DE1653438A1

DE1653438A1 - Stroemungsmittelgetriebe

Info

Publication number: DE1653438A1
Application number: DE19661653438
Authority: DE
Inventors: Geyer Howard Marion
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-05-12
Filing date: 1966-05-11
Publication date: 1971-04-08
Also published as: GB1106486A; BE680842A; US3373696A

Description

PA TENTAN WAL TE

PATENTANWALT DIPL.-IIMG. RICHARD MÜLLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY

BERLIN-DAHLEM - PODBIELSKIALLEE 68 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49

TELEFON: 76 29 07 · TELEGRAMME: PROPINDUS TELEFON : 22 55 85 - TELEGRAMME: PROPINDUS

19 120

General Elctric Company
Schenectady, N.Y. (V.St.A.)

Strömungsmittelgetriebe

Die Erfindung Detrifft ein Strömungsmittelgetriebe, das als i-umpe oder als Motor verwendet werden kann. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Pumpenkörper und mehreren Kolben, die in Bohrungen des Pumpenkörper.s hin- und herbewegbar sind. Die Enden der Kolben sind mit einem Element verbunden, das relativ zu dem Pumpenkörper eine 'Daumelbewegung ausführt, wenn sich die Kolben in dem Pumpenkörper hin- und herbewegen. Die hin- und hergehende Bewegung der Kolben kann dazu dienen, ein Strömungsmittel unter Druck zu setzen, wenn die Vorrichtung als Pumpe verwendet wird, oder ein druckmittel kann zur hin- und hergehenden Bewegung der Kolben verwendet werden, wenn die Vorrichtung als Motot verwendet wird. In oäden fällen werden Eintritts- und Austrittskanäle für das Strömungsmittel nacheinander mit den die hin- und hergehenden Kolben enthaltenden Zylindern bzw. Bohrungen

109815/0356 _" ²

BAD ORIGINAL

in Verbindung gebracht. Die nachstehende Beschreibung bezieht sich in erster Linie auf eine Pumpe, doch ist es für jeden Fachmann selbstverständlich, daß die allgemeineren Merkmale des Gegenstandes der Erfindung auch auf einen entsprechend ausgebildeten Motor anwendbar sind.

Einer der Nachteile von Vorrichtungen der in Betracht kommenden Art besteht darin, daß bei der Übertragung von Schubkräften zwischen dem Kolben und dem die hin- und hergehende Bewegung der Kolben übertragenden Taumelelement relativ hohe Spannungskonzentrationen auftreten. Diese können zu einem übermässig starken Verschleiß führen, nicht nur infolge der hohen !Flächenpressungen, sondern auch deshalb, weil der normalerweise vorhandene Schmiermittelfilm weggedrückt und so unwirksam gemacht wird.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer einfachen und wirtschaftlich herstellbaren Vorrichtung der angegebenen Art, bei welcher die vorstehend erwähnten Beanspruchungen auf ein Minimum herabgesetzt oder beseitigt und die zu einem übermäßigen Verschleiß beitragenden Schubkräfte ebenfalls auf ein Minimum herabgesetzt sind·

Diese Zwecke werden durch die Schaffung einer Pumpe oder dergleichen erreicht, die einen Pumpenkörper besitzt, in dem mehrere Kammern bzw. Bohrungen auf einem Kreise und achsparallel zueinander angeordnet sind. In diesen Kammern bzw. Bohrungen ist je ein Kolben hin- und herbewegbar gelagert, der aus diesen herausragt. Beim Umlauf der Kolben gelangen ein Eintritts- und ein Austrittskanal nacheinander mit einander entgegengesetzten Enden dieser Kammern in Verbindung. Es" sind Kappen vorgesehen, die

109815/0356

BAD ORIGINAL

die Pfannen zur Aufnahme von Kugelzapfen haben ,van den freien Enden der Kolben angeordnet sind. Die Kappen sind mit Flanschen versehen, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, in der die Mittelpunkte der Kugeln der Kugelzapfen liegen. Eine Scheibe besitzt Ausnehmungen zur Aufnahme der die Kugeizapfen umgebenden Kappen, wobei die Plansche an einer ebenfalls in dieser gemeinsamen Ebene liegenden Lagerfläche angreifen können. Es sind Mittel vorgesehen, die der Scheibe eine Taumelbewegung relativ zu dem Pumpenkörper erteilen, so daß die Kolben eine hin- und hergehende Bewegung ausführen. Bei dieser Anordnung wird von den Kolben auf die Kappen keine Kraft übertragen, die ein Kippen der Kappen relativ zu der Kappe bewirkt, so daß die Kappen mit der Scheibe in ebenflächiger Berührung stehen und eine minimale Flächenpressung erzielt und dadurch die Schmierung erleichtert wird.

Weitere Merkmale der Erfindung bestehen in der Anordnung einer Führungsscheibe, die eine Lagerflächs hat, die de_m Kolben gegenüberliegt«. JJie Führungsscheibe und der Pumpenkörper sind relativ zueinander um eine Achse drehbar. Die Kolbenkammern sind allgemein parallel und konzentrisch zu dieser Drehachse angeordnet. Die Lagerfläche der Führungsscheibe ist unter einem Winkel zu einer Ebene geneigt angeordnet, die zu der genannten Drehachse normal ist«, Die Taumelscheibe hat einander entgegengesetzte Flächen, die parallel zu einander sind. Eine dieser einander entgegengesetzten Flächen liegt an der Schrägfläche der Führungsscheibe und die andere an den Flanschen der Kappen an. Die Taumelscheibe ist vorzugsweise mit sie durchsetzenden Öffnungen zur Aufnahme der äußeren Enden der Kappen ausge-

109815/Π356

bildet. Diese Öffnungen sind am einen Ende durch die Führungsscheibe und am entgegengesetzten Ende durch die Kappenflansche abgedichtet, so daß sie in der Taumelscheibe Kammern bilden. Von den Kolbenkammern führen Kanäle zu diesen Kammern in der Taumelscheibe, so daß ein Druckmittel, gewöhnlich eine Schmierflüssigkeit unter Druck in die Kammern in der Scheibe gelangen kann. Auf diese Weise wird eine Kraft erzeugt, welche die Schubkraft ausgleicht, die im Betrieb der Vorrichtung von den Kolben auf die Führungsscheibe ausgeübt wird·

In den Figuren 1 bis 4 der Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung anhand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeisplale dargestellt, welche nächstehendim einzelnen näher beschrieben sind; es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikal- bzw. Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Pumpe nach Fig. 1, entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Pumpe nach Fig. 1, entlang der Linie III-III in Fig. 1 und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des wesentlichen Teils einer Pumpe in abgeänderter Ausführungsform nach der Erfindung.

Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Pumpe besitzt ein Gehäuse 10, das mittels der Schrauben H an der Grundplatte 12 befestigt ist. In der Grundplatte 12 befindet sich eine Eintrittsöffnung 16 und eine Austrittsöffnung 18. Diese öffnungen stehen mit je einer nicht gezeigten Leitung in Verbindung, mittels welcher ein Strömungsmittel, üblicherweise eine Flüssigkeit, der Pumpe zu bzw. von dieser abge-

10981S/0356 _ ₅ _

führt wird.

Der Pumpenkörper 20 liegt mit seiner Unterseite dichtend auf der Oberseite der Platte 12 auf und ist über den Offnungen 16 and 18 drehbar gelagert. In dem Pumpenkörper 20 befinden sich mehrere zylindrische Kammern 22, die bei Rotation nacheinander mit den Öffnungen 16 und 18 · in Deckung gebracht werden, und in welchen je ein Kolben axial verschiebbar gelagert ist. Die Kolben 24 sind am oberen Ende mit je einem Kugelzapfen 26 versehen, der von einer Pfanne in einer Kappe 28 aufgenommen ist. Diese Pfannen sind so ausgebildet, daß sie die in ihnen befindlichen Kugelzapfen 26 festhalten. Die Kappen 28 liegen an der Unterseite einer Scheibe 3o an, die gegenüber dem Pumpenkörper 2o eine Taumelbewegung ausführt·

der Pumpe Bei der vorliegenden Ausführungsform/wird die

Taumelbewegung dadurch erzielt, daß der Pumpenkörper 2o gegenüber einer feststehenden Stütz- und Führungsscheibe 32 gedreht wird. Zu diesem Zweck ist der Pumpenkörper 2o durch eine Keilverzahnung 36 mit dem unteren Ende der Welle verbunden. Die Scheibe 3o dreht sich vorzugsweise mit derselben Drehzahl wie der Pumpenkörper 2o um die Achse der Welle 34, und zwar infolge einer sphärischen Keilverzahnung Das obere Ende der Welle 34 ist in dem Gehäuse 10 drehbar gelagert und ragt aus dem Gehäuse heraus. Sie ist mit einem Antrieb verbunden, der die Welle in Pfeilrichtung antreibt. Wenn sich die Welle 34 um eine vertikale Achse χ dreht, führt die Scheibe 3o eine Taumelbewegung um eine horizontale Achse y aus. Die sphärische Keilverzahnung 38 nimmt diese Taumelbewegung auf, während die Antriebaverbindung ^zwiBcheni^ff gUtfi^Q^tWid der Platte 30 aufrecht-

OfUGlNAL INSPECTED - «> -

erhalten bleibt, so daß eine Winkelbewegung zwischen der Scheibe 30 und dem Pumpenkörper 20 um die Achse -x verhindert wird. Die obere Fläche der Scheibe 30 hat einen Absatz 39 zur Aufnahme des unteren Teils der Scheibe 32, so daß die Scheibe 30 bei ihrer Taumelbewegung zentrisch geführt wird.

Die Taumelbewegung der Scheibe 30 bewirkt eine axiale hin - und hergehende bzw. auf- und abgehende Bewegung der Kolben 24 in den Kammern 22. Bei der Aufwärtsbewegung der Kolben wird Flüssigkeit durch die Eintrittsöffnung angesaugt und unter einem Überdruck durch die Austrittsöffnung 18 abgegeben. Der rechte Kolben 24 (Fig.1) bewegt sich danach abwärts und drückt Flüssigkeit aus seiner, hammer 22 heraus.

Dabei übt dieser Kolben auf die Scheiben 30, 32 eine Druckkraft aus. Der linke Kolben 24 bewegt sich aufwärts und saugt dabei Flüssigkeit in seine Kammer 22 hinein. Während dieses Saughubes besteht eine Tendenz zum Abziehen der Kappe 28 von der Platte 30. Um dies zu verhindern, sind mittels der Schrauben 43 mehrere winkelförmige Haltestücke 41 (Fig.

1 - 3) an der Unterseite der Platte 30 befestigt. Diese

45

mit Schlitzen· versehenen Haltestücke sorgen für eine formschlüssige Verbindung der Kappen mit der Scheibe 30, so daß sie während, eines Saughubes an dJeser festgehalten werden.

Die Führungsscheibe 32 ist beim normalen Betrieb ortsfest, jedoch um eine Achse verstellbar, die zu den Aciisen χ und y rechtwinklig verläuft und sie schneidet. Auf diese Weise kann das Volumen und der Förderstrom der Pumpe geregelt werden. Die Führungsscheibe 32 ist mittels in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Tragzapfen 40 schwenkbar

10981E/0356 _ _? _

gelagert, sodaß sie in jede gewünschte Lage eingestellt werden kann.

Nicht gezeigte Mittel sind vorgesehen, die dazu die~ nen, die Scheibe 32 um ihre Tragzapfen 4o zu schwenken und unter einem gewünschten Winkel festzustellen. Die obere Fläche der Scheibe 32 ist zylindrisch; an ihr liegen die Stützrollen 42 an. Auf diese Weise werden die auf sie wirkenden Druckkräfte, die von der Scheibe 3o ausgehen, unabhängig von ihrer Einstellung besser aufgenommen.

Die Mittelpunkte der Kugelzapfen 26 liegen in einer gemeinsamen Ebene z. Die Pfannen in den Kappen 28 nehmen die Kugelzapfen 26 auf und gestatten deren ungehinderte Dreh- und Schwenkbewegung. Die oberen Teile der Kappen 28 sitzen mit großem Spiel in Öffnungen 44 in der Scheibe 30. Von jeder Kappe 28 werden Kräfte auf die Scheibe 30 über einen Ringflansch 46 übertragen, dessen Anlagefläche in der Ebene ζ liegt. In dieser Ebnns ζ liegt auch die untere Auflagefläche der Scheibe 30· Biese Fläche ist zu der entgegengesetzten, oberen Fläche der Taumelscheibe 30 parallel. Die obere Fläche der Scheibe liegt an der schrägen Stützfläche der Führungsscheibe 32 an.

Die auf die Kappen 28 wirkenden Kräfte sind natürlich relativ komplexer Art und umfassen nicht nur eine vertikale Schubbelastung, sondern auch eine horizontale Komponente dieser Schubbelastung. Wenn die Scheibe 30 eine Taumelbewegung ausführt, findet zwischen ihr und der Kappe eine Radialbewegung (bezogen auf die Achse x) statt, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Dadurch werden die Kappen 28 auf den Kugeizapfen 26 zu einer Taumelbewegung veranlaßt. Da die

109815/Π356 " ^b ""

Mittelpunkte der Kugelzapfen 26 in der Ebene ζ liegen, kann diese Verbundbewegung nicht zum Auftreten von Kräften führen, welche bestrebt sind, die Kappen 28 gegenüber der Scheibe 30 zu kippen und eine Spannungskonzentration zu erzeugen. Die Kappen 28 können sich zwar gegenüber den Kugelzapfen oder der Scheibe 30 drehen, doch wird auch diese Tendenz durch die genannte Lage der Mittelpunkte der Kugelzapfen und durch die Tatsache, daß zwischen den Kappen 28 und der ortsfesten Führungsscheibe 32 keine direkte Berührung vorhanden ist, auf ein Minimum reduziert. Die obere Fläche der Scheibe 30 überträgt die Schublast auf die ortsfeste Scheibe 32. Infolge der großflächigen Berührung zwischen den Scheiben 30 und 32 besteht nur eine geringe Tendenz zu einem Kippen der Scheibe 30 gegenüber der Scheibe 32.

Die beschriebene Anordnung gewährleistet eine derartige Übertragung von Schubkräften von den umlaufenden und hin- und hergehenden Kolben 24 auf die ortsfeste, geneigte Führungsscheibe 32 derart, daß in einem großen Bereich der Betriebsbedxngungen die Spannungskonzentrationen auf ein Minimum herabgesetzt sind und ein minimaler Verschleiß eintritt. Außerdem ermöglicht diese Anordnung die Anwendung von Ausgleichskräften, die durch ein Schmiermittel erzeugt werden und zur weiteren Herabsetzung des Verschleißes und des Kraftbedarfs der Pumpe beitragen.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Flanschflächen 46 der Kappen 28 an der Unterseite der Taumelscheibe 3o anliegen und deren obere Seite an der ortsfesten Führungsscheibe 32 anliegt. Infolgedessen sind die Öffnungen 44 dicht abgeschlossen und bilden somit ge-

109815/Π356 - 9 -

~?6~53438

schlossene Kammern. In jedem Kolben 24 befindet sich an seinem oberen Ende eine Bohrung 48, die in eine trichterförmige Erweiterung 50 in der oberen Fläche jedes Kugelzapfens 26 mündet. In jeder Kappe 28 ist je eine Bohrung 52 angeordnet, über welche standig eine Verbindung zwischen den Kammern in der Scheibe 30 und den Kolbenkammern 22 besteht, so daß die Kammern in der Scheibe 30 sich ständig im wesentlichen unter demselben Druck befinden wie die Kolbenkammern Der Durchmesser der Offnungen 44 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Kammern 22, so daß die auf die Kappen 28 und die Scheibe 32 wirkenden Kräfte die auf die Taumelscheibe 30 wirkenden Schubkräfte auf ein Minimum herabsetzen, aber nicht zu einer tatsächlichen Trennung oder einem übermäßigen Lecken führen.

Diese Anordnung setzt aber nicht nur die Verschleißkräfte auf ein Minimum herab, sondern führt auch jenen Bereichen Schmiermittel zu, an denen dies erforderlich ist, da Pumpen der vorliegenden Art vorwiegend als Öldruckpumpen oder zur Förderung von anderen schmierend wirkenden Flüssigkeiten verwendet werden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform einer Pumpe nach der Erfindung ist eine andere Einrichtung zum Drehen einer Taumelscheibe 30· gleichzeitig mit dem Pumpenkörper 20 verwendet. Die Welle 34' und die Scheibe 30' sind derart abgeändert, daß zwischen ihnen keine sphärische Keilverzahnung vorhanden ist, wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform.

Auf entgegengesetzten Seiten der Scheibe 30' sind Zapfen 54 angeordnet, auf welohen die Gleitlagerkörper

109815/0356 „ ₁₀ „

- K5 -

gelagert sind. Diese sind in Schlitzen 58 eines Mantelrings 60 geführt, der an dem Pumpenkörper befestigt ist und mit ihm rotiert. Die übrigen Teile der Pumpe können wie vorstehend angegeben ausgebildet sein.

Wie angegeben, können die beschriebenen Pumpen auch als Motor verwendet werden, wenn man ein Druckmittel in die Kolbenkammern einleitet. Zum Herbeiführen der gewünschten Taumelbewegung kann auch die Führungsscheibe 32 gegenüber dem Pumpenkörper 20 gedreht werden»

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der BeschreiDung enthalten und- Dzw./oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

109815/0356

Claims

PA TEN ΓΑ N WAL T£

ß>ip&j7n₉.

PATENTANWALT DIPL.-ING. RICHARD MÜLLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-HEINRICH WEY

BERLIN-DAHLEM · PODBIELSKIALLEE 68 MÖNCHEN 22 - WIDENMAYERSTRASSE 49

TELEFON: 76 29 07 - TELEGRAMME: PROPINDUS TELEFON : ZZ 55 85 - TELEGRAMME: PROPINDUS

München, den 10. Mai 1966

19 120

General Electric Company
Schenectady, N. York (USA)

Patentansprüche

j Strömungsmittelgetriebe, wie Pumpe oder dergleichen,

mit einem Pumpenkörper und einer Führungsscheibe, wobei diese beiden Teile relativ zueinander um eine Drehachse drehbar sind und der Pumpenkörper mit einem Eintritt und einem Austritt versehen ist und mehrere Kammern hat, die allgemein zu der Drehachse parallel sind und in denen durch das Zusammenwirken einer auf einer Führungescheibe ausgebildeten lagerfläche, die dem Pumpenkörper zugekehrt und unter einem Winkel zu einer zur Drehachse normalen Ebene angeordnet ist, und einer an dieser Lagerfläche der Pührungsscheibe angreifenden Fläche einer mit

drehfest

dem Pumpenkörper/verbundenen Taumelscheibe Kolben hin- und herbewegbar sind, dadurch gelsnnzeichnet, daß die Kolben (24) an einem Ende je einen Kugelzapfen (26) tragen, der in einer Pfanne in einer Kappe (28) gelagert ist, die einen Flansch (46) besitzt, deren der

- 2 109815/0356

Taumelscheibe (30) zugekehrte Anlagefläche an der Taumelscheibe (30) und dieMittelpunkte der Kugelzapfen (26) in einer gemeinsamen Ebene liegen und die Taumelscheibe (30) mit Öffnungen (44) zur Aufnahme der Kappen (28) versehen ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappen (28) mit großem Spiel in den Öffnungen (44) in der Taumelscheibe (30) gelagert sind.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Anlagefläche der Taumelscheibe (30) liegenden Kappenflansche (46) in den Öffnungen (44) der Taumelscheibe (30) befindliche Kammern begrenzen und die Kolben (24) und die Kappen (28) von Kanälen (48, 50, 52) durchsetzt sind, welche eine Verbindung zwischen den Kolbenkammern (22) und den Kammern (44) in der Taumelscheibe (30) herstellen , so daß otrc^un^srnitteldrücite erzeugt werden, die den Schubkräften entgegenwirken, die bei der hin- und hergehenden Bewegung der Kolben (24) in den Kolbenkammern (22) zwischen den Kappen (28) und der Führungsscheibe (32) übertragen werden.
4. Pumpe nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Taumelscheibe (30) Haltestücke (41) befestigt

1 0 9 8 1 5 / η ·* ς

Hi

sind, welche die in den Kugelpfannen der Kappen (28) lagernden Kugelköpfe (26) untergreifen und diese an der Taumelscheibe (30) festhalten.
5. .fUBipe nach einem oder mehreren Ansprüchen 1-4, ansonsten wie beschrieben und- bzw./oder dargestellt.

BAD ORfGJMAl 109815/0^56