DE202015104079U1

DE202015104079U1 - Vorrichtung zur Durchflussveränderung eines Arbeitsmediums einer Kraftmaschine

Info

Publication number: DE202015104079U1
Application number: DE202015104079.2U
Authority: DE
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2016-11-07
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: DE202015104079U9

Abstract

Vorrichtung (1, 1‘, 1‘‘) zur Veränderung eines Zufluss zumindest eines Antriebsmediums zu zumindest einer Kraftmaschine (49, 49‘‘), umfassend zumindest ein mit zumindest einem rotierenden Element (9, 9‘‘) der Kraftmaschine (49, 49‘‘) in Wirkverbindung stehendes Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘), mittels dem der Zufluss zu der Kraftmaschine (49, 49‘‘) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘) zumindest ein den Zufluss direkt beeinflussendes Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) umfasst, wobei das Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘, 19, 19‘, 19‘‘) in einer im wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse (D, D‘, D‘‘) des rotierenden Elements (9, 9‘‘) verlaufenden ersten Ebene bewegbar gelagert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung eines Zufluss zumindest eines Antriebsmediums zu zumindest einer Kraftmaschine, umfassend zumindest ein mit zumindest einem rotierenden Element der Kraftmaschine in Wirkverbindung stehendes Beeinflussungselement, mittels dem der Zufluss zu der Kraftmaschine veränderbar ist.
Aus dem Stand der Technik sind derartige gattungsgemäße Vorrichtungen zum Regeln des Durchsatzes eines Fluidstroms, der geeignet ist, einen mit einer Welle verbundene Kraftmaschine anzutreiben, bekannt. Eine gattungsgemäße Vorrichtung wird beispielsweise von der DE 21 48 822 offenbart.
Dort ist der grundsätzliche Aufbau einer solchen Vorrichtung beschrieben. Zur Sicherung gegen Überdrehzahl von Kraftmaschinen, insbesondere von Dampf- oder Gasturbinen, wird vorgeschlagen, dass eine Brennkammer oder ein Düsenkasten der Turbine über eine Verbindungsleitung mit einer Arbeitsmittelquelle verbunden ist und innerhalb einer radialen Bohrung einer Maschinenwelle ein Fliehkraftkörper gebildet ist. In dem Fall, wenn eine vorgegebene Überdrehzahl der Maschinenwelle erreicht ist, wird ein Steuerkolben durch die auftretenden Fliehkräfte gegen die Vorspannung einer Feder nach außen getrieben, und so ein Signal in einer Signalleitung zu einem Sicherheitsventil verändert. Mittels des zwischen Turbine und Arbeitsmittelquelle angeordneten Sicherheitsventils wird die Arbeitsmittelzufuhr zur Turbine gesperrt.
Damit weist die Vorrichtung jedoch einen konstruktiv komplizierten Aufbau auf, insbesondere dass die Regelschleife unter Zuhilfenahme von Druckluft sowie eines zweiten Sicherheitsventils innerhalb eines komplexen Aufbaus erfolgt. So müssen zahlreiche Komponenten aufeinander abgestimmt werden und die Ausfallsicherheit ist aufgrund der großen Anzahl von Einzelkomponenten verringert. Ferner erlaubt die gattungsgemäße Vorrichtung lediglich eine digitale Steuerung der Betriebsmittelzufuhr, nämlich „ein/aus“.
Weiter ist in der DE 2011 746 im Zusammenhang mit einem hydrostatischen Antrieb eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, bei der zum Einhalten einer bestimmten Drehzahl an der Antriebswelle des Hydromotors ein Drehzahlmessgerät, z. B. ein Fliehkraftregler, angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Drehzahl und über diverse Steuerventile wird die Fördermenge der Pumpe so verändert, dass die Antriebsdrehzahl konstant gehalten wird.
Eine solche Vorrichtung ist jedoch teuer und, insbesondere wenn die konstant zu haltende Antriebsdrehzahl niedrig ist, wird die Drehzahl als nur ungenau einzuhalten beschrieben, da Fliehkraftregler demnach in diesem Bereich instabil und ungenau arbeiten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Vorrichtung derartig weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere soll ein kompakter und damit fehlerunanfälliger Aufbau erreicht werden, um den Fluidstrom zum Betrieb eines Hydromotors in Abhängigkeit von der Drehzahl des Hydromotors, vorzugsweise im wesentlichen stufenlos, regeln zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Beeinflussungselement zumindest ein den Zufluss direkt beeinflussendes Schiebeelement umfasst, wobei das Schiebeelement in einer im wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des rotierenden Elements verlaufenden ersten Ebene bewegbar gelagert ist.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Kraftmaschine zumindest einen Antrieb, zumindest einen Motor und/oder zumindest einen Hydromotor umfasst und/oder das Antriebsmedium zumindest teilweise ein Fluid, Wasser, zumindest eine Hydraulikflüssigkeit und/oder Öl umfasst.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Element zumindest eine Welle, insbesondere eine Ausgangswelle und/oder zumindest eine Antriebswelle, der Kraftmaschine umfasst und/oder das Beeinflussungselement mit dem rotierenden Element, vorzugsweise in zumindest eine erste Drehrichtung, drehmitnahmesicher verbunden ist, insbesondere unter Zwischenschaltung zumindest einer Getriebeeinrichtung und/oder einer Kupplungseinrichtung.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist besonders bevorzugt, dass in einer zu der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung eine Verbindung zwischen dem rotierenden Element und dem Beeinflussungselement gelöst ist.
Auch wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das Schiebeelement mittels zumindest einer Rückstelleinrichtung, vorzugsweise umfassend zumindest eine Federeinrichtung, wie eine Spiralfeder, Torsionsfeder, Elastomerfeder und/oder Blattfeder, in zumindest eine Position, vorzugsweise eine Position, in der der Zufluss zu der Arbeitsmaschine maximal ist, gezwungen ist, wobei die mittels der Rückstelleinrichtung insbesondere eine entgegen einer auf das Schiebeelement wirkende Zentrifugalkraft wirkende Rückstellkraft, insbesondere Zentripedalkraft, aufbaubar ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch gekennzeichnet sein durch zumindest ein das Beeinflussungselement zumindest teilweise aufnehmendes erstes Gehäuse, wobei das Beeinflussungselement relativ zu dem ersten Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei das erste Gehäuse vorzugsweise ortsfest relativ zu der Kraftmaschine gelagert ist und/oder zumindest bereichsweise von dieser umfasst ist.
Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das erste Gehäuse zumindest eine Zuflussöffnung für das Arbeitsmedium und/oder zumindest eine Abflussöffnung für das Arbeitsmedium umfasst, wobei mittels des Schiebeelements eine Verbindung zwischen der Zuflussöffnung und der Abflussöffnung zumindest teilweise öffnenbar und schließbar ist.
Die vorgenannte Vorrichtung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass das Beeinflussungselement zumindest einen Ventilsitz umfasst und das Schiebeelement zumindest einen Ventilgliedbereich aufweist, wobei der Ventilsitz mittels des Ventilgliedbereichs zumindest bereichsweise überdeckbar ist.
Weiterhin ist besonders bevorzugt, dass das Schiebeelement zumindest ein Leichtbaumaterial, vorzugsweise zumindest einen Kunststoff, zumindest ein Verbundmaterial, zumindest ein Glasfaserverbundmaterial, zumindest ein Kohlenstofffaserverbundmaterial und/oder zumindest ein Leichtmetall umfasst und/oder das Schiebeelement zumindest eine Verbindungseinrichtung zur, insbesondere lösbaren und/oder austauschbaren, Verbindung mit zumindest einem Masseelement umfasst.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch zumindest ein zumindest bereichsweise von dem Beeinflussungselement umfasstes zweites Gehäuse, wobei vorzugsweise das Schiebeelement zumindest bereichsweise in dem zweiten Gehäuse aufgenommen ist, und/oder das zweite Gehäuse zumindest bereichsweise in dem ersten Gehäuse und /oder drehbar relativ zu dem ersten Gehäuse gelagert ist.
Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, dass zumindest zwei Schiebeelemente, vorzugsweise eine Mehrzahl von Schiebeelementen, vorgesehen ist, wobei die Schiebeelemente vorzugsweise rotationssymmetrisch um einen Umfang des Beeinflussungselements angeordnet sind.
Besonders bevorzugt ist, dass der Ventilsitz im wesentlichen koaxial zu der Drehachse des rotierenden Elements angeordnet ist, wobei vorzugsweise mittels jedes Ventilgliedbereichs des jeweiligen Schiebeelementes jeweils ein Teilbereich des Ventilsitzes überdeckbar ist, insbesondere durch die Kombination aller Ventilgliedbereiche eine vollständige Überdeckung des Ventilsitzes erzielbar ist.
Alternativ zu der vorgenannten Ausführungsform kann eine Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass der Ventilsitz nach radial Außen versetzt relativ zu der Drehachse des rotierenden Elements angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Vielzahl von Ventilsitzen vorgesehen ist, wobei jedem Ventilsitz zumindest ein Schiebeelement zugeordnet ist, insbesondere mittels des jeweiligen Schiebeelements eine Überdeckung des zugeordneten Ventilsitz erreichbar ist und/oder die Ventilsitze rotationssymmetrisch um den Umfang des Beeinflussungselements angeordnet sind.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch zumindest eine Kopplungseinrichtung, mittels der eine Bewegung zumindest zweier, vorzugsweise aller Schiebeelemente, gekoppelt ist, insbesondere die Schiebeelemente mittels der Kopplungseinrichtung synchron in der ersten Ebene, insbesondere in die radiale Richtung der Drehachse, bewegbar sind.
Bei der vorgenannten Ausführungsform ist besonders bevorzugt, dass die Kopplungseinrichtung zumindest ein Zahnrad, zumindest ein Gestänge, zumindest einen Zug und/oder zumindest eine Kette umfasst.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Kopplungseinrichtung zumindest eine erste Verbindungseinrichtung und die Schiebeelemente zumindest eine, vorzugsweise zu der ersten Verbindungseinrichtung komplementäre, zweite Verbindungseinrichtung umfassen, wobei vorzugsweise die erste Verbindungseinrichtung und/oder die zweite Verbindungseinrichtung zumindest ein Gewinde und/oder zumindest eine Verzahnung umfasst.
Schließlich liefert die Erfindung eine Kraftmaschine, insbesondere Hydromotor, zur Verwendung in und/oder umfasst von zumindest einem Automobil und/oder Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß des erfindungsgemäßen Lösungsansatzes wird also die zuvor angeführte Aufgabe bezüglich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass wenigstens ein Schiebeelement in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Kraftmaschine und der dadurch auf das Schiebeelement wirkenden Fliehkraft bzw. Zentrifugalkraft radial nach außen ausgelenkt wird, um unmittelbar den Durchsatz des Antriebsmediums bzw. Fluidstroms zu der Kraftmaschine zu verändern. Es wird also mit einem selbstregelnden, zuverlässig arbeitenden Mechanismus eine direkte Beeinflussung des Zufluss des Antriebsmediums zu der Kraftmaschine erreicht.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass durch Einsatz eines Schiebeelements, das abhängig von seiner Position den Durchsatz des Arbeitsmediumds festlegt und auf das die Fliehkräfte in Abhängigkeit von der Drehzahl wirken, die Kompaktheit der Vorrichtung gesteigert werden kann und gleichzeitig ein einfacher und dennoch sehr wirkungsvoller und zuverlässiger, selbstregelnder Mechanismus des Durchsatzes eines Antriebsmediums erreicht werden kann. Dies führt dazu, dass das Regeln des Durchsatzes eines Antriebsmediums mit einer Vorrichtung realisiert werden kann, die nur eine geringe Komponentenanzahl aufweist, und damit kostengünstig herstellbar ist, weniger einem Verschleiß unterworfene Teile aufweist, und einhergehend damit langlebiger und günstiger in der Wartung ist. Durch den selbstregelnden Mechanismus entfällt zudem die Notwendigkeit, zahlreiche, mitunter auch verschiedene Systemkomponenten in einem aufwendigen Prozess aufeinander abstimmen zu müssen. Dadurch ist das Gesamtsystem deutlich weniger störanfällig sowie einfacher und günstiger sowohl in der Inbetriebnahme wie auch im laufenden Einsatz.
Dies macht die Vorrichtung besonders geeignet, um den Einfluss von großen temperaturabhängigen Viskositätsunterschieden des Antriebsmediums sowie unterschiedlicher Drücke mit damit einhergehenden unterschiedlichen Volumenströmen infolge unterschiedlicher Druckzustände, die von einer Pumpe zur Förderung des Arbeitsmodus erzeugt werden, in Abhängigkeit von einer Drehzahl zu kompensieren.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Lösungsansatz wird vorgeschlagen, dass das den Durchsatz des Antriebsmediums regelnde Element durch ein mitrotierendes Schiebeelement realisiert wird. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Kontrollelementen, welche über eine komplizierte Rückkopplungsschleife, welche ihrerseits mit mechanischen, pneumatischen und/oder elektronischen Komponenten erfolgt, das Antriebsmedium beeinflussen, sieht der erfindungsgemäße Lösungsansatz vor, dass sich das Schiebeelement im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Flussrichtung des Arbeitsmechanismus radial geführt bewegt und durch die Position des Schiebeelements der Volumenstrom bzw. Zufluss unmittelbar verändert wird. Indem das Schiebeelement in direkter Wirkverbindung mit einem rotierenden Element der Kraftmaschine, insbesondere einer von dieser angetriebenen Welle steht, wirkt auf das Schiebeelement, das innerhalb eines Beeinflussungselements angeordnet ist, die durch die Rotationsbewegung der Kraftmaschine verursachte Fliehkraft.
Ferner kann das Schiebeelement von einem Rückstellelement vorgespannt sein, so dass die Position des Schiebeelements durch die Stärke der Auslenkung bestimmt ist, die sich für genau die Position ergibt, in der die auf das Schiebeelement wirkende Zentrifugal- bzw. Fliehkraft dem Betrage nach gleich der auf das Schiebeelement wirkende Zentrifugal- bzw. Rückstellkraft, insbesondere Federkraft, ist. Abhängig von der Drehzahl des Hydromotors und der sich damit einstellenden Auslenkung des Schiebeelements wird ein für die Auslenkung charakteristischer Volumenstrom des Antriebsmediums durch das Beeinflussungselement dadurch eingestellt, dass von einer maximalen Durchtrittsfläche eines Ventilsitzes im unausgelenkten Zustand bei Abwesenheit einer Fliehkraft eine durch die radiale Auslenkung des Schiebeelements bestimmt tatsächlich Durchtrittsfläche verbleibt, indem der Ventilsitz zumindest teilweise von einem Ventilgliedbereich des Schiebeelementes überdeckt wird. Durch Abstimmung des die Vorspannung aufbauenden Rückstellelements kann das Ansprechverhalten des Schiebeelements auf die Fliehkräfte und damit schlussendlich auf die Drehzahl eingestellt und somit eine Regelung des Volumenstroms in Abhängigkeit der Drehzahl je nach Wunsch erreicht werden.
Das Beeinflussungselement kann mit einer Vielzahl von rotierenden Elementen der Kraftmaschine verbunden sein. So kann es sich einerseits um die Antriebswelle der Kraftmaschine selber handeln, aber auch um ein rotierendes Element, welches zumindest indirekt mit der Antriebswelle der Kraftmaschine in Wirkverbindung steht. Je nach Abhängigkeit der durch die Kraftmaschine erzeugten Drehzahlen kann vorgesehen sein, dass das Beeinflussungselement über eine Getriebeeinrichtung und/oder eine Kupplungseinrichtung mit dem rotierenden Element verbunden ist. So kann die auf das Beeinflussungselement, insbesondere Schiebeelement, wirkende Fliehkraft durch eine entsprechende Unter- bzw. Übersetzung in einem gewünschten Bereich eingestellt werden. Auch kann die Kupplungseinrichtung so ausgebildet sein, dass eine Drehmitnahme nur in einer ersten Drehrichtung des rotierenden Elements erfolgt, während in die entgegengesetzte, zweite Drehrichtung eine Drehmitnahme nicht erfolgt. So kann in die zweite Drehrichtung ein Antrieb der Kraftmaschine ohne eine Beeinflussung durch eine Veränderung der Durchflussmenge des Antriebsmediums durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht werden.
Vorzugsweise wird das Beeinflussungselement zumindest teilweise in einem Gehäuse aufgenommen. Dieses Gehäuse kann insbesondere ortsfest relativ zu der Kraftmaschine, insbesondere einem Gehäuse der Kraftmaschine, angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass keine rotierenden Teile nach außen exponiert sind, was ansonsten zu einer Fehlfunktion aufgrund eines Verfangens des rotierenden Bauteils in einer anliegenden Struktur führen könnte. Auch kann so ein Verletzungsrisiko deutlich reduziert werden. Darüber hinaus bietet die Verwendung eines Gehäuses den Vorteil, dass mittels des Gehäuses entsprechende Zulauf- bzw. Ablauföffnungen für das Arbeitsmedium bereitgestellt werden können. Aufgrund der ortsfesten Anordnung des Gehäuses können die Zulauf- und Ablauföffnungen über entsprechende Verbindungsleitungen mit einer Arbeitsmittelpumpe bzw. einem Eingang bzw. Ausgang der Kraftmaschine verbunden werden. Auch kann durch das Gehäuse selber der entsprechende Ventilsitz bzw. entsprechende Ventilsitze für das Beeinflussungselement bzw. Schiebeelement bereitgestellt werden.
Grundsätzlich kann ein entsprechender Ventilsitz koaxial zu der Drehachse des rotierenden Elements angeordnet sein. Durch die Verschiebung des Schiebeelements und der Fliehkräfte kann dann ein als Ventilglied wirkender Bereich des Schiebeelements den Ventilsitz verschließen, zumindest überdecken. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein entsprechender Ventilsitz radial nach Außen versetzt zu der Drehachse des rotierenden Elementes angeordnet ist und so ein radial außen an den Schiebeelement liegender Ventilgliedbereich ein Verschließen des Ventilsitzes bewirken kann.
Das Verbindungselement ermöglicht insbesondere, dass unterschiedliche Masseelemente mit dem Schiebeelement verbunden werden können. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung modular aufgebaut werden, also unterschiedliche Masseelemente mit dem Schiebeelement verbunden werden. Dies ermöglicht es, dass ein und das selbe Schiebeelement in mit unterschiedlichen Drehzahlen drehenden Kraftmaschinen eingesetzt werden kann. Wird beispielsweise eine niedrigdrehende Kraftmaschine mit der Vorrichtung verbunden so können Masseelemente mit vergleichsweise hohen Massen eingesetzt werden um schon bei bereits geringen Drehzahlen eine Beeinflussung des Zuflusses des Arbeitsmediums erreichen zu können.
Bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein Schiebeelement, das im wesentlichen zwei besonders ausgezeichnete Bereiche aufweist. Ein erster Bereich des Schiebeelements weist ein Verbindungselement auf. Das Verbindungselement erlaubt die Befestigung eines Masseelements. Das Masseelement ist insbesondere radial nach Außen versetzt zu der Drehachse des Schiebeelements in einer Ausgangsposition des Schiebeelements angeordnet sein, so dass an diesem die Fliehkraft besonders effektiv angreifen und für eine zunehmende Drehzahl das gesamte Schiebeelement im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Flussrichtung des Fluidstroms radial nach außen gelenkt werden kann. Es stellt sich auch so ein Kräftegleichgewicht zwischen der insbesondere an diesem ersten Bereich des Schiebeelements angreifenden Fliehkraft einerseits und der entgegengesetzt wirkenden Rückstellkraft ein. Für eine abnehmende Drehzahl und infolgedessen auch eine abnehmende, insbesondere an diesem ersten Bereich des Schiebeelements angreifende, Fliehkraft, wird das Schiebeelement entsprechend so lange radial nach innen gelenkt, bis wieder ein Gleichgewicht zwischen der angreifenden Fliehkraft einerseits und der entgegengesetzt wirkenden Rückstellkraft andererseits besteht.
Ein zweiter Bereich des Schiebeelements wirkt als Ventilgliedbereich für den Ventilsitz wobei abhängig von der radialen Auslenkung des Schiebeelements jeweils durch den zweiten Bereich des Schiebeelements eine veränderbare Überdeckung des Ventilsitzes erzeugt wird.
Insbesondere kann eine Vielzahl von Schiebelementen, vorzugsweise zwei, insbesondere identische, zumindest symmetrische Schiebeelemente, von denen eines um 180° relativ zu dem anderen eingesetzt wird, vorhanden sein. Die Schiebelemente können in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Vorzugsweise greifen sie mit ihren zweiten Bereichen zumindest bereichsweise ineinander und/oder die zweiten Bereiche erlauben im unausgelenkten Zustand der Schiebeelemente einen maximalen Durchfluss für das Antriebsmediums, indem die Schiebeelemente jeweils gegen die Rückstellkraft der Feder gleichermaßen radial in entgegengesetzte Richtungen nach außen gelenkt werden. So nähern sich die beiden zweiten Bereiche in gleichem Maße an, einhergehend mit einer Zunahme der Überdeckung des Ventilsitz und damit einer Abnahme der Durchflussfläche für das Antriebsmedium.
Der Vorteil der Verwendung mehrerer Schiebeelemente liegt insbesondere darin, dass so ein symmetrischer Aufbau der Vorrichtung realisiert werden kann. Insbesondere ist eine Steigerung der Symmetrie für die rotierenden Teile der Vorrichtung erreicht, wodurch unerwünschte bzw. nachteilige Unwuchteffekte reduziert werden können.
Vorzugsweise lässt sich dadurch ein symmetrischer Aufbau erreichen. Bevorzugt berühren sich bei vollständig unterbundenem, also gesperrten, Antriebsmedium die beiden zumindest bereichsweise ineinander greifenden zweiten Bereiche bereichsweise flächig, wodurch ein kraftschlüssiger Verschluss in die eine und ein formschlüssiger Nut-Feder-Verschluss in die Richtung senkrecht dazu realisierbar ist. Dies erlaubt eine sichere Regulierung des Medium-Durchsatzes. Damit kann im Vergleich zum Stand der Technik eine kontinuierliche Variation des Durchsatzes des Antriebsmediums realisiert werden und dabei ein kompakter in Wirkverbindung mit der Antriebswelle stehender Aufbau des Drosselelements erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest zwei, vorzugsweise alle Schiebeelemente mittels einer Kopplungseinrichtung gekoppelt sind. Diese Kopplung bewirkt insbesondere, dass die Schiebeelemente synchron, insbesondere in gleichem Umfang, in radialer Richtung der Drehachse bewegt werden. Dadurch ist es möglich, dass Toleranzen der Rückstelleinrichtungen bzw. Federn ausgeglichen werden können. Diese können ansonsten dazu führen, dass die Schiebeelemente nicht synchron nach radial außen aufgrund der Fliehkräfte bewegt werden bzw. nicht synchron durch die mittels der Rückstelleinrichtung aufgebaute Rückstellkraft synchron nach radial innen bewegt werden. Eine solche nicht synchrone Bewegung kann zu ungewollten Unwuchten führen. Auch können auf diese Weise Bewegungen der Schiebeelemente relativ zueinander in eine tangentiale Richtung des Umfangs der Drehachse relativ zueinander vermieden, zumindest reduziert werden. Auch solche Bewegungen können zu Unwuchten führen.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Kopplungseinrichtung in Form eines Koppelzahnrades, welches insbesondere im Bereich des Ventilsitzes angeordnet ist und eine entsprechende Durchlassöffnung aufweist, erwiesen. Durch komplementäre Linearverzahnungen an den Schiebeelementen können diese synchron bewegt werden, insbesondere führt eine Drehung des Kopplungszahnrades zu einer synchronen Bewegung der Schiebeelemente nach radial außen bzw. radial innen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind.
Dabei zeigt:
1a eine schematische Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in vollständig geöffnetem Zustand;
1b eine schematische Schrägansicht der Vorrichtung der 1a;
2 eine schematische Seitenansicht des Beeinflussungselements in Rotation befindlichen Teile der in den 1a und 1b dargestellten Vorrichtung;
3 eine schematische Querschnittansicht der Vorrichtung der 1a bis 2 in vollständig geschlossenem Zustand;
4 eine Aufsicht auf das Beeinflussungselement in vollständig geöffneten Zustand;
5 eine Aufsicht gemäß 4 in vollständig geschlossenem Zustand;
6 eine Detailansicht auf die zwei Schiebeelemente des Beeinflussungselements der 4 und 5, zusammen mit den beiden jeweils die Schiebeelemente vorspannenden Rückstellelementen;
7 eine perspektivische Aufsicht auf eine Kraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
8 eine Aufsicht auf ein Beeinflussungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine schematische Querschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung in Form einer insbesondere teilweise in eine Kraftmaschine integrierte Vorrichtung;
10a eine Querschnittansicht der Ausführungsform der 9 aus Richtung A in 9 in einem geöffneten Zustand des Ventilsitzes;
10b eine Aufsicht auf das Beeinflussungselement der Vorrichtung der 9 und 10a aus Richtung B in 10a;
10c eine Aufsicht auf die Beeinflussungseinrichtung der Ausführungsform der 9 bis 10b aus Richtung C in 10a;
11a eine Querschnittansicht gemäß der 10a in geschlossenem Zustand des Ventilsitzes;
11b eine Aufsicht gemäß der 10b in geschlossenem Zustand des Ventilsitzes;
11c eine Aufsicht gemäß der 10c in geschlossenem Zustand des Ventilsitzes; und
12 eine Aufsicht auf die Ausführungsform gemäß den 9 bis 11c aus Richtung E in 9, allerdings nach Entfernung des Gehäuses 3‘‘.
1a zeigt eine schematische Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 weist ein in einem ersten Gehäuse 3 aufgenommenes Beeinflussungselement 5 auf. Das Beeinflussungselement 5 umfasst ein zweites Gehäuse 7. Dieses zweite Gehäuse 7 ist an seiner Oberseite mit einem rotierenden Element in Form einer Antriebswelle 9 einer in 1 nicht dargestellten Kraftmaschine, insbesondere Hydromotor, drehmitnahmesicher verbunden. Diese Antriebswelle 9 ist ihrerseits mit dem hinsichtlich seiner Drehzahl zu regelnden Hydromotor verbunden und wird von diesem um eine Drehachse D in Rotation versetzt. Die Vorrichtung 1 ist über eine Zuflussöffnung 11 und eine Abflussöffnung 13 in den Kreislauf des Arbeitsmediums, insbesondere Hydrauliköl, des Hydromotors integriert. Bei nicht vollständig geschlossener zentraler Zuflussöffnung 11 fließt das Fluid durch die Zuflussöffnung 11 in das Beeinflussungselement 5 und tritt an der Abflussöffnung 13 wieder aus.
Ein unterer Bereich des Gehäuses 7 bildet einen Ventilsitz 15 aus. Der Ventilsitz 15 kann, wie im Nachfolgenden ausführlich beschrieben, mittels in dem Gehäuse 7 angeordneten Schiebelementen 17, 19 überdeckt und damit geöffnet bzw. geschlossen werden. In 1a und 1b ist die Vorrichtung 1 in einem geöffneten Zustand dargestellt, insbesondere überdecken die Schiebeelemente 17, 19 den Ventilsitz 15 nicht. Dies bewirkt, dass das Arbeitsmedium durch die Zuflussöffnung 11 durch den Ventilsitz 15, über Öffnungen 21, die in dem Gehäuse 7 ausgebildet sind, und einen Zwischenraum 23 in die Abflussöffnung 13 fließen kann.
In 1b ist eine schematische Querschnittansicht der Vorrichtung 1 dargestellt.
In 2 ist eine perspektivische Aufsicht auf das Beeinflussungselement 5 bei Weglassen des Gehäuses 3 dargestellt. Insbesondere sind in der 3 die Zwischenöffnungen 21 erkennbar.
In den 1a bis 2 ist die Vorrichtung 1 in einem Zustand dargestellt, in der die Antriebswelle 9 stillsteht bzw. mit einer geringen Drehzahl um die Drehachse D dreht.
Wird die Drehzahl der Welle 9 um die Achse D erhöht, wird die Vorrichtung 1 in den in 3 dargestellten Zustand überführt. Wie nachfolgend erläutert, bewirkt die Erhöhung der Drehzahl, dass erhöhte Flieh- bzw. Zentrifugalkräfte auf die Schiebeelemente 17, 19 wirken, so dass insbesondere zweite Bereiche 25, 27 der Schiebeelemente 17, 19 nach radial außen bewegt werden. In den Bereichen 25, 27 sind insbesondere Masseelemente 29, 31 angeordnet.
Vorzugsweise umfassen die Schiebeelemente 17, 19 ein Kunststoffmaterial und zur Erhöhung der auf die Schiebeelemente 17, 19 wirkenden Fliehkräfte werden die Masseelemente 29, 31, die vorzugsweise ein Material mit hoher Dichte, wie Blei, umfassen, eingesetzt. Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, bewirkt die Bewegung der Schiebeelemente 17, 19, dass die ersten Bereiche 33, 35 der Schiebeelemente 17, 19, den Ventilsitz 15 im Wesentlichen vollständig bedecken. Somit wird ein Fluss des Arbeitsmediums von der Zuflussöffnung 11 zu der Abflussöffnung 13 vollständig unterbunden.
In den 4 bis 6 ist der konstruktive Aufbau des Beeinflussungselements 5 detaillierter dargestellt.
Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, umfasst das Beeinflussungselement 5 die Schiebeelemente 17, 19. Diese Schiebeelemente 17, 19 sind im wesentlichen identisch zueinander aufgebaut, sind jedoch um 180° versetzt zueinander in dem Beeinflussungselement 5 angeordnet. Sie sind jeweils als ineinander greifende Elemente, die einen C- bzw. U-förmige Querschnittform in der Ebene senkrecht zur Drehachse aufweisen, aufgebaut.
In der 4 sind die Schiebelemente 17, 19 in der Position, wie sie in den 1a und 1b dargestellt ist, zu sehen. Die ersten Bereiche 33, 35 der Schiebeelemente 17, 19 sind außerhalb des Ventilsitzes 15 angeordnet, geben diesen vollständig frei.
Mit anderen Worten, im ruhenden Ausgangszustand, d.h. bei nicht rotierender Welle 9, befinden sich die beiden Schiebeelemente 17, 19 derart zueinander, dass der innere Bereich des jeweiligen Bereichs 25, 27 des einen Schiebeelements mit dem äußeren Bereich des jeweiligen Bereichs 33, 35 des anderen Schiebelements flächig in Kontakt steht. In dieser Stellung der beiden Schiebeelemente 17, 19 ist der Ventilsitz 15 vollständig freigegeben. In dieser Position kann das Antriebsfluid ungehindert durch das Ventilsitz 15 hindurchtreten, und somit ungehindert seinen Weg von der Zuflussöffnung 11 hin zur Abflussöffnung 13 nehmen.
Durch das durch die Zuflussöffnung 11 durchströmende Fluid wird die Kraftmaschine angetrieben. Abhängig von dem Fluidstrom, der sich für eine gegebene Öffnung des Ventilsitz 15 einstellt, stellt sich auch eine Drehzahl der Kraftmaschine ein, mit der auch die Welle 9 und mit ihr auch das im Wesentlichen scheibenartige Beeinflussungselement 5 in Rotation versetzt wird.
Kommt es nun zu einer Erhöhung der Drehzahl um die Drehachse D werden die Schiebeelemente 17, 19 aufgrund der wirkenden Flieh- bzw. Zentrifugalkräfte in die in 5 dargestellte Position überführt. In der in 5 dargestellten Position sind die Schiebeelemente 17, 19 im Vergleich zu der in 4 dargestellten Position entgegen einer jeweils durch Rückstellelemente bzw. Rückstelleinrichtung in Form von Schraubenfederelementen 37, 39 aufgebaute Rückstell- bzw. Zentrifugalkräfte ausgelenkt worden. Dabei greifen die Rückstellelemente bzw. Federelemente 37, 39 an Verlängerungen 40, 41 der Schiebeelemente 17, 19 an. Insbesondere sind die zweiten Bereiche 25, 27 der Schiebeelemente 17, 19 nach radial außen in Richtung R₁, R₂ gewandert und mittels der ersten Bereiche 33, 35 hat eine vollständige Bedeckung des Ventilsitzes 15 stattgefunden.
Dabei werden die Schiebeelemente 14, 15 radial nach außen gelenkt, bis die insbesondere an den Seiten angreifende Fliehkraft mit der von den Federelementen bzw. Federn 37, 39 entgegengesetzte Rückstellkraft im Gleichgewicht steht. Durch das Auslenken der beiden Schiebeelemente 17, 19 radial nach außen verringert sich der Abstand der beiden Bereiche 33, 35, der beiden Schiebeelemente 17, 19 zueinander, wodurch mit zunehmender radialer Auslenkung der Schiebeelemente 17, 19 zunehmend auch der Ventilsitz 15 von den zweiten Bereichen 33, 35 verschlossen wird, wodurch der Volumenstrom abnimmt, der durch die der Ventilsitz 15 tritt und einhergehend damit auch die Drehzahl.
Mit Erreichen einer maximalen Drehzahl nehmen die beiden Schiebelemente 17, 19 die in 5 dargestellte Position ein. Hierbei sind die beiden Schiebeelemente 17, 19 maximal ausgelenkt, wobei sich die inneren Flächen der Bereiche 33, 35 der beiden Schiebeelemente flächig berühren. Ein Fluidstrom auf dem Weg von der Zuflussöffnung 9 zur Abflussöffnung 10 kommt infolgedessen zum Erliegen und der Hydromotor wird gebremst.
Mit anderen Worten wird beispielsweise aufgrund einer temperaturbedingten Viskositätsänderung des Arbeitsmediums eine zulässige Drehzahl des Hydromotors überschritten, wird ein Zufluss des Arbeitsmediums komplett verschlossen und so automatisch die Drehzahl des Hydromotors reduziert.
Diese Position wird jedoch ausschließlich in Extremsituationen eingenommen, da bereits bei einer Erhöhung der Drehzahl eine Bewegung der Schiebeelemente 17, 19 stattfindet, und bewirkt, dass es bereits zu einer Teilabdeckung des Ventilsitzes 15 und damit zu einer Reduzierung des Durchflusses des Arbeitsmediums durch die Vorrichtung 1 kommt. Bereits auch die Änderung des Durchfluss wird die Drehzahl des Hydromotors reduziert.
Es ist anhand der beiden in 4 und 5 beschriebenen Extremfälle deutlich, dass sich für jede Drehzahl zwischen völligem Stillstand und maximal zulässiger Drehzahl infolge der an Schiebeelementen 17, 19 angreifende Fliehkraft eine durch die in Abhängigkeit der Wahl der Masse der Masseelemente 29, 31 und der Wahl der Federelemente 37, 39 hervorgerufenen Auslenkung der beiden Schiebeelemente 17, 19 eine für die jeweils vorherrschende Drehzahl charakteristische Querschnittsfläche des Ventilsitz einstellt. Dabei wir der Verlauf der Auslenkung der Schiebeelemente 17, 19 und damit die offene Querschnittsfläche des Ventilsitz 15 über das Gleichgewicht von Fliehkräften aufgrund der Drehzahl und die Größe der Masseelemente 29, 31 sowie der Federkonstanten des Federelements 37, 39 bestimmt. Durch Vergrößerung der Masse der Masseelemente 29, 31 nimmt der Durchfluss für gegebene Federelemente 37, 39 bei geringeren Drehzahlen geringere Werte an. Andererseits kann durch Wahl einer härteren Feder, d.h. einer größeren Federkonstanten, bei konstanter Masse der Masseelemente 29, 31, erreicht werden, dass die freigegeben Querschnittsfläche des Ventilsitz bei höheren Drehzahlen langsamer abnimmt.
Durch Wahl von Federn 37, 39 mit linearer Federkonstante im beanspruchten Kraftbereich kann ein gleichmäßiger, linearer Verlauf der Auslenkung der Schiebeelemente 17, 19 über der Drehzahl erreicht werden. Durch Wahl einer Feder 37, 39 einer Federkonstante mit anderem Verlauf, kann der Volumenstrom auch in einer jeweils dann charakteristischen Art und Weise in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert werden. Somit ist bspw. auch denkbar, Feder 37, 39 mit exponentiellem Kraftverlauf einzusetzen oder Feder 37, 39 mit einem solchen Kraftverlauf, dass eine Veränderung der freigegebenen Querschnittsfläche des Ventilsitz 15 um den gewünschten Sollwert der Drehzahl herum besondere empfindlich abläuft, wohingegen bei einer Ist-Drehzahl die stark von der Soll-Drehzahl abweicht eine weniger empfindliche Regelung der freigegebenen Durchlassöffnung erfolgt.
In 6 ist eine Ansicht auf die Schiebeelemente 17, 19 aus einer Richtung von unten in den 4 und 5 dargestellt. Wie insbesondere der 6 zu entnehmen ist, sind die Masseelemente 29, 31 in den entsprechenden Bereichen 25, 27 der Schiebeelemente 17, 19 angeordnet. Weiterhin ist der 6 zu entnehmen, dass die Schiebeelemente 17, 19 Führungselemente 42, 43 aufweisen. Diese Führungselemente greifen in komplementäre Strukturen 45, 47, die im Gehäuse 7 ausgebildet sind, und für eine Führung der Schiebeelemente dienen, ein.
In 7 ist eine perspektivische Aufsicht auf eine Kraftmaschine in Form eines Hydromotors 49 dargestellt. Der Hydromotor 49 weist insbesondere ein Gehäuse 51 auf. Auf der Antriebswelle des Hydromotors 49 ist die Vorrichtung 1 angeordnet. Hierbei jedoch zu beachten, dass in 7 die Vorrichtung 1 in Vergleich zu den 1a, 1b und 3 um 180° gedreht dargestellt ist. In 7 reicht also die nicht dargestellte Antriebswelle 9 des Hydromotors 49 von unten nach oben. In 7 ist darüber hinaus eine fluidale Verbindung der Vorrichtung 1, insbesondere der Zuflussöffnung 11 verbundenen Verbindungsleitung 53 dargestellt. Mittels der Verbindungsleitung 53 wird das Arbeitsmedium der Vorrichtung 1 zugeführt und mittels der Vorrichtung 1 erfolgt eine Steuerung der Zuflussmenge zum Arbeitsmediums aus der Verbindungsleitung 53 über eine schematisch dargestellte Verbindungsleitung 54 in den Hydromotor 49. Aufgrund des kompakten Aufbaus der Vorrichtung 1 kann diese auch in den Hydromotor 49 integriert werden.
Insbesondere ist der 7 zu entnehmen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vergleichsweise kompakt und klein ausgebildet werden kann, so dass nur ein geringer Bauraum für diese notwendig ist.
Es ist also mit der vorliegenden Erfindung möglich, auf einfache Art und Weise einen kompakten, selbstregelnden Mechanismus zur Steuerung eines Fluidstroms zum Betrieb einer Kraftmaschine wie ein Hydromotor zu realisieren. Wird nämlich infolge eines hohen Volumenstroms ein kritischer Drehzahlenbereich erreicht oder überschritten, so kann durch die Wahl geeigneter Elemente, wie Masseelemente 29, 31 und Federn 37, 39 eine unmittelbare Reduzierung des Volumenstroms durch die sich radial nach außen bewegenden Schiebeelemente 17, 19 und dadurch den Volumenstrom begrenzenden Raumflusses erreicht werden. Es ist dazu offensichtlich nicht notwendig, weitere externe Komponenten mit in die Regelschleife einzubeziehen, da der selbstregelnde Mechanismus unmittelbar an Ort und Stelle innerhalb des im Wesentlichen scheibenartigen Beeinflussungselements 5 wirkt.
Somit kann die Regelung der Drehzahl eines Hydromotors unter Berücksichtigung des großen temperaturabhängigen Viskoseunterschieds des Betreiberöls mit einem kompakten und selbstregelnden Mechanismus realisiert werden, da der Volumenstrom des Antriebsmediums direkt in Abhängigkeit der Drehzahl geregelt wird. Dadurch kann beispielsweise ein Ausgleich der viskositätsbedingten Drehzahlen erreicht werden und das Übertouren der Kraftmaschine verhindert werden. Zusätzlich, oder alternativ, kann damit auch die Drehzahl der Kraftmaschine bei unterschiedlichen Drücken und damit unterschiedlichen Volumenströmen infolge unterschiedlicher Druckzustände die von der Ölpumpe erzeugt werden, konstant gehalten werden. Damit erlaubt es die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass in Abhängigkeit der Drehzahl und damit abhängig von der Stellung der Schiebelemente 17, 19 der Volumenstrom, der insbesondere durch eine zentrale Öffnung innerhalb der ein Drossel darstellenden Vorrichtung 1 hindurchtritt, wiederum auf die Drehzahl der Kraftmaschine rückwirkt, und damit über die Welle 9 unmittelbar auf die Vorrichtung selbst.
In 8 ist eine schematische Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1‘ dargestellt. Die Elemente der Vorrichtung 1‘, die denjenigen der Vorrichtung 1 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings einfach gestrichen. In 8 ist in Anlehnung an die 4 und 5 eine perspektivische Aufsicht auf das Beeinflussungselement 5‘, insbesondere das Gehäuse 7‘ und die darin angeordneten Schiebeelemente 17‘, 19‘ dargestellt. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform ist bei der Vorrichtung 1‘ ein Ventilsitz 15‘ nicht koaxial zu der Drehachse D‘ angeordnet. Insbesondere umfasst der Ventilsitz 15‘ mehrere Öffnungen 55‘, 57‘. Diese Öffnungen 55‘, 57‘ sind bezüglich der Drehachse D‘ radial außen angeordnet. In der 8 ist die Vorrichtung 1‘ in einem Zustand dargestellt, in der keine Drehung um die Drehachse D‘ erfolgt. Wird nun die Vorrichtung 1‘, insbesondere das Beeinflussungselement 5‘ und das Gehäuse 7‘, in Rotation versetzt, kommt es zu einer Bewegung der Schiebeelemente 17‘, 19‘ gegen die durch Federn 37‘, 39‘ aufgebaute Rückstellkraft, so dass die Öffnungen 55‘, 57‘ zumindest teilweise bzw. vollständig durch die Schiebeelemente 17‘, 19‘ bedeckt werden. Die Öffnungen 55‘, 57‘ können auch in unterschiedlichen Abständen zu der Drehachse D‘ angeordnet sein. Dies bewirkt, dass bei einer Rotation um die Drehachse D‘ die Schiebeelemente 17‘, 19‘ einen gleichen radialen Abstand zu der Drehachse D‘ in Abhängigkeit von den auf diesen wirkenden Fliehkräfte haben, jedoch die Schiebeelemente 17‘, 19‘ die Öffnungen 55‘, 57‘ bei unterschiedlichen Drehzahlen bedecken. So lässt sich eine noch bessere Steuerung des Durchflusses des Arbeitsmediums erreichen, insbesondere erfolgt die Reduzierung der Durchflussmenge über einen größeren Drehzahlbereich. Dieser Effekt kann auch durch unterschiedliche Querschnittformen der Öffnungen oder unterschiedliche Größen der Öffnung erreicht werden.
In 9 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1‘‘ dargestellt. Diejenigen Elemente der Vorrichtung 1‘‘, die denjenigen der Vorrichtung 1 bzw. 1‘ entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings zweifach gestrichen.
Im Gegensatz zu der Vorrichtung 1, die als separates, an eine beliebige Kraftmaschine anbringbares bzw. nachrüstbares Bauteil ausgebildet ist, ist die Vorrichtung 1‘‘ zumindest bereichsweise in eine Kraftmaschine in Form eines Hydromotors 49‘‘ integriert. Wie 9 zu entnehmen ist, ist das Gehäuse 3‘‘ bereichsweise durch das Gehäuse des Hydromotors 49‘‘ gebildet.
Die Antriebswelle 9‘‘ ist insbesondere durch die langsame Seite der Antriebswelle des Hydromotors 49‘‘ gebildet bzw. steht mit dieser in mechanischer Verbindung. Aufgrund der Integration der Vorrichtung 1‘‘ in den Hydromotor 49‘‘ ist die Abflussöffnung 13‘‘ durch das Gehäuse des Hydromotors 49‘‘ ausgebildet. In dem Gehäuse 7‘‘ wird auch der Zwischenraum 23‘‘ zumindest bereichsweise durch das Gehäuse des Hydromotors 49‘‘ begrenzt. Die Zwischenöffnungen 21‘‘ sind in dem Gehäuse 7‘‘ ausgebildet.
Hieraus ergibt sich, dass das Arbeitsmedium entlang des Pfeils 59‘‘ in das Gehäuse 3‘‘ eintritt und durch den Ventilsitz 15‘‘ aufgrund der durch die Bereiche 33‘‘, 35‘‘ freigegebenen Öffnung in das Gehäuse 7‘‘ eintritt. Von dort fließt es durch die Zwischenöffnung 21‘‘ entlang des Pfeils 61‘‘ aus dem Zwischenraum 23‘‘ durch die Abflussöffnung 13‘‘, um dann, wie durch den Pfeil 63‘‘ angedeutet, in die Antriebseinheit des Hydromotors 49‘‘ zu fließen.
Im Gegensatz zu der Vorrichtung 1, 1‘ ist in der Vorrichtung 1‘‘ eine Kopplungseinrichtung in Form eines Koppelzahnrades 65‘‘ vorhanden. Die Funktionsweise des Koppelzahnrades 65‘‘ wird nachfolgend anhand der 10a bis 11c erläutert.
In der 10a ist eine Querschnittansicht der Vorrichtung 1‘‘ bzw. Hydromotors 49‘‘ aus Richtung A in 9 dargestellt. In der 10a befindet sich das Beeinflussungselement 5‘‘ in der geöffneten Position, das heißt, die Bereiche 33‘‘ und 35‘‘ geben den Ventilsitz 15‘‘ frei. In 10b ist eine Aufsicht auf die Vorrichtung 1‘‘ aus Richtung B in 10a dargestellt. Allerdings ist das Gehäuse 7‘‘ weggelassen worden. Insbesondere in 10b ist deutlich die Kopplungseinrichtung in Form des Koppelzahnrades 65‘‘ erkennbar.
Das Koppelzahnrad 65‘‘ weist eine erste Verbindungseinrichtung in Form einer Außenverzahnung 67‘‘ auf. Komplementär hierzu sind an dem Schiebeelement 17‘‘ Linearverzahnungen 69‘‘, die zweite Verbindungseinrichtungen darstellen, vorhanden. Analog weist das Schiebeelement 19‘‘ eine komplementär zu der Verzahnung 67‘‘ ausgebildete Verzahnung 71‘‘ auf. Das Koppelzahnrad 65‘‘ ist so im Bereich des Ventilsitzes 15‘‘ angeordnet, dass es einen Durchfluss des Arbeitsmediums nicht behindert.
Kommt es jedoch zu einer Bewegung des Schiebeelements 17‘‘ aufgrund von Fliehkräften, die durch eine Drehung der Vorrichtung 1‘‘ um die Drehachse D‘‘ entstehen, wird diese lineare Bewegung über die Verzahnung 69‘‘ auf die Verzahnung 67‘‘ des Koppelzahnrades 65‘‘ übertragen. Somit wird das Koppelzahnrad 65‘‘ in Rotation versetzt, wodurch diese Rotationsbewegung über die Verzahnung 67‘‘ auf die Verzahnung 71‘‘ und damit auf das Schiebeelement 19‘‘ übertragen wird. So kommt es zu einer synchronen Bewegung der Schiebeelemente 17‘‘ und 19‘‘, wodurch Unwuchten vermieden werden.
Darüber hinaus stellt das Koppelzahnrad 65‘‘ sicher, dass die Schiebeelemente 17‘‘ und 19‘‘ in radialer Richtung des Koppelzahnrads 65‘‘, dort wo die Verzahnungen 67‘‘, 69‘‘ und 71‘‘ ineinandergreifen, einen vorbestimmten Abstand aufweist. So sind Relativbewegungen des Schiebeelementes 17‘‘ relativ zu dem Schiebeelement 19‘‘ in dieser Richtung vermieden, zumindest reduziert. Sowohl die synchrone Bewegung der Schiebeelemente 17‘‘ und 19‘‘ als auch der konstante Abstand führt dazu, dass ungewollte Unwuchten vermieden werden. Es ergibt sich also ein besserer Gleichlauf der Vorrichtung 1‘‘.
In den 11a bis 11c ist die Vorrichtung 1‘‘ in einem Zustand dargestellt, in dem die Drehgeschwindigkeit um die Drehachse D‘‘ so groß ist, dass insbesondere die Massenelemente 29‘‘ und 31‘‘ bewirkenden Fliehkräfte die durch die Federeinrichtung 37‘‘, 39‘‘ aufgebauten Rückstellkräfte überwinden. Die durch das Koppelzahnrad 65‘‘ erreichte synchrone Bewegung der Schiebeelemente 17‘‘, 19‘‘ hat dazu geführt, dass die Bereiche 33‘‘ und 35‘‘ den Ventilsitz 15‘‘ vollständig überdecken. Der Zufluss des Arbeitsmediums zu dem Hydromotor 49‘‘ ist also vollständig unterbunden.
In 12 ist schließlich eine Aufsicht auf die Vorrichtung 1‘‘ aus Richtung E in 9 dargestellt. Das Gehäuse 3‘‘ wurde weggelassen und der untere Teil des Gehäuses 7‘‘ transparent dargestellt. Aus der 12 wird insbesondere die Integration der Vorrichtung 1‘‘ in den Hydromotor 49‘‘, insbesondere das Gehäuse des Hydromotors 49‘‘, deutlich.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste

1, 1‘, 1‘‘: Vorrichtung
3, 3‘‘: Gehäuse
5, 5‘, 5‘‘: Beeinflussungselement
7, 7‘, 7‘‘: Gehäuse
9, 9‘‘: Antriebswelle
11, 11‘‘: Zuflussöffnung
13, 13‘‘: Abflussöffnung
15, 15‘, 15‘‘: Ventilsitz
17, 17‘, 17‘‘: Schiebeelement
19, 19‘, 19‘‘: Schiebeelement
21, 21‘‘: Zwischenöffnung
23, 23‘‘: Zwischenraum
25, 25‘‘: Bereich
27, 27‘‘: Bereich
29, 29‘‘: Masseelement
31, 31‘‘: Masseelement
33, 33‘‘: Bereich
35, 35‘‘: Bereich
37, 37‘, 37‘‘: Feder
39, 39‘, 39‘‘: Feder
40, 40‘‘: Verlängerung
41, 41‘‘: Verlängerung
42, 42‘‘: Führungselement
43, 43‘‘: Führungselement
45, 45‘‘: Strukturen
47, 47‘‘: Strukturen
49, 49‘‘: Hydromotor
51: Gehäuse
53: Verbindungselement
54: Verbindungsleitung
55‘: Öffnung
57‘: Öffnung
59‘‘: Pfeil
61‘‘: Pfeil
63‘‘: Pfeil
65‘‘: Koppelzahnrad
67‘‘: Verzahnung
69‘‘: Verzahnung
71‘‘: Verzahnung
D, D‘, D‘‘: Drehachse
R₁: Richtung
R₂: Richtung
A: Richtung
B: Richtung
C: Richtung
E: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2148822 [0002]
DE 2011746 [0005]

Claims

Vorrichtung (1, 1‘, 1‘‘) zur Veränderung eines Zufluss zumindest eines Antriebsmediums zu zumindest einer Kraftmaschine (49, 49‘‘), umfassend zumindest ein mit zumindest einem rotierenden Element (9, 9‘‘) der Kraftmaschine (49, 49‘‘) in Wirkverbindung stehendes Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘), mittels dem der Zufluss zu der Kraftmaschine (49, 49‘‘) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘) zumindest ein den Zufluss direkt beeinflussendes Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) umfasst, wobei das Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘, 19, 19‘, 19‘‘) in einer im wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse (D, D‘, D‘‘) des rotierenden Elements (9, 9‘‘) verlaufenden ersten Ebene bewegbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmaschine zumindest einen Antrieb, zumindest einen Motor und/oder zumindest einen Hydromotor (49, 49‘‘) umfasst und/oder das Antriebsmedium zumindest teilweise ein Fluid, Wasser, zumindest eine Hydraulikflüssigkeit, Öl und/oder zumindest eine Kühlflüssigkeit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Element zumindest eine Welle (9, 9‘‘), insbesondere eine Ausgangswelle und/oder zumindest eine Antriebswelle, der Kraftmaschine (49, 49‘‘) umfasst und/oder das Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘) mit dem rotierenden Element (9, 9‘‘), vorzugsweise in zumindest eine erste Drehrichtung, drehmitnahmesicher verbunden ist, insbesondere unter Zwischenschaltung zumindest einer Getriebeeinrichtung und/oder einer Kupplungseinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zu der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung eine Verbindung zwischen dem rotierenden Element (9, 9‘‘) und dem Beeinflussungselement (5, 5‘‘) gelöst ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) mittels zumindest einer Rückstelleinrichtung (37, 37‘, 37‘‘, 39, 39‘, 39‘‘), vorzugsweise umfassend zumindest eine Federeinrichtung (37, 37‘, 37‘‘, 39, 39‘, 39‘‘), wie eine Spiralfeder, Torsionsfeder, Elastomerfeder und/oder Blattfeder in zumindest eine Position, vorzugsweise eine Position, in der der Zufluss zu der Arbeitsmaschine (49, 49‘‘) maximal ist, gezwungen ist, wobei die mittels der Rückstelleinrichtung (37, 37‘, 37‘‘, 39, 39‘, 39‘‘) insbesondere eine entgegen einer auf das Schiebeelement ((17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) wirkende Zentrifugalkraft wirkende Rückstellkraft, insbesondere Zentripedalkraft, aufbaubar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein das Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘) zumindest teilweise aufnehmendes erstes Gehäuse (3, 3‘‘), wobei das Beeinflussungselement relativ zu dem ersten Gehäuse (3, 3‘‘) drehbar gelagert ist, wobei das erste Gehäuse (3, 3‘‘) vorzugsweise ortsfest relativ zu der Kraftmaschine (49, 49‘‘) gelagert ist und/oder zumindest bereichsweise von dieser umfasst ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (3, 3‘‘) zumindest eine Zuflussöffnung (11, 11‘‘) für das Arbeitsmedium und/oder zumindest eine Ablussöffnung (13, 13‘‘) für das Arbeitsmedium umfasst, wobei mittels des Schiebeelements (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) eine Verbindung zwischen der Zuflussöffnung (11, 11‘‘) und der Abflussöffnung (13, 13‘‘) zumindest teilweise öffnenbar und schließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘) zumindest einen Ventilsitz (15, 15‘, 15‘‘) umfasst und das Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) zumindest einen Ventilgliedbereich (33, 33‘‘, 35, 35‘‘) aufweist, wobei der Ventilsitz (15, 15‘, 15‘‘) mittels des Ventilgliedbereichs (33, 33‘‘, 35, 35‘‘) zumindest bereichsweise überdeckbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘, 19, 19‘, 19‘‘) zumindest ein Leichtbaumaterial, vorzugsweise zumindest einen Kunststoff, zumindest ein Verbundmaterial, zumindest ein Glasfaserverbundmaterial, zumindest ein Kohlenstofffaserverbundmaterial und/oder zumindest ein Leichtmetall umfasst und/oder das Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) zumindest eine Verbindungseinrichtung (25, 25‘‘, 27, 27‘‘) zur, insbesondere lösbaren und/oder austauschbaren Verbindung mit zumindest einem Masseelement (29, 29‘‘, 31, 31‘‘) umfasst. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch zumindest ein zumindest bereichsweise von dem Beeinflussungselement (5, 5‘, 5‘‘) umfasstes zweites Gehäuse (7, 7‘, 7‘‘), wobei vorzugsweise das Schiebeelement (17, 17‘, 17‘‘, 19, 19‘, 19‘‘) zumindest bereichsweise in dem zweiten Gehäuse (7, 7‘, 7‘‘) aufgenommen ist und/oder das zweite Gehäuse (7, 7‘, 7‘‘) zumindest bereichsweise in dem ersten Gehäuse (3, 3‘‘) und /oder drehbar relativ zu dem ersten Gehäuse (3, 3‘‘) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schiebeelemente (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘), vorzugsweise eine Mehrzahl von Schiebeelementen (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘), vorgesehen ist, wobei die Schiebeelemente (17, 17‘, 17‘‘ 19, 19‘, 19‘‘) vorzugsweise rotationssymmetrisch um einen Umfang des Beeinflussungselements (5, 5‘, 5‘‘) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (15, 15‘‘) im wesentlichen koaxial zu der Drehachse (D, D‘‘) des rotierenden Elements (9, 9‘‘) angeordnet ist, wobei vorzugsweise mittels jedes Ventilgliedbereichs (33, 33‘‘, 35, 35‘‘) des jeweiligen Schiebeelementes (17, 17‘‘, 19, 19‘‘) jeweils ein Teilbereich des Ventilsitzes (15, 15‘‘) überdeckbar ist, insbesondere durch die Kombination aller Ventilgliedbereiche (33, 33‘‘, 35, 35‘‘) eine vollständige Überdeckung des Ventilsitzes (15, 15‘‘) erzielbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (15‘) nach radial Außen versetzt relativ zu der Drehachse (D‘) des rotierenden Elements angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Vielzahl von Ventilsitzen (55‘, 57‘) vorgesehen ist, wobei jedem Ventilsitz (55‘, 57‘) zumindest ein Schiebeelement (17‘, 19‘) zugeordnet ist, insbesondere mittels des jeweiligen Schiebeelements (17‘, 19‘) eine Überdeckung des zugeordneten Ventilsitz (55‘, 57‘) erreichbar ist und/oder die Ventilsitze (15‘) rotationssymmetrisch um den Umfang des Beeinflussungselements (5‘) und/oder in unterschiedlichen radialen Abständen zur Drehachse (D) angeordnet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet, durch zumindest eine Kopplungseinrichtung (65‘‘), mittels der eine Bewegung zumindest zweier, vorzugsweise aller Schiebeelemente (17‘‘, 19‘‘) gekoppelt ist, insbesondere die Schiebeelemente (17‘‘, 19‘‘) mittels der Kopplungseinrichtung (65‘‘) synchron in der ersten Ebene, insbesondere in die radiale Richtung der Drehachse (D‘‘), bewegbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (65‘‘) zumindest ein Zahnrad, zumindest ein Gestänge, zumindest einen Zug und/oder zumindest eine Kette umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (65‘‘) zumindest eine erste Verbindungseinrichtung (67‘‘) und die Schiebeelemente (17‘‘, 19‘‘) zumindest eine, vorzugsweise zu der ersten Verbindungseinrichtung (67‘‘) komplementäre, zweite Verbindungseinrichtung (69‘‘, 71‘‘) umfassen, wobei vorzugsweise die erste Verbindungseinrichtung (67‘‘) und/oder die zweite Verbindungseinrichtung (69‘‘, 71‘‘) zumindest ein Gewinde und/oder zumindest eine Verzahnung umfasst.
Kraftmaschine, insbesondere Hydromotor (49, 49‘‘), zur Verwendung in und/oder umfasst von zumindest einem Automobil und/oder Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch zumindest eine Vorrichtung (1, 1‘, 1‘‘) nach einem der vorangehenden Ansprüche.