungen 23 festzustellen. Die Haltekraft, die den Zylinderblock 1 gegen die Ventiloberfläche ^lj drückt, kann leicht durcu die Drüicke in den Zylindern 7» multipliziert mit den 4^uerscnnitbsflächen dieser Zylinder 7 ausgedrückt werden. Die ^rfrennkraft ist weit schwerer zu bestimmen, da abgesehen von den Flüssigkeitsdrücken, die zwischen den Flächen 5 und 6 in der Nähe der Hauptöffnung 29 und 31, den Zylinderöffnungen 23 und den HilfsÖffnungen 32 wirken, ein Druckflüssigkeitsleckstroin. zwischen den Flächen 5 und 6 in radialer Richtung von' den Hauptöffnungen 29 und 31 ausfließt. Der Druck dieser Leckflüssigkeit fällt bis auf einen bestimmten niederen Druck, wenn sie entweder auf den inneren oder äußeren Durchmesser der ringförmigen Oberfläche ο trifft. Der Druck der Leckflüssigkeit tritt zusätzlich zum Druck der Flüssigkeit auf, die an den Öffnungen wirkt und die i'rennkraft ausmacht, die versucht, den Zylinderblock 1 vom Ventil 2 wegzubewegen» Normalerweise betraft die Fläche jeder Zy linder öffnung 23 etwa drei viertel von der .Querschnitt tifLache des zugehörigen Zylinders ^r/. Durch

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die vorliegende Erfindung kann man durch eine sehr kleine Änderung des Kippmomentes auf den Zylinderblock 1 die Haltekraft, im Hinblick auf den wirksamen Betrieb nur wenig größer machen als die Trennkraft. Die Haltekraft braucht nur um 0,5 % größer als die Trennkraft zu sein.

Ein zusätzlicher Vorteil, den man durch die Erfindung erhält, ist das vergleichsweise schwache Arbeitsgeräusch, im Gegensatz zu den üblichen Pumpen oder Motoren erwähnter Art. Bei diesen üblichen Pumpen oder Motoren treten innerhalb der Zylinder sehr rasche Druckänderungen auf, die beträchtliches Geräusch verursachen, wenn die Zylinderöffnungen 28 über die Stege laufen. .

Die Anordnung gemäß der Erfindung, bei der der Druck in den Zylindern allmählich steigt und fällt, wenn die Zylinderöffnungen 28 über die Stegteile laufen, verursacht, daß das Arbeitsgeräusch wesentlich niedriger liegt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß nur kleine Leckverluste zwischen dem Zylinderblock 1 und der Ventiloberfläche 5 auch bei hohen Drücken auftreten. Demzufolge brauch der Ringdurchmesser der ringförmigen Oberfläche 6 nicht wesentlich größer als doppelt so groß wie der Durchmesser.der HauptÖffnungen 29 oder 31 zu sein.

Bei den erwähnten Pumpen oder Motoren, bei denen veränderliche Bewegungen möglich sind, ist es bekannt, daß die Steueri.räfte, die auf die die Bewegung ändernden Teile ausgeübt v/erden mü. :jen, sich sclinclL und in ihrer Richtung ■'■rj/l'^rij. iJio.'j ν Üij't h'tuot.'-jfichlicu. von deri ^rilötzLichen Druck-

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äi-derun^en in den Zylinderöffnungen 28 her, die über die Stegteile laufen. Weil bei der vorliegenden Erfindung der Druck in den Zylinderöf .aiungen 28, die über die otegteile laufen, sich gleicliii.äJßig ändert, so erhalt man da;- überraschende Ergebnis, daß die Steuerkräfte zur Ausübung der die Bewegung ändernden Teile sich nicht mehr umkehren. Dadurch v/ird es möglich, die Bewegung durch eine wesentlich kleinere .Steuerkraft zu steuern. Beim Ausführungsbeispiel besteht das die Bewegung ändernde Teil des Heigekopfes aus dem Ventil 2, dem Zylinderblock 1 und den Armen 25· Der Neigekopf kann um die Drehzapfen 26 zwecks Änderung der Bewegung geschwenkt werden. Die Druckfeder dient Hauptsächlich dazu, den Zylinderblock 1 und die Ventiloberfläche 5 anfänglich miteinander in berührung zu bringen« Während des Betriebs kann die Feder 41 eine Kraft ausüben, die mit der Differenz zwischen der Halte- und der Trennkraft vergleichbar ist.

Das beschriebene Aueführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Figuren 1 und 2 kann dazu verwendet werden, einen Motor veränderlicher Bewegung mit einem Richtungseinn zu schaffen, wenn das Ventil 2 in seiner Lage relativ zu den Totpunktstellungen der Kolben ü verändert wird. Diese Änderung ist dergestalt, daß die Totpunkte der Kolben nunmehr auftreten, wenn die Zylinderöffnungen 23 in der Stellung C und D gemäß Figur 2 sind. Die Anordnung des Ausfülirungübeiöpielij gemäß Figur 1, bei der. die JNeigungsaehsc der Drehzapfen 2b in Form eines Durchmessers in einem Kreis lic-t-t, der den IVlitteloimkt der Kugeln I'l umfaßt, i, lieber, d?<ß die !Mittelpunkte der ^■•t.indeiv'fi'mm.-en

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2o stets entsprechend der oberen und unteren Totpunkte der Kolben 3 (wie sie auf der Ventiloberfläche 5 angezeigt sind) in einer lob en e senkrecht zur Kip_;.achse liegen, die durch die Drehzapfen 26 Gestimmt wird. Vlerw. man daher das Ausführungsbeispiel als Motor verwenden will, benätzt man die Linie II-II in Figur 2, die parallel zur jJeigeachse des Motorkopfes liegt. Zum Betrieb des Motors sei angenommen, daß die Hauptöfmung 29 niederer Druck und die Hauptöffnung 31 hohen Druck führe. Eine Zylinder öffnung 28, die üoer die Hauptöflnung 2.) läuft, hat niederen Druck, wenn sie die Hauptöffnung 29 passiert hat und wird durch die Ventilooerflache 5 geschlossen, wobei sich ihr Zentrum stetig der Stellung C nähert. Die im Zylinder enthaltene Flüssigkeit wird deshtlb durch die Bewegung- des Kolbens komprimiert, bis die Stellung C erreicht ist. Jede Zylinderöffnung 23 bewegt sich um 14° von der Stellung weg, zu der sie zum ersten Mal durch die Ventiloberfläche 5 beim Verlassen der Hauptöffnung 2) geschlossen worden ist, ehe der zugehörige Kolben 8 bei der Stellung C seinen Totpunkt erreicht. Während dieser Bewegung wird die ZyI Inder öffnung 28 mit der Hilf soffnung -jt> verbunden, die zusammen mit der Kolbenbewegung bewirkt, daß sich der Zylinderdruck allmählich an den hohen Druck der Hauptöffnung 31 anpaßt. Wenn umgekehrt der Druck in der Hauptöffnung 31 hoch ist, fließt die Strömung von der Hauptöf.i'nunfc 31 zum Zylinder. Der Vorgang gewährLeistet einen vernünftigen, alLmahLichen Übergang de» Druckes ν -tx der fjteLlung aus, zu der die Zylirideröffnung 28 die Haupfcöffnum, c'.') veriäßt, bis au der Stellen, zu der die ZyI.in- duν'ό%i'nnny, 2-i voJLL mit der Hauptöftnimt; Ά in Vorbinduri|i,

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7/ährend beim Ausfulix-ungsbeispiel der ganze Zylinderοlock 1 fliegend dargestellt ist, damit aie ringf ö-uigt oberfläche 6 durcii die Vent i± ober flacne 5 abgedichtet wer Jen kann, so kann trotzdem geniäis der Erfindung der Zylinderblock in Lagern gelagert sein, die nur eine Rot?;, ti on relativ zum "Ventil 2 gestatten. Alan kann dann eine Ventil-platte auf dem üJnde des Ventilblockes in der ilähe des Ventils vorsehen, die mit dem Block rotiert und die mit kurzen Hülsen in die Enden der Zylinder eintritt, die Öffnungen zur Ventilplatten-Oberfläche bilden, die an dem Ventil anliegt. Die Oberfläche des .Blockes ist dann diese Ventilplatten-Oberfläclie, die mit der Oberfläche des Ventils in Berührung kommt. Die kurzen Hülsen erlauben eine fliegende Bewegung der Ventilplatte auf dem Vencil. Die Arbeitsweise und Vorteile sind die gleichen -vie beim beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel.

Zwar wurde das Ausführungsbeisriei im Hinblick i.ui eine ,'feigclcopf vorrichtung beschrieben, riie laut &i.ch .jedoch genau so fuf CLtKJ T&umeliJcneibeaei.-iheit anwenden, ο ei der der Zylinderblock fliegend auf dem Ventil. £uigeof.*dn.?b ist. Obwohl beim AusfuhrungijbeispiüL eine Puuio.e mit veränderlicher Bewegung geat.-i[ t worden ist, so kan.i die ti!rfiti:lun_ev auch auf Pujiioen oder Ioboren mit fester Beiveguti; angevveuüefc .verden.

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Claims (1)

1. DR. ING. H. NBGENDANK

   FATBNTAWWAI.T HAJCBUEG B* · KBtTSA MfXiS. 41 · FXBItRUF M 7ft »8 TTKD 8β 41 IB

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   Dowty Technical
   Developments Limited

   OHi&rJJiwIii/iM . 14. August 1965

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   Pateiifcaaeprüoh·

   Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor mit einem Zylinderblock, der um eine durch den Zylinderblock hindurch.geb.ende Achse d***hbar 1st, mit Zylindern in dem Zylinderblock, deren Längsachsen im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Zylinderblock» liegt, mit einer 2jr~ linderöffnumg, die rod Jedem SSyIInder ausgeht und In eine ebene Endob»rflache des Zylinderbloakes mündet, dergestalt, daß dae Drucksentrum jeder SSyllnderöffnung im wesentlichen auf der Längsachse des sugehörigen Zylinders liegt, mit Solben in den Zylindern, die mit außerhalb des Blocks befindlichen Einrichtungen so sttsamaen arbeiten, daß sie in den Zylindern bei der Rotation des Blockes hin- und herbewegbar sind, mit einem sieh nicht drehenden Ventil, das eine ebene Oberfläche mit swei bogenförmigen Haupt-Öffnungen aufweist, die voneinander duroh swel Btegtelle der ebenen Flüche getrennt simA, umd Ton denen über die eine Öffnung die Zufuhr und Über die andere Öffnung die Abfuhr erfolgt uad während der Rotation des Zylinderblock^ jede

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   Zylinderöffnung reihum mit der ersten Hauptöffnung, mit dem ersten Stegteil, mit der aweiten Haupt öffnung und mit dem zweiten Steg teil susanmen wirkt und mit einer eine fliegende Bewegung desjenigen l'eile des ZyI inderb locks gestattenden Vorrichtung, die die ebene Endoberfläche aufweist, mit einer solchen Anordnung, daß die iron dem Teil des Zylinderblockes, der die eben· ladoberfläche aufweist, herstammende Kraft« dl· die ebene Bndoberfläche eft die ebene Fläche de« Ventlls drückt, .venig größer eis die resultierende Kraft 1st, die hydraulisch, zwischen der ebenen Endoberfläche dee Zylinderblock^ und der ebenen fläche des Ventils erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindesten· einer der Stegteile eine Bogenlänge aufweist, die wesentlich größer als die Bogenlänge Jeder JSyllnderÖffnung 1st, daß eine Ullfsöffnung (32, 15) 1* *·· Stegteil unter Verengung mit «iaer der U**ptHti~ aung (29« 31) eo verbunden ist, dafl während de» Hotution dee Zyliaderblockes 1 jede tylimdertfffnung (23) mit der Hilfaöffnung (32, 95) s«seamenwirkt, bevor sie über eine der HeuptOffnuagem (29, 51) KU liegen ko*«t, dal ein Totyoürt jedes Kolbens (3) sich dann einstellt, wem« die smgehörlge Zylinderöffnung (2d) «ich übe» «Ime festen Funkt des einen Ste^teils beweg* der feste Punkt so liegt, daB ein· (2d)_t. die etwa, diesen Punkt $sr$le&t

   kv Um Vfx>bindunc m»bx Alt e nung (29 oätff 3D ä«%. 00SI41/O1I4

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   2. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennseiehnet, defl Jeder Stegteil ein· BogcalBjijiβ aufweist, die wesentlich größer al* die Bogenlänge jeder Zylinderöffnung (28) ist und daß jeder Stegteil eine HilfsÖffnung (32,33) aufweist, die sich, von der Hauptöffnung (29» 31) aus so erstreckt, daß bei jedem Brückenteil jede Zylinderöffnung (23) mit der Hilfsöffnung (32,J3) »uearamenwlrkt, bevor eiβ über die Hauptöffnumg (e?9f 31) *u liegen kommt·

   3· Pumpe oder Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede HilfaÖffnung (32, 33) durch eine liut in der Ventile*erflach· (5) bildet ist.

   Pump« oder Motor nach Anspruch 3» dadurch gefcemaeiehaefc, daß jede !Tut (32 oder 33) im wesentlichen konstante Breite und Tiefe oat·

   Pumpe oder Motor nuoh einem der vorhergehendem Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, AsJ die eben« Badoberfläehe (6) des Zylinderblocke· (1) im eine Platte eingearbeitet ist, die relativ sam Zylimderblock (1) fliegend angeordnet und mit den Zylindern (7) im Sylinuerbloc* (1) durch, im den Zylinder (7) passe&de MUlsen rerbumden ist.

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   6. Pumpe oder Motor nach einem der vorhergehend·]! Ansprüche» dadurch, gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (1) 'üeil eines in einem Gehäuse ge·» lagerten üfeigekopfea ist, das einen Antriebeflansch (16) aufweist, der in dem Gehäuse drehbar gelagert ist, und von dem aus eich Verbindungaate.be (11) zu den Kolben (3) in den Zylindern (7) dea Zylinderblockes 1 erstrecken»

   y. Pumpe oder Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß »wischen Zylinderblock (1) und Ventil (2) eine Feder (41) geschaltet ist·

   8· Hydraulische Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der fest« Punkt einer Zylinderöffnung (23) auf einen Stegteil» an dem dir augehörige Kolben (3) den Totpunkt erreicht an einer Stelle liegt, bei der die Zylinderöfinung (2S) kurs vorher aufgehört hat, mit der anderen Hauptöffnung susammen su wirken·

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