DE1914598A1 - Hydrostatische Kolbenmaschine - Google Patents

Description

dip· .. ing. B.

-STBASSB 14

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Augsburg,- den 20. März I969 ■

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-7Ψ Victoria Street _a London,SeWo1, England

Hydrostatische Kolbenmaschine

Dia Erfindung betrifft hydrostatisshe Kolbenmaschine^ welche als Pumpen oder als Motoren eingesetzt werden _o. Im einseinen betrifft die Erfindung hydrostatische Kolbenmaschinen dieser Art, bei welchen die Kolben vermittels einer sinuswellenartig geformten Leitprofilbann zu Bewegungen in den ihnen zugeordneten Zylindern veranlaBt werden,

wobei die Leitprofilbahn mittels einer Profilfolgefläche

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von kreisförmigem Umriß abgetastet wird. Bei einer gebräuchlichen Bauform derartiger Maschinen itfird jeweils " als Kolben eine Kugel verwendet-, die zugleich die Profilfläche bildet, doch werden aisjietifial aesoh Bauarten ver- . = wendet,, bei denen hinter- der Kugel ein zylindrisch" geformtes Abdichtungselement sitzt, das sieh zusammen mit der Kugel in dein .jeweils stigsliöplgen Zylinder aufwärts und abwärts bewegte In anderen Fällen irleelerum hat dei³ Kolben zylindrische Gestalt und weist als Pr-ofilfolgefläehe ein Rad auf,, das am Ende des Kolbens in einem Joch drehbar gelagert ist_o Selbstverständlich· isfaßt die Erfindung alt der« ihr zugrundeliegenden Gedaalcen diese verschiedenen. Bauformeiii doch wird, die Erfindung naöiifolgend am Beispiel von Maschinen mit Kugelkolbea e

Solche Haschinen können als rotierende Maschinen ausgebildet scin^ wie di-ss beispielstfeise in der- französischen Patentschrift 1 456 704'gezeigt ist,, wobei-die Zylinder radial angeordnet sind und die Kolben cteFoh'eine am umfang oder im Inneren befindliche kreisförmige Lsitprofilbahn su Hubbewegungen "innerhalb der iteien zugeordneten. Zylinder veranlaßt werden₀ Getaäi einer anderen Poria können die Zylinder in einer Reihe nebeneinander- sEjgeordnet sein_s wobei die Zylinderachsen auf einem Zylladeraantel gelegen

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sind, wie dies beispielsweise die US-Patentschrift '2 6l7 zeigt. Die Kolben legen sich dann an den Rand einer bogenförmigen Leitprofilbahn an. Bei dieser Bauform kann der Zylinderblock einen verhältnismäßig kleinen Teil des Gesamtumfanges der Leitprofilbahn überdecken und die Anordnung kann so getroffen sein, daß keine vollständige oder kontinuierliche Drehung erfolgt. Bei wiederum einer anderen Bauform liegen die Achsen der Zylinder in einer Ebene und die Kolben legen sich an eine geradlinige Leitprofilbahn an, so daß ein geradlinig bewegter hydr·,,-'tatischer Motor oder eine geradlinig bewegte hydrostatische Pumpe " entsteht, wie dies der Britischen Patentschrift 961 339 entnommen werden kann. Auch alle diese Varianten liegen innerhalb des Erfindungsgedankens, doch wird die Erfindung der Einfachheit halber nachfolgend in Verbindung mit einer Maschine erläutert, bei welcher die Zylinder radial gerichtet sind und die Kolben sich an eine äußere, den Zylinderblock umgebende Leitprofilbähn anlegen, wobei die betreffende Maschine für kontinuierliche Drehbewegungen ausgelegt ist.

Die Leitprofilbähn kann eine oder mehrere vollständige Profilwellen aufweisen, die innerhalb des einem Winkel von 36Ο⁰ entsprechenden Umfanges untergebracht sind. Eine Profilwelle erzeugt eine vollständige Hin- und Herbewegung jedes Kolbens in dem zugeordneten Zylinder. Jede

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Profilwelle besitzt zwei Halbwellen, welche jeweils einen Kolbenhub in einer Richtung verursachen. Einander abwechselnde Halbwellen führen zu abwechselnden, in unterschiedliche Richtungen verlaufenden Hubbewegungen der Kolben.

Wie bei allen Maschinen, in denen gehärtete Teile in rollender Berührung miteinander stehen und höherer Belastung ausgesetzt sind, entstehen in den zusammenwirkenden Fläehenbereichen hohe Hertz'sehe Spannungen und diese Spannungen werden vergrößert, wenn die gegenseitige konvexe Krümmung im Vergleich zu dem Pail groß ist, in welchem ein bestimmter Umhüllungs- bzw. Schmiegungsgrad,festzustellen ist, wie dies beispielsweise beim Außenring eines Kugellagers zu beobachten ist.

Bei Maschinen, auf welche die Erfindung angewendet werden soll, erhöhen sich die genannten Spannungen im Bereich der Profilhügel im Vergleich zum Bereich der · Profiltäler. ■

Durch die Erfindung soll nun die Aufgabe gelöst werden, die außerordentlich starken Plächenbeanspruchungen

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der beschriebenen Art zu verringern»

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde _s daß es vorteilhaft ist, in den Bereichen der Profilicuppen oder Profilhügel den Krüaanungsraäius möglichst groß zu halten, selbst nenn dies auf Kosten eines beträchtlich kleineren Krümmungsradius im Bereich der Profiltäler geht,, da der sich dann einstellende erhöhte Sehraiegungsgrad auch zu einer Erhöhung der Größe des xfirksamen Berührungsflβoks zwischen dem Kugelkolben und der Leitprofilbahn bei gegebener Hornialbel astung führt, solange man hierbei nicht an einen Punkt gelangt,, an welchem auf die Kugelkolben beim Durchlaufen der Talbereiehe der Leitprofilbahn unzulässig große Beschleunigungen einwirken«

Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung sei noch darauf hingewiesen* daß es zweckmäßig ist, das Leitprofil anhand der Bewegungskurven zn beschreiben^ welche den Kugelkolben von dem Leitprofil mitgeteilt' werden«, Im einzelnen handelt es sich hierbei um Kurven, in denen die Geschwindigkeit eines Bezugspunktes auf dem Kolben IMngs der Vertikalachse aufgetragen wird, während die horizontale Achse den Weg des Kolbens längs der Leitprofilbahn angibt (nimmt man eine konstante

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Vorwärtsbewegung des Kolbens an, so kann die HorlzonfcaX-achse auch als Zeitachse aufgefaßt werden). Für jeden Kolbenhub steigt die Kurve vor?. Mull auf eine Maxiaialgeschwindigkeit, von wo aus die Kurve-» vor dem Ende des betreffenden Kolbenhubes wieder auf·Null abfallen-maß* Die elementarste Form einer solchen Bewegungslänge isfc ein gleichschenkliges Dreieck und versinnbildlicht eine Ptiase konstanter Beschleunigung;, auf welche eine Phase einer konstanten Verzögerung von gleichem Wert folgte.

Da der zurückgelegte Weg das Produkt aus Zeit und Geschwindigkeit ist, ergibt sich., daß die Fläche unterhalb einer solchen Bewegungskurve für einen Kolbenhub den jeweiligen Hubweg angibt. Will man daher einander ähnliche Maschinen mit jeweils unterschiedliehen Bereichen der Hubgeschwindigkeit vergleichen, so müssen die verschiedenen Bewegungskurven hinsichtlich der Geschwindigkeitswerte so auf einander abgeglichen werden, daß die Flächen unterhalb der Kurven gleich werden.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe geht die Erfindung von einer hydrostatischen Kolbenmaschine mifc einer Reihe von Zylindern, in denen jeweils eia Kolben

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beweglich angeordnet ist, sowie mit einer sinuswellenartigen Leitprofilbahn aus, mit der an den Kolben jeweils angeordnete oder mit dem Kolben verbundene Profilfolgeflächen zusammenwirken, derart, daß sich die Kolben bei einer Relativbewegung der Zylinderreihe entlang der Leitprofilbahn längs der Zylinderachsen hin- und herbewegen.

. Die angegebene Aufgabe wird durch eine solche Form der Leitprofilbahn gelöst, daß den Kolben eine verhältnismäßig niedrige positive oder negative Beschleunigung erteilt wird, wenn die zugehörigen Profilfolgeflächen einen Profilhügel, d.h. einen gegen die Zylinderreihe konvexen Bereich der Leitprofilbahn durchlaufen, während den Kolben eine verhältnismäßig hohe positive oder negative Beschleunigung erteilt wird, wenn die Profilfolgeflächen ein Profiltal, d.h. einen gegen die Zylinderreihe hin konkaven Bereich der Leitprofilbahn durchlaufen.

Im allgemeinen drückt das Leitprofil nur in eine Richtung auf einen Kolben, nämlich in Richtung auf das Zylinderende hin und im allgemeinen ist es daher praktisch unnötig, ein doppeltwirkendes Leitprofil vorzusehen, da während des Arbeitshubes im Falle eines hydrostatischen Motors der

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Druck der Arbeitsflüssigkeit den Kolben gegen das Leitprofil drückt oder im Falle des Pumpenbetriebes der Kolben während des Ladehubes einem bestimmten endlichen Druck ausgesetzt ist, welcher als Ladedruck bezeichnet wird.

Der Antriebshub des Motorkolbens beginnt, wenn das zugehörige Profilfolgeelement sich in der Mitte eines Profilhügels befindet und endet, wenn das Profilfolgeelement die Mitte eines Profiltales erreicht hat. Unter hohem Druck stehendes Arbeitsmittel tritt während dieser Zeit in den Zylinder ein und die höchsten Hertz'sehen Spannungen treten nahe dem Beginn des erwähnten Antriebshubes auf. Während des nachfolgenden Teiles des Arbeitsspieles drängt die Leitprofilbahn den Kolben in den Zylinder zurück, so daß ein Auslaßhub ausgeführt wird, welcher in der Mitte eines Profiltales beginnt und in der Mitte des nächsten Profilhügels oder Profilscheitels endet, wobei Arbeitsmittel aus dem Zylinder ausgetrieben wird, was im allgemeinen gegen einen bestimmten Auslaßdruck geschieht, der nicht groß genug ist, um hohe Spannungen an den zusammenwirkenden Oberflächen der Leitprofilbahn einerseits und dem Profilfolgeelement andererseits zu verursachen.

Soll ein und dieselbe Maschine als Pumpe verwendet

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* ohne daß die Drehrichtung verändert wird* so sind die Hochdruckleitung und die Niederdruckleitung zu vertauschen und das* was vorher der Auslaßhub des Motors war, wird nun zum Pumpenhub der Pumpe, während welchem der Druck im Zylinder hoch .ist, und die höchsten Hertz'sehen Spannungen treten nahe dem Ende dieses Hubes auf* wobei dann das Profiifolgeelement an einem Leitprofllhügel bis zur Mitte desselben hinausläuft.

Wird an einer Maschine der erwähnten Art, gleichgültig ob es sich um eine Pumpe oder einen Motor handelt, die Drehrichtung umgekehrt, so vertauschen die beiden Halbwellen jeder Profilwelle der Leitprofilbahn ihre Punktionen.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläuterte In den Zeichnungen stellen dar;

Pig. IA ein Kolbengeschwindigkeitsdiagramm

einer hydrostatischen Kolbenmaschine nach der Erfindung,

Pig. IB . den vom Mittelpunkt eines Kugel-

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kolbens beschriebenen Weg, wenn sich der' -Kugelkolben entsprechend dem Ge schwindlglceitsdiagrarnii nach Pig« IA bewegt, sowie das zugehörige Leitprofil,

Pig. IC den Meg des Mittelpunktes eines

KugelkolbenSj, wenn dieser sich entsprechend dem anderen, in Fig» IA gezeigten Geschwindigkeits~ diagramm bewegte sowie das zugehörige Leitprofil,

Pig. 2 eine Reihe von Kolbenge schwindig-

keitsdiagr aminen für eine er findung sgemäße Kolbenmaschine mit zwölf Kugelkolben und zwei vollständigen Leitprofilwellen,

Pig. 3 eine Reihe von. Kolbengeschwindig-

keitsdiagrammen für eine erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine mit acht Kugelkolben und zwei Profilwellen,

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Fig. 4 einen Teil der Kolbengeschwindig

keit sdiagr amme einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschine mit neun Kugelkolben und sechs Leitprofilwellen,

Pig. 5 eine Darstellung mit den Kolben

geschwindigkeit sdiagrbanen "für eine erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine mit neun Kugelkolben und einer Leitprofilwelle zur Erläuterung der Vorteile _s welche mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung erzielt werden können,

Flg. 6 ' einen Teil der Kolbengeschwindig-

keitsdiagramme für eine erfindungsgemäße Maschine mit neun Kugelkolben und sechs Leitprofilwellen, bei welcher in den Totpunktbereichen des Hubes der Kugelkolben eine Verweilzeit vorgesehen ist, und

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Pig. 7 einen Teil der Kolbengeschwindig

keit sdiagramme einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschine mit neun Kugelkolben und sechs Leitprofilwellen, bei welcher eine Verweilzeit in nur einem der beiden Totpunktbereiche des Hubes der Kugelkolben vorgesehen ist.

Die Art. und Weise, wie sich die Umkehrung der Drehrichtung und die Verwendung der erfindungsgemäßen Maschine entweder als Pumpe oder als Motor in einem Kolbengeschwindigkeitsdiagramm auswirken, ist in Fig. 1 der Zeichnungen erläutert, welche das Geschwindigkeitsdiagramm für einen einzelnen Kolben wiedergibt, welcher eine vollständige Profilwelle einer Leitprofilbahn durchläuft, wobei der Umriß des Leitprofiles jeweils unterhalb des Geschwindigkeitsdiagrammes und in entsprechender Deckungsstellung mit diesem angegeben ist. Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, daß eine sanfte Steigung des Geschwindigkeitsdiagrammes an einer Stelle auftritt, an der die Kurve bei einem Übergang von einem negativ gerichteten Hub zu einem positiv gerichteten Hub die Nullinie überquert und eine verhältnismäßig steile Neigung im Bereich des nächstfolgenden Nulldurchganges

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sicherstellt, und daß der Grad der konvexen Krümmung des Leitprofilhügels verringert wird, sei es man, daß die Maschine als Pumpe oder als Motor verwendet wird oder in der einen oder anderen Drehrichtung betrieben wircL Der Umriß des Leitprofils ist von dem Weg des Mittelpunktes eines Kugelkolbens verschieden und ist die Einhüllende einer Reihe von Kreisen, deren Radius dem Kugelradius gleich ist und deren Mittelpunkte auf der genannten Wegkurve liegen,, Die Wegkurve ist von der Geschwindigkeitskurve abgeleitete

■Pig. 1 läßt sieh also aus den drei Teilfiguren IA₅ IB und IC zusammensetzen. Pig. IA wird von einem Geschwindigkeit sdiagramm gebildet, das einen mit 2 bezeichneten positiven Hub und die mit 1 und 3 bezeichneten negativ gerichteten Hügel eines Kolbens wiedergibt„ Die ausgezogenen Linien zeigen die elementare Form der Kennlinie in der Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks^ das eine konstante Beschleunigung und eine sieh daran schließende konstante Verzögerung, jeweils mit gleicher Geschwindigkeit, wiedergibt,, Die in unterbrochenen Linien ausgeführte Kennlinie 4 verdeutlicht einen geringeren Wert für die Verzögerung am Ende eines negativ gerichteten Hubes 1 und für die Beschleunigung zu Beginn eines positiv gerichteten Hubes 2₀ Der zugehörige Punkt 5 eines Nulldurchganges entspricht der überquerung

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if

des in Fig* IB gezeigten Hügels β der Leitprofilbahn 7 durch den Kugelkolben. Der nächste Nulldurchgangspimkt wird mit einem höheren Wert der Verzögerung bzw_o Beschleunigung am Ende des positiv gerichteten Hubes 2 und am Beginn des nächsten negativ gerichteten Hubes J erreicht und dieser Nulldurchgangspunkt 8 entspricht der Betriebsphase^ in welcher der Kugelkolben über das Tal 10 der Leitprofilbahn 7 hinwegläuft.

Pig«, IB zeigt einen Kugelkolben 11* welcher in einem Zylinder 12 die zwei Stellungen 5^r und 8^? einnimmt., die den beiden Nulldurchgangspunkten 5 und 8 von Fig. IA entsprechen. Eine Kurve 13 zeigt den Weg des Kugelmittelpunktes, wenn die Kugelbewegungen der ausgezogenen Linie nach Fig. IA entsprechenο

Das zugehörige Leitprofil wird dadurch abgeleitet, daß eine größere Anzahl von Kreisen, deren Radius dem Radius der Kugel 11 gleich ist, so gezeichnet werden, daß ihre Mittelpunkte in kleinen Abständen längs der Bahnkurve Ij5 nebeneinander liegen. Teile von einigen solcher Kreise können in Flg. IB eingezeichnet werden.

Obwohl die Krümmung der Bahnkurve der Kugelmittelpunkte

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im Bereich der Profilhügel und im Bereich der Profiltäler jeweils gleich ist, zeigt es sich, daß die Umhüllende der erwähnten, als Konstruktionshilfe verwendeten Kreise im Bereich des Hügels 6 des Leitprofiles kleineren Krümmungsradius als im Bereich des Tales 10 des Leitprofiles hat. Dies beruht auf der Tatsache, daß sich der Kugelradius im ersteren Falle von dem in diesen beiden Bereichen der Bahnkurve 13 gültigen gleichförmigen Radius subtrahiert, während er sich' im zweiten Falle zu diesem gleichförmigen Radius hinzuaddiert.

Im Falle eines Motorbetriebes und bei der Annahme, daß sich der Kugelkolben von links nach rechts bewege, treten die höchsten Hertz'sehen Spannungen zwischen den Punkten \K und 15 der Leitprcfilbahn auf. Wird dieselbe Maschine bei gleicher Bewegungsrichtung der Kugelkolben als Pumpe betrieben, so sind die höchsten Hertz'sehen Spannungen zwischen den Punkten 14 und l6 der Leitprofilbahn zu beobachten. Die angegebenen Stellen stellen selbstverständlich nur eine Näherung dar und die praktischen Krümmungen hängen von dem Verhältnis zwischen dem Kugelradius und der Teilung der Leitprofilwellen ab, welche ihrerseits mittelbar von der Zahl der Kugelkolben η und der Zahl der Profilwellen m der betreffenden Maschine

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abhängig ist. Bei einer rotierenden Maschine, bei welcher die Zylinder am ganzen Umfang eines Zylinderblockes symmetrisch verteilt angeordnet sind und die Profilwellen in gleicher Weise mit bestimmtem Abstand am Umfang einer umgebenden Leitkulissenbahn aufeinanderfolgen, lassen sich die Werte η und m leicht bestimmen. Bei einer Segmentanordnung einer rotierenden Maschine oder bei einer Maschine mit linearer Leitprofilbahn wiederholt sich das Leitprofil mit bedeutend größerer Teiliingslänge als diejenige des Zylinderblockes beträgt, so daß m die Zahl vollständiger Profilwellen darstellt,, die in einem geradlinigen oder bogenmäßigen Abschnitt der Leitprofilbahn untergebracht sind, welcher dem η-fachen der geradlinigen oder bogenmäßigen Teilung der Kugelkolbenanordnung gleich ist.

Wird in dem Motor die Drehrichtung umgekehrt, so daß die Kugelkolben von rechts nach links bewegt werden,, so liegt der Bereich der Leitprofilbahn_s in welchem hohe Spannungen auftreten, zwischen den Punkten 14 und l6₉ während im Fall des Pumpenbetriebes bei dieser Richtung der Kugelkolbenbewegung hohe Spannungen in dem Bereich der Leitprofilbahn auftreten, welche zwischen den Punkten l4 und liegt. Ein Blick auf Pig. IA der Zeichnungen ISBt e^kennesn^ daß die dem positiv und dem negativ gerichteten Hub ent=-

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sprechenden Teile des Diagramms aufgrund des Wechsels der Drehrichtung ihre Rollen vertauscht haben. Bezüglich Pig. IA der Zeichnungen läßt sich also folgendes zusammenfassen:

Schreiten die Bewegungen von links nach rechts vorwärts, so bedeutet hinsichtlich des Motorbetriebes das den positiv gerichteten Hub darstellende Dreieck 2 den Antriebshub und das die dem negativ gerichteten Hub entsprechenden Dreiecke 1 und 3 bedeuten den Auslaßhub. Hinsichtlich eines Pumpenbetriebes bedeuten die einem negativ gerichteten Hub entsprechenden Dreiecke 1 und 3 jeweils einen Pumpenhub und das dem positiv gerichteten Hub entsprechende Dreieck 2 bedeutet einen Saughub.

Pur Motor- oder Pumpenbetrieb bei umgekehrter Drehrichtung derart, daß die Bewegungen von rechts nach links fortschreiten, sind die Bedeutungen der Hubdreiecke zu vertauschen.

Eine wichtige Tatsache, welche bei der Betrachtung der Bedeutung von Geschwindigkeitsdiagrammen nach der Art von Fig. 1 zu beachten ist, besteht darin, daß die Neigung

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der Geschwindigkeitskurve in einem beliebigen Punkt einen Beschleunigungswert oder einen Verzögerungswert angibt. Ist diese Neigung konstant (die Kurve hat dann die Form einer geraden Linie), so haben die Tangenten an die entsprechende Bahnkurve des entsprechenden Kugelkolbenmittelpunktes jeweils in aufeinanderfolgenden Punkten den gleichen Abstand längs der Bewegungslinie auf den Zylinderblock hin und jeweils gleiche Änderungen des Winkels zwischen solchen aufeinanderfolgenden Tangenten aufzuweisen. Findet ein Wechsel von der Beschleunigung zur Verzögerung statt, wie dies beispielsweise an der Spitze des in ausgezogenen Linien wiedergegebenen Dreiecks 2 der Fall ist, so beginnen sich die Winkel der erwähnten Tangenten im entgegengesetzten Sinne zu ändern. Dies führt keineswegs notwendigerweise zu einer scharfen Uhstetigkeit der Bahnkurve des Kugelkolbenmittelpunktes an dieser Stelle. Andererseits ergibt aber jede sinusartige Bahnkurve irgendeine mehr oder weniger plötzliche Änderung der Richtung in der zugehörigen Geschwindigkeitskurve. Eine weitere zu berücksichtigende Tatsache ist es, daß die im Geschwindigkeitsdiagramm wiedergegebene Maximalgeschwindigkeit in der Bahnkurve des Kugelkolbenmittelpunktes der Stelle mit der größten Neigung entspricht und dies ist gerade der Bereich in dem die Winkel der Tangenten an die

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Bahnkurve die Richtung ihrer Veränderung wechseln.

Die in Fig. 1Ä durch strichpunktierte Linien 4 und 9 wiedergegebene abgewandelte Geschwindigkeitskurve entspricht einer entsprechend abgewandelten Bahnkurve 17 des Kugelkolbenmittelpunktes und einem entsprechenden Leitprofil 18, welche in Fig. IC der Zeichnungen angegeben sind. Man sieht, daß der abgeflachte Zweig 4 des Geschwindigkeitsdiagramms zu einem merklich größeren wirksamen Krümmungsradius in dem Bereich 19 führt, der einem Hügel einer Leitprofilwelle entspricht und daß der steilere Zweig 9 des Geschwindigkeitsdiagrammes zu einer merklichen Verringerung des wirksamen Krümmungsradius in dem Leitprofilbereich 20 führt, der einem Tal einer Profilwelle entspricht. Wird das Leitprofil,, welches dem strichpunktierten Geschwindigkeit sdiagramm 4, 9 nach Fig. IA der Zeichnungen zugeordnet ist, aufgezeichnete so stellt sich heraus, daß zwar die Krümmungen der Hügelbereiche und der Talbereiche der Leitprofilbahn nicht sehr stark voneinander verschieden sind, daßaber der wirksame Krümmungsradius im Hügelbereich jedenfalls etwas größer als der Krümmungsradius im Talbereich isto Das gegenseitige Krümmungsmaß des Kugelkolbens einerseits und des Hügelbereiches der Leitprofilbahn andererseits wird auf diese Weise beträchtlich herabgesetzt und die Möglichkeit von Fehlern aufgrund von Materialermüdimg

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an den zusammenwirkenden Flächen wird entsprechend verringert. - . , .

Das grundsätzliche Merkmal der Erfindung ist also die Verschiedenheit zwischen der Neigung des Geschwindigkeitsdiagrammes im Bereiche des Nulldurchganges 5 von der Neigung des Geschwindigkeitsdiagrammes im Bereiche des Nulldurchganges 8, wobei die Kurvenneigung am ersten Nulldurchgang bedeutend flacher ist als am letztgenannten Nulldurchgang. .

Die zwischen diesen Bereichen zu wählende Gestalt des Geschwindigkeitsdiagrammes läßt sich entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung festlegen, welche nachfolgend beschrieben werden.

Fig. IA zeigt in Form der strichpunktierten Linie die einfachste der Möglichkeiten auf, bei welcher das Diagramm sich mit der im Bereich des Nulldurchganges 5 festgelegten flachen Neigung entsprechend einer konstanten Beschleunigung fortsetzt bis die gleiche Amplitude erreicht ist, wie sie die Spitze des in ausgezogenen Linien wiedergegebenen Dreieckes 2 annimmt. Das letztgenannte Dreieck ist in beliebigem Amplitudenmaßstab gezeichnet, doch ist anzunehmen,

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daß das Dreieck durch die unter die Kurve gelangende Fläche den Hubweg einer zu untersuchenden Maschine festlegt. Jedes Dreieck mit gleicher Grundlinie und gleicher Höhe oder gleicher Spitzenamplitude hat auch gleiche Fläche und hat daher Stiltigkeit für eine Maschine gleicher Hubhöhe»

Da sieh der Abstand zwischen den Punkten 5 und 8, welcher tatsächlich das Teilungsmaß einer halben Profilwelle ist, durch die Anzahl solcher Profilwellen bestimmt ist, bedeutet eine Verzögerung des Zeitpunktes* an welchem die Maximalamplitude der Geschwindigkeit erreicht wird, daß für die YerzSgerung auf Mull an dem Punkt 8 weniger 2eit bzw* ein größerer Kugelkolbenweg verbleibt.

Für Kugelkolben/Profilwellenkomfeinationen» bei denen n/1 eine ungerade Zahl ist, wobei 1 der größte gemeinsame teiler der Kugelkolhenzahl η und der Prof ilwellenzEahl m ist* bewirkt ein Qesehwindigkeitsdiagramm in Form eines einfachen gleichschenkligen Dreieckes Drehmoment Schwankungen, wenn, es sich um einen Motor handelt, der von einem Ärbeitsmittei mit konstantem! Druck gespeist wird und wenn es sich um eine Pumpe handelt, welche mit konstantem Druck fördert, wobei int letztgenannten Falle das Drehmoment von dem zum Antrieb der Pampe verwendeten mechanischen Drehmoment ge-

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bildet wird.

Im Falle einer linearen Pumpen- oder Motoranordnung ist an Stelle des Ausdruckes "Drehmoment" besser "Schub" einzusetzen, doch wird der Einfachheit halber der Ausdruck "Drehmoment" sowohl für rotierende als auch für lineare Maschinen verwendet.

Es sind bereits an. anderer Stelle mehrere Vorschläge gemacht worden, wie diese Drehmomentschwankungen beseitigt werden können. Gemäß den alteren Vorschlägen soll dies durch Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit in der Mitte der Kubtrennlinie erfolgen, so daß die Beschleunigungsphase eines Kugelkolbens zeitgleich mit der Verzögerungsphase eines anderen Kogelkolbens liegt, wobei die sich in entgegengesetzter Biehtung ändernden Geschwindigkeiten der Kugeikolben einander aufheben und dadurch ein konstantes Drehmoment bewirken. Ferner ist im Rahmen der genannten älteren Vorschlä&e angegeben worden, daß in. bestimmten Fällen von Kugelfcolben-Prof ilwellenkombinationen, bei denen n/l eine gerade Zahl ist* diese Auslöschungswirkung; auch ohne die Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit erzielt werden, kann.

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Im Falle eines Diagramraes mit nicht gleichschenkligen Hubdreiecken, wie dies durch die strichpunktierten Linien 4 und 9 in Pig. IA angegeben ist, läßt sich für bestimmte Kugelkolben/Profilwellenkombinationen und bestimmte Verhältnisse des Hubanteiles, welcher beim Aufwärtshub des Kolbens von der Beschleunigungsphase eingenommen wird, zu dem Hubanteil des Kolbens, welcher von der Verzögerungsphase eingenommen wird, die Forderung eines konstanten Drehmomentes erfüllen. Beim Einwärtshub des Kolbens ist selbstverständlich die Verzögerungsphase langer. Dies wird folgendermaßen erreicht:

Ist das genannte Verhältnis eine ganze Zahl, so tritt eine mit großem Wert vorsicngehende kurze Verzögerungs phase gleichzeitig mit Teilen langsamer Beschleunigungsphasen einer Anzahl anderer Kugelkolben auf, welche dem erwähnten Verhältnis entspricht und die kurze Verzögerungsphase hebt sich gegen die Summe der Teile der Beschleunigungsphasen auf. Beispiele, in denen dies zutrifft, sind folgende Kombinationen:

η = 8 m = 1 Verzögerung/Beschleunigung (Auswärtshub) . Verhältnis 1:3

η = 12 m = 2 Verzögerung/Beschleunigung (Auswärtshub) Verhältnis 1:2

η = 12 m = 5 Verzögerung/Beschleunigung (Auswärtshub) Verhältnis 1 : 2

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Das allgemeine Kriterium für solche Fälle lautet, daß n/l eine gerade Zahl sein. muß.

Das Verhältnis zwischen der Dauer der 'Verzögerungs phase und der Dauer der Beschleunigungsphase des nach auswärts gerichteten Kolbenhubes (für den einwärts gerichteten Kolbenhub das umgekehrte Verhältnis) muß lauten:

η ry

_T - ζ

worin Z eine gerade Zahl ist, welche kleiner als n/l und so gewählt ist, daß der Ausdruck

1 " ^Z

größer als eins ist.

Fig. 2 zeigt ein vollständiges Geschwindigkeitsdiagramm für eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei die einzelnen Geschwindigkeitskurven für die einzelnen Kugelkolben untereinander gezeichnet sind und soweit mit Bezug auf die darUberliegende Geschwindig-

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keitskurve in der Phase um ein Intervall nach links verschoben, sind, welches der Kugelkolbenteilung entspricht und welches in den Geschwindigkeitskurven für.die Kugelkolben Nr. 1 und Nr. 2 mit der Bezeichnung P, eingezeichnet ist.

In Fig. 2 der Zeichnungen enthält die Geschwindigkeitskurve für den Kugelkolben Nr. 4 Bezugszahlen, welche denjenigen von Pig. IA der Zeichnungen entsprechen, so daß sich der Zusammenhang zwischen diesen beiden Zeichnungsfiguren leichter erkennen läßt.

Im Falle von Kugelkolben/Profilwellenkombinationen, welche nicht den oben angegebenen Kriterien genügen, ergeben sich Drehmomentschwankungen, wenn ein einfaches, dreieckförmiges Geschwindigkeitsdiagramm gültig ist.

Die Gruppe der oben angesprochenen Fälle, bei denen auch bei einfachem Geschwindigkeitsdiagramm in Form gleichschenkliger Dreiecke ein konstantes Drehmoment auftritt, wird von Ausführungen gebildet, bei denen der Ausdruck gilt:

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worin n/l eine gerade Zahl und χ ebenfalls eine gerade Zahl ist, welche nicht größer als η gewählt ist.

2 . 1

Soll bei einer solchen Korabination von Kugelkolben zu Profilwelle die Forderung eines konstanten Drehmomentes beibehalten werden, so kann man dies erfindungsgemäß erreichen, wobei gleichzeitig ein Verhältnis der Beschleunigungsphase des Hubanteiles zur Verzögerungsphase des Hubanteiles von 1 : 1 aufrechterhalten wird. Es geschieht dies dadurch, daß man die Linie 4 von der Pig. IA konkav nach abwärts zum Scheitel des in vollen Linien gezeichneten Dreiecks 2 (Hubmitte) führt und danach von dem genannten Scheitel des Dreiecks aus die Verzögerungskurve konvex nach abwärts zu dem Nulldurchgangspunkt 8 führt, wobei die beiden Kurvenzweige so komplementär sind, daß die Beschleunigungsphase an einem Kugelkolben stets durch die Verzögerungsphase an einem anderen Kugelkolben ausgeglichen wird. Dies ist in Fig. 3 der Zeichnungen verdeutlicht, in welcher ein vollständiges Geschwindigkeitsdiagramm für eine erfindungsgemäße Maschine mit acht Kugelkolben und Profilwellen aufgezeichnet ist, wobei die für Fig. 2 der Zeichnungen genannten Voraussetzungen gelten. Die linke Seite des Geschwindigkeitsdiagramms zeigt, wie die Zuordnung zwischen der Beschleunigungsphase eines Kugelkolbens zur Verzögerungsphase eines

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anderen Kugelkolbens erfolgt ₃ wenn Geschwindigkeitskurven in Form gleichschenkliger Dreiecke gültig sind. Die rechte Seite des Diagrauans zeigt, welche Zuordnungen sich ergeben, wenn konkave und konvexe, gekrümmte Geschwindigkeitskurven für die Beschleunigungs- bzw. die Verzögerungsphase gewählt werden«

In der genannten Pig. 3 sind die Hübe bei denen eine Beschleunigungs- durch eine Verzögerungsphase kompensiert wird, durch eine Wellenlinie verbunden. Es ist dies jedoch nur für die positiv gerichteten Hübe in dieser Weise durchgeführt.

Die paarweise Zuordnung der negativ gerichteten Hubhälften ist auf der rechten Seite des Diagramms nach Fig. durch gestrichelte Wellenlinien angedeutet, jedoch nur für die ersten vier Kugelkolben. Die übrigen paarweisen Zuordnungen erfolgen nach einem entsprechenden Muster.

Die Beziehung zwischen einem konkaven Beschleunigungskurvenzweig, wie er bei 35 angedeutet ist, und einem konvexen Verzögerungszweig, wie er bei 36' dargestellt ist,

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läßt sich bezüglich der Kugelkolben Nr. 1 und Nr. 2 am Beginn der rechten Seite des Diagramms ersehen. Die Gestalt der unterhalb der Beschleunigungskurve 35 des Kugelkolbens Nr. 1 gelegenen Fläche muß durch Spiegelung an der Basis invertiert werden und in der durch die Schraffur angedeuteten Weise über den Kurvenaeig 36' des Kugelkolbens Nr. 2 gesetzt werden. Man sieht dann, daß der kombinierte Zustrom zu den von diesen beiden Kugelkolben eingenommenen Zylindern in allen Teilen der jeweiligen Hübe dieser beiden Kugelkolben konstant bleibt und gleich dem höchsten Zustrom in dem Zylinder eines einzelnen Kugelkolbens ist, da ja der Zustrom zur Geschwindigkeit proportional ist.

Für die folgende Kugelkolben/Profilwellenkombination ist die paarweise Zuordnung komplementärer Hübe innerhalb der Kugelkolben Nr. 1 bis Nr. 4 einschließlich bereits vollständig. Die Kugelkolben Nr. 5 bis Nr. 8 einschließlich bilden daher eine weitere Gruppe mit einer entsprechenden Kombination von Hubpaaren innerhalb der Gruppe. Der kombinierte Strom innerhalb der erfindungsgemäßen Maschine ist daher als ganzes der Summe des maximalen Zustromes zu zwei Zylindern gleich und konstant.

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Um eine Übersicht über die Form der Leitprofilbahn zu erleichtern, welche zur Erzeugung der Bewegungen des Kugelkolbens Nr. 1 erforderlich ist, ist der Umriß der Leitprofilbahn 37 über der Geschwindigkeitskurve des Kugelkolbens Nr. 1 eingezeichnet. Die Leitprofilbahn weist zwei Wellen 38 und- 39 auf, von denen die Profilwelle 38 auf der linken Seite mit einem Profilhügel beginnt und dann in ein Profiltal 4l übergeht, woran sich ein zweiter Profilhügel 42 anschließt, während die Profilwelle 39 niit einem Hügel 40' beginnt, dann in ein Profiltal 41^f übergeht und in einem weiteren Profilhügel 40" endet. Ein der Leitprofilbahn von 40 nach 4l folgender Kolben führt in dem zugehörigen Zylinder einen nach auswärts gerichteten Hub aus, während der Kolben, wenn er der Leitprofilbahn von 4l nach 4o' folgt, im Zylinder einen nach einwärts gerichteten Hub vollführt. Ein Kugelkolben 44, welcher den Kolben Nr. 1 darstellen soll, ist bei der Ausführung seines durch den Pfeil 45 angedeuteten Einwärtshubes innerhalb seines Zylinders 46 dargestellt und ist ein Kolben von mehreren in einem Zylinderblock 48 angeordneten Kugelkolben. Die Oberfläche 4? ctes Kugelkolbens 40 liegt an der Profilfläche der Leitprofilbahn 37 an.

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19145G0 JO

Pig. 4 der Zeichnungen, in welcher für entsprechende Teile gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 3 verwendet sind, stellt einen Teil eines Geschwindigkeitsdiagramms dar, welches für eine erfindungsgemäße Maschine mit neun Kugelkolben und sechs Profilwellen gültig ist, wobei hier n/l eine ungerade Zahl ist, so daß die Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit in der Hubmitte notwendig wird, wie dies in Fig. 4 bis 5 angedeutet ist.

Die Dauer der Phase konstanter Geschwindigkeit stellt

einen Bruchteil der Hubdauer dar, welche durch den

2*1· χ
Ausdruck 1 jj gegeben ist, worin χ nicht größer

sein darf als . Wenn n/l eine gerade Zahl ist, so muß auch χ eine gerade Zahl sein. Dies stellt einen allgemeinen Ausdruck für die Länge der Phase konstanter

2 ' 1 - χ Geschwindigkeit dar, und wenn die Beziehung ^ r -

gilt, so wird der erwähnte Ausdruck zu Null, was bedeutet, daß die Charakteristik eines konstanten Drehmomentes erreicht wird, ohne daß eine Phase konstanter Geschwindigkeit eingeschaltet zu werden braucht. Wenn χ größer wird als , so würde der Wert des Ausdruckes

negativ, was nicht möglich ist. Wenn, n/l eine ungerade Zahl ist, so muß χ kleiner als sein. Wenn n/l eine gerade Zahl ist, so kann χ gleich: dem Wert sein.

ei * Ji.

- 30 -

Ü&3S35/ÖÖS8

ORIGINAL INSPECTED

1914590 if

Dies gilt natürlich nur für solche Fälle, bei denen die Dauer der Beschleunigungsphase (z.B.35) und die Dauer der Verzögerungsphase (z.B. 36) der Hübe einander gleich sind.

Die Art und Weise in der die genannten Ausdrücke abgeleitet werden, läßt sich leichter verstehen, wenn man betrachtet, wie die Geschwindigkeitsdiagramme, beispielsweise die Diagramme nach den Fig. 2 und 3 der Zeichnungen, in einfacher Weise konstruiert werden. Zunächst wird eine geeignete horizontale Strecke gewählt, welche in m Profilwellenintervalle bzw. 2m Halbwellenintervalle aufgeteilt wird. In die Halbwellenintervalle werden zur Konstruktion der obersten, für Kugelkolben Nr. 1 gültigen Geschwindigkeitskurve Hubdreiecke eingezeichnet, welche abwechselnd positiv und negativ gerichtet sind. Dieselbe Strecke wird dann durch die Anzahl von Kugelkolben η geteilt, so daß man die Kolbenteilung im selben Maßstab wie die Profilwellenteilung erhält und die Geschwindigkeitskurven für die verbleibenden Kugelkolben werden untereinander gezeichnet, wobei man in ähnlicher Weise wie bei der Konstruktionder Geschwindigkeitskurve für Kugelkolben Nr. verfährt, jedoch jedes folgende Diagramm seitlich gegenüber dem darüberliegenden Diagramm um ein der Kolbenteilung entsprechendes Intervall seitlich versetzt. Für die

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1914590 Si

Zuordnung zwischen der Beschleunigungsphase eines Kugelkolbens zur Verzögerungsphase eines anderen Kugelkolbens ist es notwendig, daß beide Phasen gleichzeitig beginnen und enden. Die Augenblicke des Beginns einer Beschleunigungsphase und des Endes einer Verzögerungsphase sind durch die Geometrie der Maschine auf die Mitten der Hügel bzw. der Profiltäler der Profilwellen der Leitprofilbahn festgelegt, d.h. auf die Nulldurchgänge der Geschwindigkeitskurven.

Werden senkrechte Linien über die gesarate Höhe des Diagramms hin durch die Nulldurchgangspunkte sämtlicher Geschwindigkeitskurven gezogen, so zeigt es sich, daß diese Linien voneinander einen Horizontalabstand haben, welcher gleich 1 /n der Hubdauer ist, wenn n/l eine un-

2.1 gerade Zahl ist, und welcher —-^- der Hub dauer ist, wenn n/l eine gerade Zahl ist. Im letzteren Fall trifft eine senkrechte Linie die Scheitel eines jeden gleichschenkligen Hubdreieckes des Diagramms und zeigt an, daß ein konstantes Drehmoment ohne die Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit erreicht werden kann. In einigen Fällen mit geradzahligem Ausdruck n/l zeigt es sich, daß der Scheitel jedes Hubdreieckes durch eines oder mehrere Paare vertikaler Linien flankiert wird, was

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,_λ;λΟ

ORIGINAL INSPECTED

1914590 JJ

darauf hindeutet, daß ein konstantes Drehmoment durch Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit erreicht wird, die durch die Schnittpunkte des Paares vertikaler Linien mit den Seiten des Hubdreieckes gelegt ist, und wenn mehr als ein Paar solcher Vertikallinien auftreten (beispielsweise bei einer Maschine mit zwölf Kugelkolben und fünf Profilwellen), so hat man die Wahl zwischen zwei möglichen Längen der Phase konstanter Geschwindigkeit*

2-1 Die Intervalle l/n (für ungeradzahlige n/l) und ——— (für geradzahlige n/l) geben die kürzesten Längen für die Abschnitte der Geschwindigkeitsänderung im Hub an, und diese Abschnitte sind für Beschleunigung und Verzögerung einander gleich. Die Minimallänge der Phase konstanter Geschwindigkeit ist die Differenz zwischen der Hublänge und der Summe zweier solcher Geschwindigkeitsänderungsabschnitte, d.h.. für ungeradzahliges n/l ist diese Minimal-

länge 1 - —-r-¹- und für geradzahliges n/l ist die

4 · 1
Minimallänge 1 -— . Gibt es zwei alternative Längen für die Phase konstanter Geschwindigkeit, so nehmen die Hubabschnitte der Geschwindigkeitsänderung Jeweils um ganzzahlige Vielfache von l/n zu, wenn n/l ungeradzahlig ist und sie nehmen um ganzzahlige Vielfache von — zu, wenn n/l geradzahlig ist. Der Ausdruck für die Länge der Hubphase konstanter Geschwindigkeit kann daher allgemein'

191459°

2 - 1 · χ
mit 1 - r angegeben werden, worin χ gleich eins

sein kann, wenn n/l ungeradzahlig ist, worin jedoch χ eine gerade Zahl und dabei mindestens gleich 2 sein muß, wenn n/l eine gerade Zahl ist. Die letzte Bedingung berücksichtigt die Tatsache, daß bei geradzahligen n/l die Hubanteile der Geschwindigkeitsänderung Vielfache

2-1
von — sind.

Der Beweis dafür, daß χ nicht den Wert übersteigen darf, ist folgendermaßen zu führen: Es steht

2 1.x
fest, daß der Ausdruck jj den Wert eins nicht

übersteigen darf, aber gleich eins sein darf. Ist der Ausdruck eins, so ergibt sich beim Einsetzen von

2.1 ² ' i

für den Wert x, daß -^- · — =1. Wenn χ größer

wäre als , so würde der Ausdruck — den Wert eins übersteigen.

Es ist aber darauf hinzuweisen, daß nicht alle Kombinationen Kolbenzahl/Profilwellenzahl dafür geeignet sind, eine konstante Gesamtverschiebung zur Erzeugung ■ einer gleichförmigen Geschwindigkeitseharakteristik vorzusehen, da bei einigen der Kombinationen überhaupt keine Überlappung einer Beschleunigungsphase eines Kolbens und einer Verzögerungsphase eines anderen Kolbens "auftritt*

ORIGINAL INSIWf

1 al45GG JS

Solche Kombinationen lassen sich daran erkennen, daß sie einer oder mehreren der oben aufgestellten Bedingungen zur Bestimmung der Länge der Phase konstanter Geschwindigkeit widersprechen. Als Beispiel sei die Kombination bei einer Maschine mit vier Kolben und zwei Profilwellen betrachtet. Hier gilt η = 4, m = 2, 1=2. Ferner n/l = 4/2 = geradzahlig. Hieraus folgt, daß χ geradzahlig sein muß. Nimmt man für χ den kleinsten zulässigen Wert 2, so wird der

2 · 1 · χ
Ausdruck 1 jj zu 1 ²'^*² — = 1 - 2 = - 1.

Diese Lösung ist unbrauchbar.

Außerdem ist noch zu fordern, daß χ nicht den Wert ⁼ 4/4 = 1 übersteigen darf. Gleichzeitig soll aber χ

eine gerade Zahl sein. Auch hier ergibt sich also ein Widerspruch. Die Kombination von Kolbenzahl und Profilwellenzahl mit dem Wert 4/2 ist daher für die Erzeugung eines konstanten Drehmoments nicht geeignet. Die obigen PestStellungen bezüglich der Erzeugung eines konstanten Drehmomentes durch Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit, welche auch zu Null werden kann, sind also unter Berücksichtigung des in den drei vorausgehenden Absätzen gesagten zu verstehen.

Fig. 4 der Zeichnungen zeigt einen Teil des Geschwindig-

- 35- .

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19145GC 36

keitsdiagramms, das nach den oben aufgestellten Grundsätzen konstruiert worden ist und sich auf eine erfindungsgemäße Maschine mit neun Kugelkolben und sechs Profilwellen bezieht, wobei ein größerer Maßstab gewählt worden ist. Der linke Teil des Diagramms zeigt einen Verlauf mit konstanten Beschleunigungs- und Verzögerungswerten der Kugelkolben und verdeutlicht die paarweise Zuordnung entsprechender Hubphasen der Kugelkolben. Die rechte Seite der Zeichnung zeigt gekrümmte Kennlinien der Geschwindigkeitsänderungen, welche mit denen der rechten Seite von Pig. J5 der Zeichnungen vergleichbar sind, jedoch für den Fall gelten, in dem eine Phase konstanter Geschwindigkeit in den Hubverlauf eingeschaltet wird, um einen Ausgleich zwischen den eine Geschwindigkeitsänderung bringenden Hubanteilen zu erreichen. Die in Fig. 5 der Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind auch in Fig. 4 für entsprechende Teile eingesetzt.

Die hier gewählte besondere Kombination der Kugelkolbenzahl und der Profilwellenzahl ergibt drei Gruppen von jeweils drei Kugelkolben, wobei innerhalb jeder Gruppe die paarweise Zuordnung der Geschwindigkeitsänderungsphasen der Kolbenhübe in sich vollständig abgeschlossen ist.

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009835/0098

ORIGINAL JNSPECTED

19145GG Jf

Die Ausdrücke zur Bestimmung der Längen der verschiedenen Hubteile sind folgendermaßen anzugeben:

η = 9, m = 6, 1 = 3, -j- = % - 3 = ungeradzahlig.

Der Abstand zwischen den Vertikallinien, die durch die Nulldurchgänge gezogen sind, beträgt l/n = 3/9 = 1/3 der Hublänge. Die Länge der Phase konstanter Geschwindig keit ist

ι 2-3-x - 1 -

η ⁹ Als Maximalwert für χ errechnet man χ = = = 1,5

* - 6 χ kann daher nur den einzigen Wert von eins annehmen und

kann diesen Wert nicht übersteigen. Die Länge der Phase konstanter Geschwindigkeit errechnet sich dann zu

1 -, = 1 - -g- = 1 - -|- = ~y- der Hublänge. ·

Die zulässigen Krümmungen der Trennlinien für die eine Geschwindigkeitsänderung bringenden Hubanteile lassen sich innerhalb eines zweiten Feldes wählen, wie in den Jeweils rechten Hälften von Fig. 3 und Fig. 4

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009836/0098

Jt

der Zeichnungen gezeigt ist.

Eine bevorzugte Konstruktionsmögliehkeit ist es, bei der Wahl von der Gestalt der Leitprofilbahn auszugehen, welche während eines Beschleunigungsabschnittes des Arbeitshubes, während welcher ein konvexer Teil der Leitprofilbahn durchlaufen wird, dem Kolben eine Geschwin digkeitscharakteristik folgender Art erteilt:

V = A . Q^a

Hierin bedeutet V die Radialgeschwindigkeit des Kugelmittelpunktes und A ist eine Konstante, welche zum Hub des Kugelkolbens und zur Zahl der Profilwellen der Leitprofilbahn proportional ist, und Φ ist der augenblickliche Drehwinkel des Zylinderblockes von einer bestimmten Ausgangsstellung aus gemessen, in der sich ein betrachteter Kugelkolben in dem am Scheitel eines Profilflügels gelegenen Totpunkt befindet. Die Geschwindigkeit des Kugelkolbens während des Verzögerungsabschnittes eines solchen Hubes, während welchem der konkave Teil der Leitprofilbahn durchlaufen wird, ist komplementär zur Kugelkolbengeschwindigkeit während des genannten Be-

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009835/0098

ORfGJMAL INSPECTED

. ... 1914590 JJ

schleunigungsabsehnitte s.

Wenn sich der Index von Θ, nämlich der Index a vergrößert, wandert die Stelle mit dem kleinsten Krümmungsradius des konvexen Teiles der Leitprofilbahn aus der unmittelbaren Nachbarschaft des Scheitelbereiches des Profilhügels weg in eine Stellung, die etwas weiter längs der Leitprofilbahn verschoben ist. Für eine gegebene Maschinenbauart (d.h. Kugelkolbenanzahl; Profilwellenanzahl, Radius der inneren Totpunkte der Leitprofilbahn, Radius der äußeren Totpunkte der Leitprofilbahn) gibt es einen Wert von a, welcher dem kleinsten Krümmungsradius der Leitprofilbahn seinen Maximalwert annehmen läßt.

Im Falle einer rotierenden Maschine bietet sich als zweckmäßiges Konstruktionsverfahren an, ein Programm für eine Rechenmaschine aufzustellen, welches die relativen Konstanten für Kugelgröße, Hub, mittlerer Teilkreisradius der Kugelkolben, gegebenenfalls Verweilzeit sowie Anzahl der Kugelkolben und der Profilwellen enthält. Die Rechenmaschine errechnet dann die Koordinaten und die jeweiligen augenblicklichen Werte des Krümmungsradius der Bahn des Mittelpunktes eines Kugelkolbens für verschiedene Werte von β

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0098 35/0098

.--■ i ■

über die konvexen Teile der genannten Bahn hinweg.

Die Rechenmaschine liefert für einen Satz unterschiedlicher Indexwerte a der Konstanten θ eine Gruppe von Lösungen und es kann wünschenswert sein, für den Index a einen Bruchwert zu verwenden, um zu einer optimalen Lösung zu gelangen.

Da sich diese Lösungen auf den Weg des Kugelkolbenmittelpunktes beziehen, müssen die Werte für die jeweiligen augenblicklichen Krümmungsradien um den Kugelradius reduziert werden, um zu den Krümmungsradien des tatsächlichen Leitbahnprofiles zu gelangen.

Bei der Auswahl der optimalen Lösung wird die Tatsache berücksichtigt, daß die Normalbelastung der Kugeln in Richtung auf das Leitprofil bei einem gegebenen, auf die Kugel wirkenden Druck mit dem Angriffswinkel der Kugel· mit Bezug auf das Leitprofil zunimmt, so daß bei einer gegebenen konvexen Krümmung des Leitprofiles die Spannungen zunehmen, wenn die Stelle des minimalen Krümmungsradius sich von dem Scheitel des Profilhügels entfernt. Theoretisch kann es daher vorkommen, daß eine Erhöhung

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ORIGINAL INSPECTED

19145S0

des kleinsten Krümmungsradius des konvexen Teiles der Leitprofilbahn keineswegs zu einer Verringerung der Spannung führt, wenn die Stelle des kleinsten Krümmungsradius zu weit von dem Scheitel des Profilhügels wegverlegt worden ist« Es kann vieiraehr sogar zu einer Erhöhung der Spannungen kommen. Praktisch ist jedoch der größte Angriffsxfinkel aller Wahrsehe inl ichkeit nach nicht groß genug, um eine merkliche Erhöhung der Belastung bei zunehmendem Angriffswinkel hervorzurufen, und es ist daher berechtigt, diese Erscheinung zu vernachlässigen und die Konstruktion in Richtung auf einen größten Wert des minimalen Krümmungsradius des konvexen Profilabschnittes auszubilden.

Eine andere Geschwindigkeitskennlinie des Kugelkolbens gegenüber der durch den Ausdruck V =s A · 6^a definierten Kennlinie läßt sich allgemeiner durch ein Polynom angeben, beispielsweise duröh das Polynom:

V * Ae^a + BÖ^a "" ^ί + 09^a -

worin die QröBen A, B> C ausgewählt;© Konstanten sind, ftfit dem erwähnten Lösungsverfahren kann ein Polynom

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■ 19145GG Hi

ausgewählt werden, welches zu einer Berührungsspannung zwischen dem Kugelkolben und der Leitprofilbahnofoerfläehe führt, die über die konvexen Teile des Leitprofiles hinweg konstant ist.

Selbstverständlich handelt es sich hier um verfeinerte Konstruktionsmethodenο Praktisch können Losungen in etwas gröberer Näherung genügen« Beispielsweise kann eine optimale Geschwindigkeitskennlinie durch zwei oder mehrere gerade Linien angenähert werden»

Da eine jeweils gleiche Dauer der Beschleunigungsund Verzögerungsabschnitte gekrümmte Kennlinien erfordert, die zur Erzeugung eines konstanten Drehmomentes zueinander komplementär sein müssen* ergeben hohe Werte des Index ) von θ in Ausdrücken der oben angegebenen Art kleine Krümmungsradien der konkaven Teile der Leitprofilbahn* Dies könnte zu Leitprofilen führen, bei denen der Krümmungsradius des Profiltales kleiner als der Kugelradius ist. Eine Vergrößerung des Index von θ muß selbstverständlich vor diesem Punkt enden»

Bei einem Vergleich der elementaren Hubdreiecke auf

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•\ - " ORIGINAL INSPECTED

1914500

der linken Seite iron Fig, 4 der Zeichnungen (die abgeschnittenen Spitzen sind hier durch strichpunktierte Linien wiedergegeben) _s ist zu beachten, daß durch die Einschaltung der Phase konstanter Geschwindigkeit die Fläche unterhalb der Kurve verringert wird. Ist das ursprüngliche elementare Hubdreieck in solchem Maßstab gezeichnet worden, daß seine Fläche tatsächlich die körperliche Kolbenhublänge einer bestimmten zu konstruierenden Maschine wiedergibt, so muß die Fläche der endgültigen Geschwindigkeitskurve mit der eingeschalteten Phase konstanter Geschwindigkeit hinsichtlich ihrer Maximalgeschwindigkeit so eingestellt werden, daß letztlich die Fläche des Trapezes der Fläche des elementaren Hubdreiecks gleich wird, oder man berücksichtigt dies, indem die Maximalamplitude der Geschwindigkeit im elementaren Hubdreieck um einen geeigneten Betrag vergrößert wird, der sich leicht errechnen läßt. Nimmt man an, daß diese Bedingungen eingehalten worden sind, dann ergibt die Einführung gekrümmter Charakteristiken für die Hubabschnitte der Geschwindigkeitsänderung entsprechend der Kennliniengestalt auf der rechten Seite von Fig. 4 keine Änderung der Fläche unterhalb der Kurve gegenüber den Trapezflächen auf der linken Seite der Zeichnungsfigur. Gleiches gilt sinngemäß für Fig. 5 der Zeichnungen.

Es ist noch notwendig, eine Abmachung hinsichtlich der

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1914590-

o.l._x Anwendbarkeit des verallgemeinerten Ausdruckes 1 -

η für die Länge der Phase konstanter Geschwindigkeit in solchen Fällen zu "treffen, in denen von konstanten Werten verschiedene Charakteristiken für jeden ganzen Hubanteil mit Geschwindigkeitsänderung gewählt werden.

* Wird dieser Ausdruck in Fällen verwendet, in denen n/l ungeradeahlig ist, so kann χ die Werte 1, 2_S j5> 4· mehrerer Punkte usw. haben, solange diese Werte nicht

" übersteigen. Werden Charakteristiken entsprechend

einer konstanten Beschleunigung und einer konstanten Verzögerung gewählt, so führen jeweils überspringende Werte (d.h. 2, 4, 6 ...) zu einem Muster paarweiser Zuordnung der Geschwindigkeitsänderungsphasen des Kolbenhubes, welches von dem auf der linken Seite von Fig. 4 der Zeichnungen gezeigten Muster darin verschieden ist, daß verschiedene

' Teile einer Beschleunigungsphase eines Kugelkolbens jeweils Teilen von Verzögerungsphasen verschiedener anderer Kugelkolben zugeordnet sind und umgekehrt. Dies ist in Fig. 5 der Zeichnungen am Beispiel einer erfindungsgemäSen Maschine mit neun Kugelkolben und einer Profilwelle erläutert. Fig. 5 zeigt das Muster der gegenseitigen Zuordnung der GeschwindigkeitsMnderungsphasen zwischen verschiedenen Kugelkolben«

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ORIGINAL INSPECTED'

1914500

In Pig. 5 sind sowohl die elementaren gleichschenkligen Hubdreiecke des Geschwindigkeitsdiagramms dargestellt, welche durch Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit abgewandelt sind, als auch die 1 unvollständige Zuordnung der Hubphasen wiedergegeben, wobei die Geschwindigkeitsänderungsphasen der Hübe in der im Zusammenhang mit Fig. 3 und Figo 4 beschriebenen Weise abgewandelt sind.

Wenn also eine von dem konstanten Beschleunigungswert verschiedene Charakteristik für jeden Geschwindigkeitsänderungsteil als Ganzes jeweils eines Hubes gewählt wird, so ergibt das Zuordnungsmuster keine konstante Drehmomentcharakteristik, da beispielsweise der erste Teil, beispielsweise 56, einer Verzögerungsphase nicht die gleiche Krümmung oder Neigung wie der letzte Teil, beispielsweise 57» einer Beschleunigungsphase aufweist und gegenüber der zugehörigen, geradlinig laufenden Geschwindigkeitsänderungsphase, beispielsweise 58, auf unterschiedlicher Höhe liegt. Die beiden Hubteile sind daher nicht wechselseitig zueinander komplementär« Ist daher n/l eine ungerade Zahl, so müssen, wenn ein konstantes Drehmoment gefordert wird, die überspringenden Werte von x, nämlich 2, 4, 6 ..,.···

008835/0098

ORIGINAL INSPECTED

19145G

Hi

...;- usw., ausgeschlossen werden. Die auf der linken Seite von Fig· 5 gezeigten Geschwindigkeitskurven wurden zu einer DrehmomentSchwankung von etwa 7 % des Drehmomentes eines mit konstantem Druck gespeisten hydrostatischen Motors führen.

Ist n/l geradzahlig, so lauten die 1 möglichen Werte für x, wenn Kennlinien mit konstanter Geschwindigkeitsänderung " gewählt werden, 2, 4, 6, 8, 10 «... usw., wobei nicht überschritten werden darf« Werden für jede Geschwindigkeit sänderungsphase eines Hubes als Ganzes von der konstanten Geschwindigkeitsänderung verschiedene Charakteristiken angenommen, so sind wieder aus denselben Gründen wie oben angegeben überspringende Werte von x, d.h. 4, 6_S 8 .... auszuschließen, wenn ein konstantes Drehmoment gefordert wird.

Manchmal ist es wünschenswert, kleine Verweilabschnitte ) in den beiden Totpunktbereichen der Leitprofilbahn vorzusehen, so daß sich weitere Toleranzen hinsichtlich der Lage der zu den Zylindern führenden Kanälen und hinsichtlich der Kanäle in dem Ventilelement ergeben, das mit den Zylindern zusammenwirkt. Ist dies der Fall, so können die senkrechten Linien durch die Nulldurchgänge des Geschwindigkeitsdiagramms nicht mehr als Ausgangspunkte für die Bestimmung

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00 98 357 0098

ORIGINAL INSPECTED

der zeitlichen Lage des Endes einer Beschleunigungsphase und des Beginns einer Verzögerungsphase angesehen werden. Sind die Verweilzeiten symmetrisch zu den jeweiligen Nulldurchgangspunkten des Geschwindigkeitsdiagramms angeordnet, und werden zwei senkrechte Linien durch den Beginn bzw. durch das Ende jeder Verweilzeit gezeichnet, welche die senkrechten Linien durch die Nulldurchgangspunkte ersetzen, so legen diese neu gezeichneten Linien an ihren Schnittpunkten mit den Seiten der Hubdreiecke die neuen Zeitpunkte für das Ende der Beschleunigungsphasen bzw. den Beginn der Verzögerungsphasen fest« Im Ergebnis ist jede Phase konstanter Geschwindigkeit, die sich aus der betreffenden Kombination von Kugelkolbenzahl und Profilwellenzahl ergibt, um die Hälfte der Verweilzeit an jedem Ende zu verlängern und wenn die betreffende Maschinenkombination keine Phase konstanter Geschwindigkeit erfordert (dies ist der Fall, wenn der Wert des Ausdruckes

2·- -x
1 - zu Null wird), dann ist eine Phase konstanter

Geschwindigkeit einzuführen, deren Länge zwei halben Verweilzeiten entspricht.

Dies ist in Fig. 6 der Zeichnungen dargestellt, die für sich selbst spricht und in der für entsprechende Teile wieder die Bezugszahlen nach Fig. 3 und Fig.4 der Zeichnungen gewählt sind.

■ " ^4? " 00 9835/0098

OR(GINAL INSPECTED

19145

Bei 51 ist eine im Totpunktbereich des Profiltales gelegene Verweilzone angegeben und bei 5^ ist eine im Totpunktbereich eines Profilhügels gelegene Verweilzone eingezeichnet« Die erste Hälfte einer im Totpunktbereich eines Profiltales gelegenen Verweilzone, beispielsweise bei 51# ist durch die Vorverlegung des Beginns der Phase konstanter Geschwindigkeit des Auswärtshubes eines Kolbens in seinem Zylinder sozusagen abgedeckt, wie dies für die Phase 50" konstanter Geschwindigkeit bei 52' angedeutet ist. Die zweite Hälfte der in dem Totpunktbereich eines Profiltales gelegenen Verweilzeit, beispielsweise bei 51* ist durch die Verzögerung des Endes der Phase konstanter Geschwindigkeit des Einwärtshubes eines Kolbens in dem zugehörigen Zylinder abgedeckt, wie dies bei 55' am Ende der Phase 50"' konstanter Geschwindigkeit angegeben ist.

Die erste Hälfte einer im Totpunkt eines im Profilscheitel gelegenen Verweilzeit, beispielsweise bei 54, ist durch Vorverlegung des Beginns der Phase konstanter Geschwindigkeit des Einwärtshubes eines Kolbens in dem zugehörigen Zylinder abgedeckt, wie dies beispielsweise bei 50 "^f angedeutet ist. Die zwite Hälfte eines im Totpunktbereich des Profilscheitels gelegenen Verweilab-

-48—

ORIGIMAL INSPECTED⁰098 35/0098

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schnittes, beispielsweise bei 54, ist durch die Verzögerung des Endes der Phase konstanter Geschwindigkeit des nach auswärts gerichteten Hubes eines Kolbens in dem zugehörigen Zylinder abgedeckt, wie dies bei 50 aufgezeichnet ist.

Wird die Krümmung der Profilhügel durch Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankens verringert, so ist es oftmals möglich, im Totpunktbereich des Profilhügels den Verweilabschnitt vollständig wegzulassen, da die Geschwindigkeit des Kugelkolbens auf dem Längenstück des Profilhügels, das einem zur Erweiterung der Ventiltoleranzen erforderlichen Verweilabschnitt gleich ist, ausreichend niedrig liegt, um eine Verweilbedingung für alle praktischen Zwecke ausreichend anzunähern.

In einer Maschine der in Pig«, 4 der Zeichnungen gezeichneten Art, bei welcher Betriebsphasen konstanter Kolbengeschwindigkeit in den Kolbenhub eingeschaltet werden, um konstantes Drehmoment sicherzustellen, 1st ein Verweilabsehnitt an dem im* Profiltal gelegenen Totpunkt nur dann mit der Forderung des konstanten Drehmomentes verträglich, wenn Kolbengeschwindigkeitskennlinien entsprechend Pig. 7 der Zeichnungen eingehalten werden«

Der "Verweil ab schult t_s beispieleweise bei 20, wird

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ORIGINAL. INSPECTED

19145GG SO

zwischen dem Ende einer Verzögerungsphase 21 eines positiv gerichteten Hubes und dem Beginn einer Beschleunigungsphase eines negativ gerichteten Hubes, also in der Mitte des Tales des Leitprofiles eingeschaltet« Dieser Verweilabschnitt kann aus zwei Verweilabschnitthälften 23 und 24 bestehend aufgefaßt werden, welche der Übersichtlichkeit halber im Geschwindigkeitsdiagramm eines anderen Kugelkolbens

* eingezeichnet sind. Es ist dann notwendig* die Beschleunigungsphasen positiv gerichteter Hübe, beispielsweise bei 25, um einen Betrag 26 zu verkürzen, welcher der Verweilzeithälfte 23 gleich ist und den Beginn der darauffolgenden Phase konstanter Geschwindigkeit, beispielsweise 27* um den Zeitabschnitt 26 vorzuverlegen, um welchen die Beschleunigungsphase 25 verkürzt wurde. Die Verweilzeithälfte 24 verkürzt die Beschleunigungsphase 28 des negativ gerichteten Hubes (beispielsweise 29), wobei der Beginn dieser Phase um einen

) Betrag verspätet wird, welcher der Verweilzeithälfte 24

gleich ist, so daß die Phase konstanter Geschwindigkeit 29 des betreffenden Hubes um eben diesen Betrag verlängert werden muß.

Das Ende eines negativ gerichteten Hubes^ beispielsweise 30, und der damit zusammenfallende Beginn eines positiv gerichteten Hubes, beispielsweise 31, liegen im Totpunkt

- 50 - _s

009835/0098 '

ORIGINAL INSPECTED

19145SG

eines Profilhügels und an dieser mit j52 bezeichneten Stelle ist kein Verweilabsehnitt vorgesehen. Es ist also nur ein Ende jeder Phase konstanter Geschwindigkeit um den Betrag eines halben Verweilabschnittes verlängert. Hierbei wird ein konstantes Drehmoment erzielt»

Im Falle von Kombinationen der Kugelkolbenzahl und der Profilwellenzahl., für welche sich die Charakteristik konstanten Drehmomentes ohne Einschaltung von Phasen konstanter Geschwindigkeit, dann ergibt, wenn keine Verweilzeiten vorgesehen sind, macht die Einschaltung einer Verweilzeit im Bereich eines Profiltales allein die Einschaltung einer Phase konstanter Geschwindigkeit notwendig, deren Dauer gleich einer Verweilzeithälft ist (beispielsweise 23, 24 in Pig. 7 der Zeichnungen).

Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf Beispiele beschränkt ist, bei denen die Forderung eines konstanten Drehmomentes eingehalten wird, obwohl man praktisch ein konstantes Drehmoment anstrebt, wenn sich dies ohne zusätzliche Kosten erreichen läßt. Es gibt Anwendungsfälle, beispielsweise beim Motorteil

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ORIGINAL INSPECTED*

1914595 Sl

einer Pumpen-Motoreinheit in einem hydrostatischen Getriebesystem für Fahrzeuge, bei denen eine bestimmte Welligkeit des Ausgangs-Drehmoments des Motors ohne größere Bedeutung ist. In solchen Fällen können Phasen konstanter Beschleunigung und konstanter Verzögerung mit jeweils ungleicher Länge gewählt werden, selbst wenn es sich um Kombinationen von Kugelkolbenzahl und Profilwellenzahl handelt, bei denen sich kein konstantes Drehmoment entsprechend der in Fig. gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform und den anderen obengenannten Ausführungsformen ergibt.

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Claims (1)

19145

Patentansprüche:

/lJ Hydrostatische Kolbenmaschine mit einer Reihe von Zylindern, in denen jeweils ein Kolben beweglich angeordnet ist, sowie mit einer vorzugsweise sinuswellenartigen Leitprofilbahn, mit der an den Kolben jeweils angeordnete oder mit den Kolben verbundene Profilfolgeflächen zusammenwirken, derart, daß sich die Kolben bei einer Relativbewegung der Zylinderreihe entlang der Leitprofilbahn längs der ZyIInderachsen hin- und herbewegen, gekennzeichnet durch eine solche Form der Leitprofilbahn (18), daß den Kolben (11) eine verhältnismäßig niedrige Positive oder negative Beschleunigung erteilt wird, wenn die zugehörigen Profilfolgeflächen einen Profilhügel (19)* d.h. einen gegen die Zylinderreihe konvexen Bereich der Leitprofilbahn durchlaufen, während dem Kolben eine verhältnismäßig hohe positive oder negative Beschleunigung erteilt wird, wenn die Profilfolgefläche ein Profiltal (20), d.h. einen gegen die Zylinderreihe hin konkaven Bereich der Leitprofilbahn durchlaufen.

2. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Radius der konvexen Krümmung jedes Profilhügels (l8) der Leit-

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145GG

profilbahn (19) größer als der kleinste Radius der konkaven Krümmung jedes Profiltales (2o) der Leitprofilbahn ist.

3. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1, bei welcher jeder Profilhügel der Leitprofilbahn, über den jeweils eine an jeweils einem Kolben angeordnete oder mit einem Kolben verbundene Profilfolgefläche hinwegläuft, dem betreffenden Kolben nacheinander folgende Bewegungen mitteilt: einen Verzögerungsabschnitt eines Einwärtshubes des Kolbens in den Zylinder hinein, hiernach einen Verweilabschnitt, während welchem der Kolben in dem Zylinder still steht, und danach einen Beschleunigungsabschnitt des Auswärtshubes des Kolbens aus dem Zylinder heraus, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungs-Hubabschnitt (4, 1) und der Beschleunigungs-Hubabschnitt {K_s 2) jeweils gleichbleibende Werte der Geschwindigkeitsänderung aufweisen und jeweils mehr als die Hälfte des betreffenden Einwärtshubes (1) bzw. Auswärtshubes (2) des Kolbens (11) in dem Zylinder (12) einnehmen.

4. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verbleibende Teil (9* 1)

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.ORIGINAL INSPECTED

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des genannten Einwärtshubes und der verbleibende Teil (9, 2) des genannten Auswärtshubes ebenfalls gleichbleibende, jedoch höher liegende Werte der Geschwindigkeitsänderung aufweisen und aus einem anfänglichen Beschleunigungsabschnitt des Einwärtshubes bzw. aus einem abschließenden Verzögerungsabschnitt des Auswärtshubes bestehen.

5. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch J5/ dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in einer Reihe angeordneten Zylinder, ferner die Zahl vollständiger Profilwellen, welche in einem Profilbahnabschnitt gelegen sind, der dem Produkt aus Zylinderzahl und Zylinderteilung (P-U^) gleich ist, sowie die jeweiligen Hubanteile, welche von den genannten längeren Hubabsennitten und den genannten kürzeren Hubabschnitten eingenommen werden, so gewählt sind, daß sich die jeweils resultierende Gesamtverdrängung aus sämtlichen Zylindern heraus oder in sämtliche Zylinder hinein nicht verändert, wenn die Zylinderreihe mit konstanter Geschwindigkeit an der Leitprofilbahn entlangwandert.

6. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderzahl 'acht ist, daß die Anzahl der Profilwellen (19, 20) eins ist und daß

- 55 -..-. ■ .■

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Verhältnis der längeren Hubabschnitte (4) zu den kürzeren Hubabschnitten (9) den Wert 3 : 1 hat.

7« Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderzahl zwölf ist, daß die Anzahl der Profilwellen (19, 20) zwei ist und daß das Verhältnis der längeren Hubabschnitte (4) zu den kürzeren Hubabschnitten (9) den Wert 2 : 1 hat.

8. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderzahl zwölf ist, daß die Anzahl der Profilwellen (19, 20) fünf ist und daß das Verhältnis der längeren Hubabschnitte (4) zu den kürzeren Hubabschnitten (9) den Wert 2 : 1 hat.

9. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Hubabschnitte (4, 9) und ihr gegenseitiges Verhältnis folgenden Bedingungen genügt: -γ— muß geradzahlig sein und das Verhältnis des längeren Hubabschnittes zu dem kürzeren Hubabschnitt muß

ⁿ - Z

lauten, worin η die Kolbenzahl bedeutet, worin 1 der

© α

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gemeinsame Teiler der Kolbenzahl und derjenigen Zahl von Profilwellen ist, die von dem η-fachen des Abstandes überspannt werden, den die Schnittpunkte benachbarter Zylinderachsen mit der Leitprofilbahn auf dieser voneinader haben und worin Z schließlich eine gerade Zahl ist, welche kleiner als -j— und so gewählt ist, daß der Ausdruck

η ₇
^Δ

größer als eins wird.

10. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder beim Anliegen der zugehörigen Profilfolgefläche (47) an der Mitte eines Profilhügels (40) der Leitprofilbahn (37) einsetzende, Kolbenauswärtshub eine anfängliche Beschleunigungsphase (35)* die mit verhältnismäßig niedrigem Beschleunigungswert beginnt und während dieser anfänglichen Beschleunigungsphase auf verhältnismäßig hohe Beschleunigungswerte ansteigt, sowie eine abschließende Verzögerungsphase (36) aufweist, die mit verhältnismäßig niedrigem Verzögerungswert beginnt und während dieser abschließenden Verzögerungsphase auf einen verhältnismäßig hohen Verzögerungswert ansteigt, und

- 57 - .

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weiter dadurch gekennzeichnet, daß jeder beim Anliegen der zugehörigen Profilfolgefläche (47) an der Mitte jeweils eines Profilhügels endende KoIbeneinwärtshüb, eine anfängliche Beschleunigungsphase (42), die mit verhältnismäßig hohem Beschleunigungswert beginnt und während dieser anfänglichen ^ Beschleunigungsphase auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert abfällt, sowie eine abschließende Verzögerungsphase (43) aufweist, die mit einem verhältnismäßig hohen Verzögerungswert beginnt und während dieser Verzögerungsphase auf einen verhältnismäßig niedrigen Verzögerungswert abfällt.

11. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichförmiger Geschwindigkeit der Zylinderreihe bzw. des Zylinderblockes (48) entlang der Leitprofilbahn (37) die anfängliche Beschleunigungsphase (35, 42)

' und die abschließende Verzögerungsphase (36, 43) sowohl des Kolbenauswärtshubes als auch des Kolbeneinwärtshubes jeweils gleiche Dauer einnehmen.

12. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Beschleunigungsphase (35, 42) je eines Kolbenhubes in einer bestimmten Richtung mit Bezug auf den zugehörigen Zylinder mit der

»58-

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abschließenden Verzögerungsphase (36') des jeweils gleichgerichteten Kolbenhubes (4-5) eines anderen Kolbens zusammentrifft, wobei die Geschwindigkeitsänderung der beiden Kolben zu jedem Augenblick während der beiden zusammentreffenden Phasen gleich groß, jedoch von entgegengesetztem Vorzeichen ist, derart, daß sich während der genannten zusammentreffenden Phasen die resultierende GesamtVerdrängung dieser beiden einander zugeordneten Kolben nicht verändert.

13· Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Kolbenhubes die anfängliche Beschleunigungsphase (35) und die abschließende Verzögerungsphase (36) jeweils die Hälfte der Hubdauer einnehmen.

]Λ. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kolbenhub die anfängliche Beschleunigungsphase (35) und die abschließende Verzögerungsphase (36) durch eine Phase konstanter Geschwindigkeit (50) voneinander getrennt sind, welche einen durch den Ausdruck

2- 1 - χ
1 - jj gegebenen Anteil des Kolbenhubes einnimmt,

worin η die Zylinderzahl ist, 1 den größten gemeinsamen Teiler der'Zylinderzahl und derjenigen Zahl vollständiger

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Profilwellen der Leitprofilbahn bedeutet, welche von dem η-fachen des Abstandes überspannt wird, den die Schnittpunkte benachbarter Zylinderachsen mit der Leitprofilbahn auf dieser voneinander haben und worin schließlich χ eine ganze Zahl darstellt, welche ungeradzahlig sein muß, wenn —γ— ungeradzahlig ist und welche eine gerade Zahl aus der Reihe 2, 6, 10, 14 .... sein muß, wenn -y— geradzahlig * ist und welche schließlich den Wert nicht übersteigen darf, einschließlich des Falles, in welchem

2 · 1-x

_ _n

15. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der abschließenden Verzögerungsphase (36 bzw. 21) jeweils eines Kolbenauswärtshubes und der anfänglichen Beschleunigungsphase (42 bzw. 22) jeweils eines Kolbeneinwärtshubes ein Verweilabschnitt (51 bzw. 20) vorgesehen ist, während welchem sich der betreffende Kolben (44) in seinem Zylinder (46) nicht in axialer Richtung bewegt, wobei der Beginn der genannten Phase konstanter Geschwindigkeit (50 bzw. 27) des Kolbenauswärtshubes um einen Betrag vorverlegt ist₅ der der halben Dauer des Verweilabschnittes gleich ist, so daß die Dauer der Phase konstanter Geschwindigkeit

- 60 -

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2.1.x über die durch den Ausdruck 1 - j- gegebene

Dauer hinaus verlängert und die anfängliche Beschleunigungsphase des betreffenden Kolbenauswärtshubes um einen gleichen Betrag vorverlegt ist und wobei das Ende der Phase konstanter Geschwindigkeit des Kolbeneinwärtshubes um einen Betrag verzögert ist, welcher der halben Dauer des Verweilabschnittes gleich ist, so daß diese Phase konstanter Geschwindigkeit über die durch den Ausdruck

2.1.x
I _ ζ gegebene Dauer hinaus verlängert und

der Beginn der abschließenden Verzögerungsphase des betreffenden Kolbeneinwärtshubes um einen gleichen Betrag verzögert ist (Pig. 6 und 7)·

16. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der abschließenden Verzögerungsphase (43¹) jeweils eines Kolbeneinwärtshubes und der anfänglichen Beschleunigungsphase (35') eines Kolbenauswärtshubes ein Verweilabschnitt eingeschaltet ist, während welchem sich der Kolben in seinem Zylinder nicht in axialer Richtung bewegt, wobei das Ende der Phase konstanter Geschwindigkeit (50) des betreffenden Kolbenauswärtshubes um einen der halben Dauer des Verweilabschnittes (5^) gleichen Betrag verzögert ist, so daß die

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Dauer dieser Phase konstanter Geschwindigkeit über die

2.1.x
durch den Ausdruck 1 - gegebene Dauer hinaus

verlängert und der Beginn der abschließenden Verzögerungsphase (36) dieses Kolbenauswärtshubes um einen gleichen Betrag verzögert ist und wobei ferner der Beginn der Phase konstanter Geschwindigkeit (50') eines Kolbeneinwärtshubes um einen der halben Dauer des Verweilabschnittes ^ gleichen Betrag vorverlegt ist, so daß die Phase konstanter Geschwindigkeit dieses Kolbeneinwärtshubes über

2 . 1 .x die durch den Ausdruck 1 ^ gegebene Dauer

hinaus verlängert und das Ende der anfänglichen Beschleunigung sphase (42) dieses Kolbeneinwärtshubes um einen gleichen Betrag vorverlegt ist (Fig. 6).

IT. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Kolbenhubes die anfängliche Beschleunigungsphase (57) und die abschließende Verzögerungsphase (56) jeweils durch eine Phase konstanter Geschwindigkeit (58) voneinander getrennt

2. 1 -χ sind, welche einen durch den Ausdruck 1 - -~ ~

gegebenen Anteil der Hubdauer einnimmt, worin η die Zylinderzahl bedeutet, worin 1 der größte gemeinsame Teiler der Zylinderzahl und derjenigen Zahl vollständiger Profilwellen ist, die von dem n-fachen des Abstandes

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überspannt wird, welchen die Schnittpunkte benachbarter Zylinderachsen mit der Leitprofilbahn auf dieser voneinander haben, und worin χ eine ganze Zahl bedeutet, welche geradzahlig ist, wenn -j- ungeradzahlig ist und

welche eine gerade Zahl aus der Reihe 4, 8, 12 ..... ist,

η
wenn -η— geradzahlig ist, und daß Teile (59* 60) jeder Geschwindigkeitsänderungsphase eines Kolbenhubes gleichzeitig mit Teilen von Geschwindigkeitsänderungsphasen des Hubes mindestens zweier anderer Kolben auftreten, innerhalb welcher sich die Geschwindigkeiten in entgegengesetztem Sinne ändern, so daß die gesamte resultierende Verdrängung der Maschine während dieser Geschwindigkeitsänderungsphase eines Kolbenhubes annähernd konstant bleibt.

18. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Beschleunigungsphase (35) eines Kolbenauswärtshubes eine Kennlinie der Kolbengeschwindigkeit längs seines Zylinders in Abhängigkeit von dem Weg des Zylinderblockes gegenüber der Leitprofilbahn besitzt, welche folgender Gleichung gehorcht:

V = A.. 0^a
worin V die Geschwindigkeit des Krümmungsmittelpunktes

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der Profilfolgefläche (47) des betreffenden Kolbens längs der Zylinderachse ist, worin ferner A eine Konstante bedeutet, welche zu dem Kolbenhub sowie zu der Zahl vollständiger Profilwellen proportional ist, welche von dem mit der Kolbenzahl multiplizierten Abstand überspannt werden, den die Schnittpunkte benachbarter ZyIInderachsen mit der Leitprofilbahn auf dieser voneinander haben, und worin weiter θ die auf den genannten Abstand bezogene augenblickliche Phasenlage der Achse eines Zylinders ist, welche längs der Leitprofilbahn von dem am Scheitel eines Profilhügels der Leitprofilbahn gelegenen Hubbeginn aus gerechnet eingenommen wird, und daß die entsprechende Kennlinie der abschließenden Verzögerungsphase (56) des betreffenden Kolbenauswärtshubes so gewählt ist, daß sich die Geschwindigkeiten der anfänglichen Beschleunigungsphase eines Kolbens und der zugeordneten abschließenden Verzögerungsphase des entsprechenden Hubes eines anderen Kolbens zu allen Zeiten während dieser einander zugeordneten Hubanteile zu einer konstanten Summe addieren* wobei dafür Sorge getragen wird, daß der Index a unter einem Wert bleibt, bei dem der Radius der PrQfilt81er (4l, 4l') kleiner als der Krümmungsradius der Profilfolgeflache (4?) jeweils eines Kolbens ist (Pig. J5).

19. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 10_£

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dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Beschleunigungsphase (35) eines Kolbenauswärtshubes eine Kennlinie der Geschwindigkeit des jeweiligen Kolbens (44) längs seines Zylinders (46) in Abhängigkeit von dem Weg des Zylinderblockes (48) relativ zur Leitprofilbahn (37) aufweist, die ein Polynom der Form

v = A©^a + Bö^a " ^l + ce^a " ²

ist, worin A, B und C usw. Konstanten bedeuten, die so gewählt sind, daß sich ein Profil der Leitprofilhügel ergibt, welches zu Minimalwerten der höchsten auftretenden Spannungen zwischen der Profilfolgefläche (47) jeweils eines Kolbens und der Leitprofilbahn (37) führt (Fig. 3).

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