DE19857726A1 - Drehkolbenanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Drehkolbenanordnung, beispielsweise Drehkolbenpumpe oder Drehkolbenmotor, bestehend aus einem auf einer in einem Gehäuse gelagerten Welle angeordneten Drehkolben, der in einem von einem Zylindergehäuse umschlossenen Raum angeordnet ist und Drehkolbenelemente oder Druckelmente aufweist, die in vorgegebenen Winkelabständen um die Achse der Welle am Drehkolben vorgesehen und dicht gegen eine den Drehkolben umschließende Innenfläche des Zylindergehäuses anliegen, sowie mit wenigstens zwei Anschlüssen am Zylindergehäuse, zwischen denen im Inneren des Zylindergehäuses zwischen der dortigen Innenfläche und dem Drehkolben ein Arbeitsspalt oder Arbeitsraum gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenanordnung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Derartige Drehkolbenanordnung sind beispielsweise in Form von Pumpen für flüssige Medien, beispielsweise für hydraulischen Flüssigkeiten bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehkolbenanordnung aufzuzeigen, mit der auf einfache Weise eine Änderung des Volumen des Arbeitsraumes stufenlos möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Drehkolbenanordnung entsprechend dem Patentanspruch ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Drehkolbenanordnung ist beispielsweise eine Kolbenpumpe für ein flüssiges Medium, wobei dann durch Änderung des Volumens des Arbeitsraumes eine stufenlose Regelung des Förderstromes möglich ist.

Die erfindungsgemäße Drehkolbenanordnung ist beispielsweise auch ein Drehkolbenmotor, der über ein flüssiges Druckmedium angetrieben wird. Durch die stufenlose Änderung des Arbeitsraumes ist dann beispielsweise eine Anpassung an den dem Motor zugeführten Förderstrom möglich und zwar beispielsweise zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit und/oder des Drehmoments.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Drehkolbenpumpe gemäß der Erfindung im Schnitt, und zwar in einer Schnittebene senkrecht zur Achse der Welle dieser Pumpe;

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I der Fig. 1;

Fig. 3 in vereinfachter schematischer Darstellung einen regelbaren Hydraulik-Antrieb unter Verwendung der Drehkolbenpumpe der Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Antriebs, bei dem auch der Motor entsprechend der Drehkolbenpumpe der Fig. 1 und 2 ausgeführt ist.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Drehkolbenanordnung 1, die u. a. aus dem Gehäuse 2, aus der an dem Gehäuse 2 drehbar gelagerten Welle 3, dem an der Welle 3 vorgesehenen Drehkolben 4 und aus einem dieser Drehkolben 4 umschließenden Zylindergehäuse 5 besteht. Das Zylindergehäuse 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen von einem Ring gebildet, der zumindest an seiner Innenfläche 6, die die Achse der Welle 3 umschließt und parallel zu dieser Welle verläuft, einen leicht ovalen Querschnitt aufweist, und zwar derart, daß die Querschnittsachse mit der größeren Abmessung in einer Ebene E liegt, in der auch der Achse der Welle 3 angeordnet ist und die senkrecht zu Wandungen 7 des Gehäuses 2 liegt, zwischen denen das Zylindergehäuse 5 angeordnet ist und die unter Verwendung von Dichtungen 8 den Innenraum des Zylindergehäuses 5 nach außen hin dicht abschließen. In den Wandungen 7 sind auch die Lager 9 zum Lagern der Welle 3 vorgesehen.

Das Zylindergehäuse 6 ist durch eine Stelleinrichtung in einer Achse, die in der Ebene E liegt und radial zur Achse der Welle verläuft um einen vorgegebenen Hub (Doppfelpfeil A) relativ zu der Welle 3 bzw. dem Drehkolben 4 verstellbar, und zwar für die Einstellung beispielsweise der Förderleistung der als Pumpe arbeitenden Drehkolbenanordnung 1, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird. Die Verstelleinrichtung besteht bei der dargestellten Ausführungsform aus einer im Gehäuse 2 gelagerten Spindel 10, die mit einem Ende an dem Zylindergehäuse 5 angreift und am anderen Ende mit einem Handgriff 11 versehen ist, sowie aus einem Führungselement 12, welches der Spindel 10 gegenüberliegend zwischen dem Gehäuse 2 und dem Zylindergehäuse 5 wirkt und dieses für den Hub A führt.

Am Zylindergehäuse 5 sind weiterhin zwei Anschlüsse 13 und 14 vorgesehen, von denen beispielsweise der Anschluß 13 den Einlaß und der Anschluß 14 den Auslaß der Drehkolbenanordnung bilden. Die beiden Anschlüsse 13 und 14 befinden sich seitlich von einer gedachten Ebene E', die die Ebene E senkrecht schneidet und zwar derart, daß die Schnittlinie die Achse der Welle 3 ist. Im Detail befinden sich die beiden Aschlüsse 13 und 14 an der der Spindel 10 zugewandten Seite dieser Ebene E' und von dieser beabstandet.

Der Drehkolben 4 besteht aus mehreren radial zur Achse der Welle 3 angeordneten Lamellenpaketen 15, die radial zur Achse der Welle 3 verschiebbar in einem auf der Welle 3 angeordneten Kolbenkörper 16 vorgesehen sind und durch geeignete Federmittel mit ihren radial außenliegenden Ende gegen die Innenfläche 6 dicht angepreßt anliegen. Weiterhin sich die Lamellenpakete 15 bzw. deren Lamellen auch so ausgeführt, daß sie dicht an die Innenflächen der Gehäusewandungen 7 anliegen. Hierfür sind Ringfedern 17 vorgesehen, die zugleich auch mit einer entsprechenden Dichtung ausgeführt sind, um ein Abdichten der zwischen den Lamellenpaketen oder Druckschieber 15 gebildeten Bereiche des Drehkolbens 4 zur Mitte dieses Kolbens hin zu erreichen.

Die Lamellenpakete 15 sind weiterhin in vorgegebenen Winkelabständen um die Achse der Welle 3 verteilt vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Lamellenpaketen jeweils 60°. Auch eine andere Winkeleinteilung ist selbstverständlich möglich. Durch einen nicht dargestellten äußeren Antrieb wird der Drehkolben 4 beispielsweise in Richtung des Pfeiles B, d. h. bei der für die Fig. 1 gewählten Darstellung im Gegenuhrzeigersinn angetrieben.

In der Fig. 1 ist das Zylindergehäuse 6 in Bezug auf den Drehkolben 4 bzw. den kreiszylinderförmigen Kolbenkörper 16 so eingestellt, daß in Drehrichtung B in dem Bereich zwischen dem Anschluß 13 und dem Anschluß 14 kein Spalt oder Arbeitsraum zwischen dem Drehkolben 4 und der Innenfläche 6 des Zylindergehäuses 5 besteht, d. h. das Volumen des Zylinder- oder Arbeitsraumes praktisch Null ist, so daß bei dem Einsatz als Pumpe trotz umlaufender Drehkolben 4 kein Förderstrom vorliegt. Durch Drehen der Spindel 10 kann die Lage des Zylindergehäuses 5 so verändert werden, daß sich ein Arbeitsraum bzw. Arbeitsspalt in dem Bereich zwischen den Einlässen 13 und 14 zwischen dem Drehkolben 4 und der Innenfläche 6 des Zylindergehäuses 5 und damit ein Arbeits- oder Zylinderraum für die Drehkolbenanordnung 1 ergibt. Über die Spindel 10 ist also durch das Verschieben des Zylindergehäuses 6 in der Ebene E und in einer Achsrichtung senkrecht zur Ebene E' und damit quer zum Arbeitsspalt eine stufenlose Einstellung oder Regelung des Förderstromes bzw. der Förderleistung möglich. Durch Änderung oder Umkehr der Drehrichtung der Welle 3 kann die Drehkolbenanordnung 1 auch so betrieben werden, daß der Anschluß 14 den Einlaß und der Anschluß 13 den Auslaß dieser Pumpe bilden.

Weiterhin kann die Drehkolbenanordnung 1 auch als Drehkolbenmotor oder Hydraulikmotor verwendet werden, wobei über die Spindel 10 wiederum das Volumen des Arbeitsraumes zwischen den beiden Einlässen 13 und 14 stufenlos verstellbar ist, und zwar beispielsweise zur Anpassung an eine vorgeschaltete Hydraulik-Pumpe usw.

Die erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe kann beispielsweise in Verbindung mit einem Hydraulikmotor in einem stufenlos geregelten Getriebe verwendet werden.

Die Fig. 3 zeigt eine derartige Getriebeanordnung, die in dieser Figur allgemein mit 18 bezeichnet ist und eine Eingangswelle 19 sowie eine Ausgangswelle 20 aufweist.

An der Eingangswelle 19 ist über eine Festkupplung, die nur bei Arbeiten an der Getriebeanordnung oder Brennkraftmaschine gelöst wird, an die Welle 3 der Drehkolbenanordnung 1 angeschlossen, die als Pumpe 21 betrieben wird. Weiterhin wird von der Welle 19 auch ein Fliehkraftregler 22 angesteuert, der so ausgebildet und eingestellt ist, daß dieser Regler 22 erst ab einer bestimmten Drehzahl der Eingangswelle 19 über ein Gestänge 23 einen Hydraulikzylinder 24 betätigt, über den hydraulisch ein Stellzylinder 25 in Abhängigkeit von dem Zustand des Fliehkraftreglers betätigt wird, und zwar zur Steuerung des Förderstromes der Drehkolbenpumpe 21, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der Spindel 10 für die Drehkolbenanordnung 1 beschrieben wurde, d. h. der Stellzylinder 25 weist bei dieser Ausführung die Funktion der Spindel 10 auf. Der Anschluß 13 der Drehkolbenpumpe 21 ist mit einem Tank 26 für die hydraulische Flüssigkeit (z. B. Hydrauliköl) verbunden, in dem auch der Hydraulikzylinder 24 und der Stellzylinder 25 angeordnet sind. Der Anschluß 14 führt über einen Umschaltventil 24 an einen Hydraulikmotor 28, der als Drehkolbenmotor ausgebildet ist und dessen Welle die Ausgangswelle 20 der Getriebeanordnung 18 ist. Über das Umschaltventil 27 kann die Drehrichtung des Hydraulikmotors 28 und damit der Ausgangswelle 20 geändert werden.

Die Anordnung ist so getroffen, daß bis zu einer vorgegebenen unteren Drehzahl der Eingangswelle 19 die Getriebeanordnung 18 in dem in der Fig. 3 dargestellten Zusand verbleibt, d. h. das Zylindergehäuse 5 der Drehkolbenpumpe 21 ist relativ zu dem Drehkolben 4 derart angeordnet, daß das Volumen des Arbeitsraumes bzw. Arbeitsspaltes zwischen den Anschlüssen 13 und 14 praktisch Null ist und die Drehkolbenpumpe 21 somit keine Förderleistung hat, so daß auch der Drehkolbenmotor 28 nicht umläuft. Ab einer bestimmten, diese, Schwell-Drehzahl übersteigenden Drehzahl wird über den Fliehkraftregler 22 und den Hydraulikzylinder 23 der Stellzylinder 24 derart betätigt, daß durch Relativbewegung des Zylindergehäuses 5 zu dem Drehkolben 4 zwischen den Anschlüssen 13 und 14 ein Arbeitsraum oder Arbeitsspalt gebildet ist, dessen Volumen mit Zunahme der Drehzahl der Eingangswelle 19 zunimmt, so daß sich ein von der Drehzahl der Eingangswelle abhängiger Förderstrom an dem Drehkolbenmotor 28 ergibt. Der Drehkolbenmotor 28 besitzt einen Arbeitsraum bzw. Arbeitsspalt 29 mit festem Volumen.

Bereits ein geringer Förderstrom der Drehkolbenpumpe 21 bewirkt am Drehkolben des Drehkolbenmotors 28 zwar eine kleine Drehzahl aber ein hohes Drehmoment an der Ausgangswelle 20.

Bei einer maximalen Drehzahl an der Eingangswelle 19 weist die Drehkolbenpumpe 1 dann ihre maximale Förderleistung auf, so daß das Verhältnis der Drehzahlen der Wellen 19 und 20 dann von dem maximalen Verhältnis des Volumens des Arbeitsraumes der Drehkolbenpumpe 21 und des Arbeitsraumes 29 abhängig ist und außerdem nahezu das volle, an der Welle 19 anliegende Drehmoment an der Welle 20 zur Verfügung steht.

Das Volumenverhältnis wird beispielsweise so eingestellt, daß das Volumen des Arbeitsraumes der Drehkolbenpumpe bei maximaler Förderleistung größer ist als das Volumen des Arbeitsraumes 29 und dieses Verhältnis beispielsweise 1,7 : 1 beträgt, so daß beispielsweise bei einer Drehzahl der Welle 19 von 3500 min^-1 die Drehzahl der Welle 20 etwa 5950 min^-1 beträgt. Das effektive Volumen des Arbeitsraumes 29 des Drehkolbenmotors 28 kann durch die Anzahl der dortigen Lamellenpakete sowie durch die Anzahl der Lamellen je Lamellenpaket optimal festgelegt werden.

Die Fig. 4 zeigt in einer Darstellung wie Fig. 3 als weitere Ausführung eine Getriebeanordnung 18a, die sich von der Getriebeanordnung 18 der Fig. 3 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß als Drehkolbenmotor 28a ebenfalls eine Drehkolbeneinrichtung 1 entsprechend den Fig. 1 und 2 verwendet ist, und zwar mit einem weiteren Stellzylinder 25a, der den Arbeitsraum 29a in Abhängigkeit von dem Zustand des Fliekraftreglers 22 und damit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Eingangswelle steuert, und zwar beispielsweise derart, daß mit einer Vergrößerung des Fördervolumens der Drehkolbenpumpe 21 auch das Volumen des Arbeitsraumes 29a zunimmt.

Mit 30 ist noch eine Kühleinrichtung bezeichnet, die zum Kühlen der hydraulischen Flüssigkeit in dem Tank 26 dient und beispielsweise von einer Anordnung von Pelti- Elementen gebildet ist.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß Abwandlungen und Änderungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1

Drehkolbenanordnung

2

Gehäuse

3

Welle

4

Drehkolben

5

Zylindergehäuse

6

Innenfläche

7

Gehäusewandung

8

Dichtung

9

Lager

10

Stellglied bzw. Spindel

11

Handhebel

12

gefederte Führung

13

,

14

Anschluß

15

Lamellenpaket

16

Kolbenkörper

17

Ringfeder und Dichtung

18

,

18

a Getriebeanordnung

19

Eingangswelle

20

Ausgangswelle

21

Drehkolbenpumpe

22

Fliehkraftregler

23

Gestänge

24

Hydraulikzylinder

25

,

25

a Stellzylinder

26

Tank

27

Umschaltventil

28

,

28

a Drehkolbenmotor

29

,

29

a Arbeitsraum

30

Kühler

Claims (10)

1. Drehkolbenanordnung, beispielsweise Drehkolbenpumpe oder Drehkolbenmotor, bestehend aus einem auf einer in einem Gehäuse (2) gelagerten Welle (3) angeordneten Drehkolben (4), der in einem von einem Zylindergehäuse (5) umschlossenen Raum angeordnet ist und Drehkolbenelemente oder Druckelemente (15) aufweist, die in vorgegebenen Winkelabständen um die Achse der Welle (3) am Drehkolben (4) vorgesehen und dicht gegen eine den Drehkolben (4) umschließende Innenfläche (6) des Zylindergehäuses (5) anliegen, sowie mit wenigstens zwei Anschlüssen (13, 14) am Zylindergehäuse (5), zwischen denen im Inneren des Zylindergehäuses (5) zwischen der dortigen Innenfläche (6) und dem Drehkolben (4) einen Arbeitsspalt oder Arbeitsraum gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Volumens des Arbeitsraumes das Zylindergehäuse (5) und der Drehkolben (4) relativ zu einander einstellbar sind.

2. Drehkolbenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (5) und der Drehkolben (4) in einer Achsrichtung radial zur Drehachse der Welle (3) relativ zu einander einstellbar sind.

3. Drehkolbenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (5) und der Drehkolben (4) in einer Achsrichtung senkrecht oder quer zum Arbeitsspalt relativ zu einander einstellbar sind.

4. Drehkolbenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Volumens des Arbeitsraumes das Zylindergehäuse (5) relativ zu dem Drehkolben (4) in einer Achsrichtung radial zur Drehachse der Welle (3) einstellbar ist.

5. Drehkolbenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (5) einen Innenraum mit einem ovalen Querschnitt bildet.

6. Drehkolbenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (6) des Zylindergehäuses (5) an zwei, sich in Richtung der größeren Querschnittsachse gegenüberliegenden Seiten kreisyzlinderförmig konkav gekrümmt ist, und zwar mit einem Krümmungsradius, der gleich oder in etwa gleich dem Radius der Außenfläche eines die Kolbenelemente (15) tragenden kreiszylinderförmigen Kolbenkörpers (16) ist.

7. Drehkolbenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Drehkolbenpumpe (21) mit veränderbaren Fördervolumen in einer hydraulischen Getriebeanordnung (18) ist.

8. Drehkolbenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Drehkolbenmotor (28a) mit veränderbarem Arbeitsraum (29a) in einer hydraulischen Getriebeanordnung (18a) ist, wobei die hydraulische Getriebeanordnung wenigstens eine Pumpe, vorzugsweise eine Drehkolbenpumpe (21) zum Antrieb des Drehkolbenmotors (28a) aufweist.

9. Drehkolbenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zwischen den Anschlüssen (13, 14) gebildeten Arbeitsraums vorzugsweise über einen Fliehkraftregler (22) in Abhängigkeit von der Drehzahl einer Eingangswelle (19) steuerbar ist.

10. Drehkolbenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Arbeitsraumes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle (3) des Drehkolbens (4) steuerbar ist.