DE1653551A1 - Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor mit umlaufender Trommel - Google Patents

Description

DIPL-ING. HELLMUTH KOSEL DIPL.-!NG. HORST RDSE OIPL.-ING. PETER KOSEL PATENTANWÄLTE „ - _r

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3353 Bad Gandenheim, .1 „ Dezember¹ 1966 Braunsdiweiger Str. 22

Telefon: (05382) 342

Telagramm-Adresse: Siedpatent Bad.Gandersheim

Societe Anonyme
Patentgesuch vom 1.12.1966

MBSSIEH Soeiete Anonyme

6 Avenue Raymond Poineare

±r a r i s - Seine - Frankreich

Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor mit, umlaufender Trommel ___

Die Erfindung betrifft hydraulische Pumpen oder Motoren mit umlaufender Trommel und sogenannter Platteiisteuerung. In der folgenden Beschreibung wird nur von Pumpen dieses Typs gesprochen, wobei sich jedoch versteht, daß die beschriebenen Anordnungen in gleicher Weise bei hydraulischen Motoren anwendbar sind und eine solche Anwendung in den Rahmen der Erfindung fällt. .

Bai derartigen Pumpen erfolgen das Ansaugen der flüssigkeit in die Zylinder der Trommel und das Ausschieben der flüssigkeit unter Druck aus den Zylindern durch zwei Durchlässe in einer zur Trommelachse senkrechten Platte oder Scheibe, gegen die eine entsprechende ebene Fläqhe der Trommel anliegt. Die' Zylinder münden auf diese ebene Fläche und kommen während des Umlaufs der Trommel nacheinander mit dem einen und dem anderen dieser Durchlässe der Platte in Verbindung.

Diese lumpen müssen bekanntlich zwei unerläßliche Bedingungen zugleich erfüllen:

■ 1. Die durch den Druck verursachten Schubkräfte, denen die Trommel unterworfen ist, müssen in der vorteilhaftesten Weise kompensiert werden, wobei die logischste Lösung darin besteht, die Resultante dieser Kräfte gegenüber ihrem Angriffspunkt auf der Trommelachse aufzunehmen. « η η ο ι * /nc *k *» BAD ORIGINAL.

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2506/1. llö/St

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2. Die Trommel muß "sehwinnnend" angeordnet sein, d.h. sie muß in bezug auf die Pusponaehse kleine Vinkelbewegungen ausführen können, um ständig vollkommen gegen die Platte anzuliegen.

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ITm diesen -bedingungen zu entsprechen, ist; bereits vorgeschlagen worden, die .!Trommel auf einem Lager zu montieren, das außerhalb der Trommel gegenüber der Resultante der Scherkräfte angeordnet ist, wobei sich die gewünschte Bewegungsfreiheit aus dem Isigenspiel des Lagers ergibt.

Diese -uösung bedingt jedoch die Verwendung eines Lagers mit großem Durchmesser und bringt zahlreiche ilachteile mit sich.·Insbesondere ist die durch das Lager verbrauchte Kraft beträchtlich, so daß der Wirkungsgrad bei Typen mit hohen Drehzahlen sinkt. Ferner muß der die iumpenfb'rderung in bekannter Weise regelnde Schiefseheibenneigungssteuerkölben weit entfernt υοϊι der -fumpenachse angeordnet werden,, was bei selbstregelnden Pumpen eine Vergrößerung des Außendurchmessers mit sich bringt.

Gegenstand der Erfindung ist ein© hydraulische Pumpe mit "schwimmend" montierter Trommel, die die obigen lachteile nicht aufweist und bei der ein Lager mit kleinem Durchmesser im Innern der Pumpentrommel angeordnet ist, um die durch den Druck verursachten Schubkräfte gegenüber dem Angriffspunkt ihrer Resultante a-afzuneimeii. ~χλ& der Trommel den geringen Gricad von Bewegungsfreiheit zu geben, den sie braucht.

Infolge seiner geringen Ausmaße verbraucht das Lager wenig Kraft, und durch seine Anordnung im Innern der Trommel kann der Außendurchmesser der Pumpe klein sein, und zwar auch im Falle einer selbstregelnden Pumpe, da in diesem Pail der Schiefscheibensteuerkolben dicht- an der Pumpenachse angeordnet sein und auch die Schiefscheibe eine einfachere Form haben

Zur iiirmögliehung kleiner VfinkelLewegungen der Trommel genügt es, dem Lager eine leicht ballige Lauffläche zu geben und ein Antriebssystem vorzusehen, das derartige Bewegungen zuläßt, z.B. eine Antriebskupplung mit einem relativ langen,

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an den einen Ende der Antriebswelle befestigten Teil, der durch einen radialen Steg mit einem kurzen O. eil verbunden ist, der die Trommel direkt angreift.

In ihrem Prinzip v/ird die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 der Zeichnung beschrieben. Zwei .'-usführungsformen von erfindungsgemäßen hydraulischen Pumpen werden sodann als Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf S¹Ig, 3 bis 9 beschrieben« Dabei sind:

fig, 1 eine schematische .Ansicht einer die erfindungs_uemäSen Anordnungen aufweisenden Pumpe in teilweisen Axialschnitt,

Pig. 2 ein das Antriebssystem der Trommel und ihre schwim- . ^ mende Anordnung zeigender Detailschnitt in größerem Haßstab,

■ Fig. 3 ein Axialsehnitt durch eine, erfindungsgemäße Pumpe mit konstanter Förderung,

S¹Ig. 4 ein axialer Halbschnitt durch eine Variante der er findlingsgemäßen Pumpe, - .

Fig. 5 ein Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße selbstregelnde Pumpe nach der Linie Y-Y der Fig. 6,

Fig. 6, 7 'und 8 Schnitte nach den Linien YI-YI bzw. YlI-YII bzw. 'VIIl-YHI der Fig. 5, und

Fig. 9 ein Schnitt nach der ^inie "IX-IZ der Fig. 6.

2Tach Fig. 1 und 2 weisen Schiefscheiben-Axialkolbenpumpen M eines bekannten Typs ein zylindrisches G-ehäuse 1 auf, das . an seinen Ende durch einen Boden 2 verschlossen ist, in dem die (nicht dargestellten) Öffnungen für den üin- und Auslaß der Flüssigkeit angeordnet sind* üine von einer Welle 4 angetrie bene Trommel 3 bewegt sich im Inneren des Gehäuses 1 in der .."eise, dai3 sie mit einem ihrer Enden ständig eng gegen die ebene Innenfläche des Bodens 2 - die "Platte" - anliegt, so daß sie in Laufe ihrer Umdrehung die in die Trommel eingelassenen und auf dein gleitenden Irommelenäe mündenden (nicht dargestellten) Zylinder abwechselnd mit dem' Bin- und Auslaß verbindet«, In ä'en Zylindern sind Kolben-5 verschiebbar, deren Kin- und nerV-ewegung in bekannter Weise, durch eine zur Trornnel-ε-cVise schräge Schief scheibe 6 erfolgt, auf der die mit den

-« ....... - ί { 0 9 8 1 B / 0 B 2 7 BAD ORIGINAL

Kugelkopfen 8 der Kolben verbundenen Schuhe 7 reiben.

Die infolge des Drucks auf die Kolben ausgeübten Kräfte B sind zerlegbar in eine zur Schiefscheibe 6 senkrechte Kraft F und eine zur Pumpenachse senkrechte Scherkraft T. Die Resultante dieser Scherkräfte,SlT, steht gleichfalls senkrecht zur Achse, wobei ihr Angriffspunkt der Schnittpunkt der Pumpenachse mit der durch die Mitten der Kugelköpfe 8 bestimmten Ebene ist.

Zum Aufnehmen der Resultante der Scherkräfte gegenüber ihrem Angriffspunkt ist erfindungsgemäß ein lager von kleinem Durchmesser im Inneren der Trommel 3 zwischen dieser und einem Auflager 9 vorgesehen, das koaxial zur Welle 4 ist, die durch das Auflager 9 hindurchgeht.

Dies lager kann als Wälzlager 10 (Fig. 2), z.B. als Nadellager, oder auch als Gleitlager ausgebildet sein, wobei diese letzte Lösung bei gewissen pumpentypen, insbesondere bei solchen mit kleiner Förderung und sehr geringen Ausmaßen, Torteile aufweisen kann. Das Lager kann ebenfalls als Flüssigkeitslager oder als jeder andere Lagertyp ausgebildet sein.

Wie bereits erwähnt, ist die innere Lauffläche 9a des Lagers leicht ballig, um der Trommel leichte WinkeIbewegungen in bezug auf ihre Achse zu ermöglichen, damit sie ständig vollkommen gegen die Platte der Pumpe angelegt bleibt.

Die Bewegungsfreiheit der Trommel wird ferner durch ein Antriebssystem gewährleistet, das einen Teil der Erfindung bildet und in Pig. 2 dargestellt ist. Dies System weist eine Antriebskupplung 11 auf, deren einer, längerer Teil 11a direkt von der Welle 4 angegriffen wird, mit der er z.B. durch ein Längsnutensystem zusammenarbeitet, und deren kürzerer Teil 11b, der mit dem längeren Teil 11a durch einen üadialsteg 11c verbunden ist, die Trommel 3 z.B. mittels eines Längsnutensystems direkt angreift .·

Diese Antriebsart bietet in Verbindung mit dem oben beschriebenen Lager zur Aufnahme der Scherkräfte zahlreiche Vorteile, wegen der geringen Länge des Teils 11b kann die Trommel sich nämlich leicht um eine Distanz "e" von der Achse der Pumpe entfernen (Fig. 2), wobei das Lager 10 auf

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der balligen Fläche 9a eine Winkelbewegung ausführt. Wenn man den Abstand zwischen der Kupplung 11 und dem "lager 10 mit "a" und den Abstand zwischen dem Lager 10 und dem lager 12, auf dem das Auflager 9 aufliegt, mit "b" bezeichnet, ergibt sich, daß die Trommel in bezug auf die Pumpenachse eine Winkelbewegung um einen Winkel 9 ausführen kann, der bestimmt ist durch tg 0 = gJl-j;- . ;

Die längen der längsnuten der Teile 11e und 11b der Kupplung 11 hängen ab von den Durchmessern der Welle 4, des Teils 11a und des Teils 11b.

Die oben beschriebene Antriebsart, kann durch jede beliebige andere Antriebsart ersetzt werden, die eine leichte Winkelbewegung der Trommel gestattet, z.B. ein Kardangelenk o'der dergleie-icm.

Die Verwendung eines innen in der Trommel angeordneten Lagers 10 ermöglicht die Benutzung eines Lagers, dessen Abmessungen wesentlich kleiner sind als die eines Außenlagers da die Tangentialgeschwindigkeiten geringer s'ind. Außerdem gewährleisten die kleinen Maße des Innenlagers offensichtlich einen besseren Wirkungsgrad der Pumpe. . _:

Kach Beschreibung der Erfindung in ihrem Prinzip wird sie nunmehr als nicht einschränkendes Beispiel in ihrer Anwendung auf zwei verschiedene Pumpentypen beschrieben, und zwar auf "eine Pumpe mit konstanter !Förderung unter Bezugnahme auf Fig. 35 und auf eine selbstregelnde Pumpe unter Bezugnahme auf Pig. 5 bis" 9, während I?ig. 4 eine auf jeden erfindungs gemäßen Pumpentyp anwendbare Variante zeigt.

Die Pumpe mit konstanter Förderung nach Fig. 5 unterscheidet sich wenig von der in Figo 1 dargestellten. Bereits erwähnte Teile behalten die gleichen Bezugszeichen und werden nicht weiter beschrieben. In Fig. 3 sind die in der Trommel 3 vorgesehenen Zylinder 14 dargestellt. Die Trommel wird in bekannter Weise gegen die Platte 2 gedrückt durch eine Feder 16, die zwischen einem auf der Welle 4 befestigten Hing 17 und dem Steg 11c der Kupplung 11 angeordnet ist. Die Arbeitsweise einer Pumpe dieses Typs ist bekannt und wird daher nicht beschrieben. / BAD

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Die in Fig. 3 dargestellte Pumpe weist eine einblockige, also aus nur, einem Werkstoff hergestellte trommel auf.

Die verschiedenen Teile der Trommel unterliegen jedoch nicht den gleichen Beanspruchungen, und es gibt keinen "werkstoff,, der unterschiedlos für die einzelnen Abschnitte verwendbar ware. Während nämlich das. gegen die Platte 2 anliegende Ende der Trommel vorteilhaft aus einem Stoff geringer Härte ist, müssen die Lauffläche des Lagers 10 sowie gegebenenfalls der dem Antriebsmoment der Kupplung 11 ausgesetzte Teil so hart wie möglich sein.

Die der Erfindung eigenen Anordnungen des Lagers 10 und der Kupplung 11 gestatten die Verwendung einer zusammengesetzten Trommel 3> die aus-nur zwei Teilen aus verschiedenen, den erstrebten Zwecken entsprechenden Werkstoffen besteht. So besteht z.B. bei der in Pig. 4 dargestellten Variante der Pumpe die Trommel 3 aus zwei Teilen: einem gegen die ,Platte 2 anliegenden Teil 3a aus relativ weichem Werkstoff, und einem mit der Kupplung .11 und dem Lager 10 zusammenwirkenden I¹ eil 3b aus einem relativ harten Werkstoff. Bemerkenswert ist die Einfachheit einer derartigen Trommel, denn bei einem zum Aufnehmen der Seherkräfte außen an der Trommel angeordneten Lager wäre es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, eine zusammengesetzte Trommel zu verwenden, die nur zwei Teile verschiedener Beschaffenheit aufweist. Bei Verwendung eines Gleitlagers kann auf die ^xnnenflache des Teils 3b eine Schicht aus reibungsminderndem Material aufgebracht werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 his 9 wird nunmehr eine in Abhängigkeit vom Förderdruck durch Änderung des Hubvolumens pro Umlauf selbstregelnde Pumpe beschrieben.

Die Pumpe weist eine Trommel 21 auf, die durch, eine Welle 22 über eine Kupplung 23 des oben beschriebenen Typs mit inneren und äußeren Längsnuten gedreht-wird. Die Trommel 21 liegt auf einem balligen Teil eines hohlen auflagere 24 unter Zwischenschaltung von Nadeln 25 auf, die im Inneren der Trommel ein Lager zum Ausnehmen der Scherkräfte gegenüber dem Angriffspunkt von deren Resultante bilden. Das Auflager 24 ist fest auf einem Flansch 26 verankert. In den Zylindern der

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, - 6 - ^ßAD ORIGINAL

Trommel gleiten die Kolben 27, die an eine Schiefscheibe 28 gekuppelt sind durch Schuhe 29, die ihrerseits durch eine Platte 50 und Kreisringstücke 31 auf der Schiefscheibe 28 angebracht sind.

Die Steuerung erfolgt durch eine feststehende Platte. 32a, die gegen den Boden 32 in Form einer Platte aus härterem werkstoff als dem des Bodens anliegt, oder mit dem Boden ein Stück bildet. Die Platte 32a weist zwei "kommaförmige" Öff- · nungen 32b auf. Die in jedem Zylinderboden vorgesehenen Durchlässe 21a werden bei jeder irommeldrehung nacheinander mit den Öffnungen 32b in Verbindung gebracht. Der ^oden 32weist eine An saug öffnung 32c und eine" Förderöffnung 32d auf. Beim Anlaufen oder bei fehlendem Förderdruck wird die Trommel 21 Λ gegen die Platte 32a durch eine Feder 33 gedrückt, die mittels eines Rings 34 auf der Welle 22 und mit ihrem anderen "Ende auf dem radia-len Steg der Kupplung 23 abgestützt ist. Die Kraft der ^'eder 33 wird durch ein Iiager 35 aufgenommen.

Die maximale Heigung der Schiefscheibe 28 wird beim Anlaufen durch die Wirkung einer Feder 36, und nach Aufbau des Förderdrucks durch die Wirkung der Druckkräfte sichergestellt. -Wenn der Förderdruck einen sogenannten Regeldruckv/ert erreicht, verschiebt er einen Schieber 37, der nun einen Kolben 38 steuert, um die Neigung der Schiefscheibe 28 zu verkleinern. Der Schub des Kolbens 38 auf die Schiefscheibe 28 erfolgt über eine Rolle 39· Die larierung einer ^eder 40 be- ^ stimmt den liegeldruckwert. Da der Schiebex" 37 im Boden 32 ™

liegt, können die Laufbuchse 41 und der Stopfen 42 so angeordnet werden, daß im Gehäuse 43 der Pumpe keine hydraulisehe Leitung vorgesehen zu werden braucht„

Die ^uchiefscheibe 28 ist um swei im G-ehäuse 43 befestigte Lager 4^-a und 44b schwenkbar.

Der Rücklauf der leckflüssigkeit erfolgt durch einen Durchlaß 45, der auf dem Lager 44a angeordnet· ist, aber ebensogut "-uf dem G-ehäuse 43-angeordnet sein könnte.

Der Antrieb der Welle 22 erfolgt über eine Sicherung "(fusible) 46. liine umlaufende Sclieibeii-llcliVaIi₀" 4-7 das Lecken am Wellenaustritt.

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Bei dieser sowie bei der zuvor "beschriebenen Pumpe kann die Trommel aus zwei Teilen verschiedener Härten zusammengesetzt sein.

Von der oben, im einzelnen beschriebenen Art der Regelung abgesehen, is.t die Arbeitsweise dieser Pumpe analog der der Pumpen dieses Typs.

Bei allen oben beschriebenen Pumpen sind die Kolben parallel zur Trommelachse. Sie könnten natürlich auch, zu dieser geneigt sein. ⁼

Ebenso könnte das als Innenlauffläche des Lagers zur"

Aufnahme der Scherkräfte dienende hohle Auflager auch voll

sein. In diesem Falle läge der Antriebswellenaustritt im Pumpenboden.

Das Lager zur Aufnahme der Scherk'räfte kann auch auf einem auf das Auflager aufgezogenen Ring aufliegen.

Das Auflager kann auch am Boden verankert sein, wobei" dann die Antriebswelle entweder am Boden oder am gegenüberliegenden Ende austreten könnte.

Wie bereits angeführt, sind alleMerkmale der beschriebenen Pumpen in gleicher Weise auf hydraulische Motoren mit umlaufender Trommel anwendbar, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen würde.

BAD ORfGINAL

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Claims (8)

1. Pat entansprüche

   Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor mit umlaufender, schwimmend angeordneter Trommel, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Trommel (3) zwischen dieser und einem mit der Antriebswelle (4) koaxialen Auflager (9) gegenüber dem Angriffspunkt der .Resultante (££■) der Scherkräfte (T) auf die geometrische Achse der Pumpe oder des Motors ein Lager (10) mit kleinem Durchmesser vorgesehen ist, um die Scherkräfte (T) aufzunehmen und der Trommel (3) eine wenigstens geringe Bewegung in bezug auf die geometrische Achse zu ermöglichen.
2. 2. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (3) mit der Antriebswelle (4) durch eine ^ Kupplung (11) verbunden ist, die vorzugsweise an einem Ende der ~ Antriebswelle angeordnet ist und deren einer, relativ langer Teil (Ha) direkt von der Welle (4) angegriffen wird, während ein mit dem langen Teil (11a) durch einen radialen Steg (11c) verbundener, relativ kurzer Teil (11b) die Trommel (3) direkt angreift. .
3. 3. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lange Teil (Ha) der Kupplung (11) mit der Antriebswelle (4) und der kurze Teil (Hb) der Kupplung (11) mit der Trommel (3) jeweils mittels eines Längsnutensystems zusammenarbeitet.
4. 4. Pumpe oder i^otor nach einem oder mehreren der vorher- m gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im Inneren der Trommel (3) vorgesehene Lager (1O) mit kleinem Durchmesser als Wälzlager, z.B. Madellager, oder als Gleitlager oder als Flüssigkeitslager ausgebildet ist.
5. 5. Pumpe oder Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Lager (10) als Lauffläche dienende Teil des Auflagers (9) leicht ballig ist,
6. 6. Pumpe oder ^iUotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (3) zusammengesetzt ist aus zwei starr miteinander verbundenen Teilen, wobei der eine Teil (3a) aus einem weniger harten V/erkstoff gegen die Platte (2) der Pumpe oder des Motors

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   anliegt, und der andere Teil (3b) aus einen harten Werkstoff" mit der Kupplung (11) und dem Lager (.10) zur Aufnahme der Scherkräfte zusammenarbeitet.
7. 7·. Pumpe oder &otor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lager (1G) zur Aufnahme der Scherkräfte angeordnet ist zwischen der Trommel (3) und einem hohlen Auflager (9), durch das die Antriebswelle (4) hindurchgeht.
8. 8. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lager (10) zur Aufnahme der Scherkräfte, zwischen der Trommel (3) und.einem vollen Auflager angeordnet ist und daß die Antriebswelle (4) durch den Boden (2) der Pumpe oder des Motors austritt.

   9» Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (3) durch ein an einem der Enden der Antriebswelle angeordnetes Kardangelenk angetrieben ist.

   Pot·η t α η w ä11 β Dipl.-Ing. Hellmuth Kos·! Dipl.-Ing. Hont Röte Dipl.-Ing. W-mfr Kose!

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