DE2111707B2 - Druckwandler zur Übertragung von Drucken zwischen zwei hydraulisch von einander isolierten Drucksystemen mit zwei mechanisch miteinander gekoppelten Verdrängen™ schinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Druckwandler zur Übertragung von Drücken zwischen zwei hydraulisch voneinander isolierten Drucksystemen mit zwei mechanisch miteinander gekoppelten Verdrängermaschinen, von denen die eine Verdrängermaschine mit dem ersten Drucksystem und die andere Verdrängermaschine mit dem zweiten als Hilfsdruckeinhcii dienenden Drucksystem hydraulisch verbunden ist, wobei beim Unterschreiten eines bestimmten Drucks im ersten Drucksystem der Druckwandler vom Hilfsdrucksystem getrieben wird und die mit dem ersten Drucksystem verbundene Verdrängereinheit als druckerhöhende Zusatzpumpe wirkt.

Druckwandler dieser Art, wie sie z. B. durch die amerikanische Patentschrift 3 369 491 bekannt sind, werden heute allgemein in Flugzeugen verwendet, damit die hydraulischen Antriebe stets in einsatzbereitem Zustand sind. Der Druckwandler muß dabei ständig mit einem Druck, der nur geringfügig niedriger ist als der normale Arbeitsdruck im Steuerkreis, in Bereitschaft stehen. Das bedeutet, daß bei dem Zustand, in dem keine oder nur sehr wenig Flüssigkeit dem Druckwandler entnommen wird, innere Leckverluste in seiner Pumpe einen langsamen Druckabfall verursachen. Die dabei auftretende Druckdifferenz zwischen der Pumpe und dem Motor überwindet schließlich die statische Reibung des Aggregats, so daß Pumpe und Motor sich zu drehen beginnen, um den Druck am Pumpenausgang wieder auf den vorgeschriebenen Wert zu bringen. Dieser Zustand ist bekannt als »Tuckern«, das dadurch verursacht wird, daß die für das Anlaufen maßgebende statische Reibung des Aggregats größer ist als die dynamische Reibung des sich drehenden Aggregats. Im schlimmsten Falle kann dieses Tuckern oder diese intermittierende Arbeitsweise so stark sein, daß das ganze Flugzeug vibriert.

Es ist im übrigen in der Hydraulik bekannt, Druckstöße in Förderleitungen von hydrostatischen Pumpen durch Anordnung eines künstlichen Leckölstroms zu dämpfen (deutsche Offenlegungsschrift 1403 752 und deutsche Offenlegungsschrift 1 400 627). Dabei handelt es sich jedoch um eine grundsätzlich andere Problemstellung als beim hier behandelten Gegenstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, jedes Tuckem und jede intermittierende Start-Stopp-Arbeitsweise eines Druckwandlers der eingangs genannten Art zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit dem ersten Drucksystem hydraulisch gekoppelte Verdrängereinheit zur Erzielung einer stetigen Drehung des Druckwandlers nut niedriger Drehzahl mit einer Vorrichtung zur Erzielung eines künstlichen Leckölstroms ausgestattet ist.

Die Verdrängereinheiten des Druckwandlers können als Axialkolbeneinheiten ausgebildet sein, wobei der künstliche Leckölstrom durch Auslaßöffnungen im Pumpenkolben erzeugt werden kann. Der künstliche Leckölstrom reicht aus, den hydraulischen Motor und die Pumpe in ständiger Rotation bei einer vorbestimmten geringen Geschwindigkeit zu halten, und zwar auch dann, wenn die Auslaßöffnung der Pumpe vollkommen geschlossen ist. Wird die Auslaßöffnung der Pumpe geöffnet und der Pumpe Flüssigkeit entnommen, so begegnet das Druckwandleraggregat diesem Bedarf durch einen gleichmäßigen und stoßfreien Geschwindigkeitszuwachs ohne die Notwendigkeit eines Übergangs vom Stillstand in die Drehung.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch sie alle unerwünschten Vibrationen beseitigt werden. Darüber hinaus wird durch die Erfindung erreicht, daß der Druckwandler imstande ist, unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit an einen Steuerkreis sehr gleichmäßig und bei einer minimalen Druckdifferenz zwischen ihm und dem Steuerkreis abzugeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt eines Druckwandlers mit zwei mechanisch miteinander gekoppelten Verdrängermaschinen (Pumpe, Motor) und eine schematische Darstellung des mit dem Druckwandler verbundenen hydraulischen Kreises und

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Kolben und Kolbenschuh des Pumpenteils des Druckwandlers gemäß Fig. 1.

Der Druckwandler 10 dient als hilfsweise Leistungsversorgungsquelle für einen hydraulischen Steuerkreis 9.

Immer, wenn der Druck im Steuerkreis 9 unter einen vorbestimmten Wert fällt, speist der Druckwandler 10 unter dem vorbestimmten Druck stehende Flüssigkeit in den Steuerkreis.

Ein als Beispiel dienender hydraulischer Steuerkreis 9 des Typs, mit dem der Druckwandler 10 als Hilfsversorgungsquelle verwendet werden könnte, enthält sine Pumpe 13, die dazu dient, unter Druck stehende Flüssigkeit dem einen Ende des Zylinders eines hydraulischen Motors oder Preßkolbens 14 zu-

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zufuhren. Das gegenüberliegende Ende des Zylinders jet an den Tank 15 angeschlossen. Die Richtung, in welche sich der Prcßkolben 14 bewegt, wird durch ein herkömmliches Vier-Wege-Ventil 16 gesteuert, durch welches die Richtung des Flüssigkeitsflusses zu dem Preßkolben umgekehrt werden kann. Der Druck, der in der Flüssigkeit herrscht, die der Hochdruckseile des Preßkolbens zugeführt wird, wird durch °in Rückschlagventil 17 gesteuert.

Der Druckwandler 10 enthält eine Verdrängereinheit 11, d. h. einen Axialkolbenmotor, dessen Rotor mechanisch mit dem Rotor einer Verdrängereinheit 12. d. h. einer Axialkolbenpumpe, gekuppelt ist. Die Auslaßöffnung 20 der Pumpe 12 ist über einen Flüssigkeitskanal 21 über ein in einer Richtung wirkendes Sperrventil 22 mit dem Druckkanal 23 des Steuerkreises 9 verbunden. Die Eingangsöffnung 18 der Pumpe ist über den Flüssigkeitskanal 19 an den Tank 15 angeschlossen. Solange der Druck in dem Kanal 23 größer ist als der Druck in dem Kanal 21, bleibt das in einer Richtung wirkende Sperrventil 22 geschUv-.sen. *o daß der Ausgangsöffnung 20 der Pumpe 12 keine Flüssigkeit entnommen wird. Sollte jedoch der Druck in dem Druckkanal 23 des HauptsKuerkreises unter den im Kanal 21 herrschenden Druck sinken, so öffnet sich das Sperrventil 22 und gestattet einen Flüssigkeitsstrom von der Pumpe 12 zum Steuerkreis 9, wodurch der Druck im Steuerkreis 9 aufrechterhalten wird.

Die Verdrängereinheiten 11 und 12 sind identische hydraulische Maschinen mit Axialkolben und können beide entweder als Pumpe oder Motor arbeiten. Jedoch in der Zusammenschaltung in dem Flüssipkeitskrei^. der durch Fig. 1 veranschaulicht wird, arbeitet die Einheit 11 als Motor und die Einheit 12 a!?. Pumpe.

Die Pumpe 12 und der Motor 11 sind herkömmliche Maschinen, die aus diesem Grunde nicht in allen Einzelheiten beschrieben werden. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird lediglich die Axialkolbenpumpe 12 beschrieben. Die entsprechenden Teile des Motors 11 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, die zur Unterscheidung lediglich einen Index erhalten haben.

Die Verdrängereinheit 12, die als Pumpe arbeitet, enthält ein äußeres Gehäuse 32, das aus verschiedenen Teilen aufgebaut ist, die in geeigneter Weise durch nicht dargestellte Ankerbolzen miteinander verbunden sind. Zu dem Gehäuse 32 gehört ein Kopf 35, der eine Einlaßöffnung 18 und eine Auslaßöffnung 20 enthält, von denen jede mit einem herkömmlichen Kupplungsglied versehen ist.

Ein gewöhnlich ringförmiger Zylinderblock oder eine Trommel 36 ist im Inneren des äußeren Gehäuses 32 untergebracht und kann darin durch die Antriebswelle 37 gedreht werden. Zu diesem Zweck ist die Welle 37 an ihrem Ende mit äußeren Nuten versehen, welche in Eingriff mit inneren Nuten stehen, die sich an der Buchse 39 befinden. Die Buchse 39 ist ihrerseits axial gelagert in einer in Längsrichtung verlaufenden zentralen Bohrung 41 im ringförmigen Zylinder. Die Buchse 39 ist mittels einer nicht dargestellten Keilverbindung mit der Zylindertrommel 36 so verbunden, daß sie diese antreibt. Die Buchse 39 hat an ihrem äußeren Ende eine überstehende Fläche 43. Eine Feder 44 ist zwischen der überstehenden Fläche 43 und dem Ende der Welle gelagert. Die Buchse 39 hat ferner einen radialen Flansch 40, der in einer ringförmigen Aussparung an der einen Frontseite des Zylinders 36 gelagert ««v«™ axiale Bewegungen des Zylinders 36 in einer Ricntung zu verhindern. Die gegenüberliegende Frontseite des Zylinders 36 ist eingreifbar mit und gleitbar an der inneren Frontseite des Kopfes 45, und zwar aut einer Fläche 46, so daß der Zylinder in einer fixierten axialen Lage innerhalb des äußeren Gehäuses verbleibt. . , Der Zylinder 36 ist mit einer Mehrzahl von axial liegenden Zylindern oder Bohrungen 47 versehen, die kreisförmig angeordnet sind. Diese Bohrungen 4/ bilden Kammern, welche abwechselnd mit der_ fcin-Iaßöffnungl8 und der Auslaßöffnung 20 wahrend der Rotation des Zylinders 36 in Verbindung stehen. In den Bohrungen 47 befinden sich Kolben 4». uie Kolben werden in den Bohrungen mittels einer Schiefscheibe 53 hin- und herbewegt. Jeder Kolben 48 weist einen Kugelkopf 51 auf, der über den Zylinder 36 hinausragend von entsprechend geformten Aussparungen aufgenommen wird, die m die bcnune 52 einseformt sind. Dadurch sind Gelenkverbindungen zwischen den Kolben 48 und den Schuhen 52 hergestellt. Die Schuhe 52 gleiten auf der Oberflache einer Schiefscheibe 53 bei der Rotation des Zylinders 36 und der darin befindlichen Kolben 48. Die Schiefscheibe 53 ist in geeigneter Weise mittels eines Halterings 56 in dem Gehäuse 32 befestigt. Die Aufrcchterhaltung der Verbindung der Schuhe 52 mit der Schiefscheibe 53 wird durch eine Halleinrichtung 57 bewirkt, zu der ein Ring 58 gehört, der an einem radialen Flansch 59 anliegt, der aus einem Teil mn dem Schuh 52 gefertigt ist.

An ihren inneren Enden sind die Wellen 37, 37 der beiden Verdrängereinheiten 11.12 durch eine Verbindungswelle 29 mechanisch miteinander verbunden. Die Welle 29 ist an beiden Enden mit Nuten versehen und ν. ι .1 von genuteten Bohrungen 60. 60 in den Antriebswellen aufgenommen.

An ihrem inneren Ende läuft die Antriebswelle im Gehäuse 32 auf Kugellagern 63, 63 . Zwischen der Antriebswelle und dem innersten Kugellager 63 ist ein flüssigkeitsdichter Verschluß 64 angebracht, um ein Eindringen von Leckflüssigkeiten vjn der Pumpe zum Motor oder umgekehrt zu verhindern. Folglich können die Antrisbsflüssigkeiten beider Systeme verschieden sein, es kann sogar auf der einen Seite em Gas und auf der anderen Seite eine Flüssigkeit verwendet werden. Um die Trennung des Pumpenflus sigkeitssystems von dem Motorflüssigkeitesystem sicherzustellen, kann die Kammer 65 zwischen den beiden Einheiten über die öffnung 66 der Pumpe oder die öffnung 66' des Motors mit einem Flussigkeitsablauf verbunden werden. Die Öffnungen sind mit der Kammer 65 über die Wege 67 67' verbunden. Wie in der Fig. 1 angedeutet, sind die öffnungen 66 und 66' im Verbindungsbolzen 68 und

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45 Dasinnere der Pumpe 12 in dem Gehäuse 32 ist 6o über einen Verbindungsweg 71 und einen Flussigkeitsverbinder 72 mit der Abflußöffnung 70 verbunden. In entsprechender Weise ist der Innenraum des Motors 12 über einen Flüssigkeitsweg 711 und einen Flüssigkeitsverbinder 72' mit der Abflußöffnung 6₅ verbunden. Jede durch Toleranzspalte in der Pumpe oder dem Motor entweichende Flüssigkeit wird auf diese Weise bei atmosphärischem Druck aus der Pumpe bzw. dem Motor abgeführt.

Als Beispiel für einen Flüssigkeitskreis, bei dem der Druckwandler 10 als hilfsweise Flüssigkeitslcitungsquellc eingesetzt werden kann, sei angenommen, daß die Pumpe 13 Flüssigkeit unter einem Druck von 211 kg/cm- in den Preßkolbcn 14 liefert. Die Pumpe 12 wird dann so eingestellt, daß sie in der Druckleitung 21 Flüssigkeit zur Verfügung stellt, deren Druck etwas kleiner ist als der Normaldruck im Steuerkreis, also beispielsweise 196 kg/cm². Das Sperrventil 22 würde geschlossen bleiben, solange der Druck in der Leitung 23 den Druck in der I eitung 21 übersteigt.

Eine Pumpe 80 dient dazu, unter Druck stehende Flüssigkeit über die Flüssigkeitsleitung 82 dem Motor 11 zuzuführen. Ein Druckrückschlagventi! 83, das an der Leitung 82 angeschlossen ist, hält die Druckseitc des Motors auf einem Druck von annähernd 196 kg/cm². Die Niederdrucköffnung des Motors ist über die Leitung 84 an den Tank 85 angeschlossen, von dem aus die Flüssigkeit von der Pumpe 80 angesaugt wird. Unter normalen Arbeitsbedingungen, d. h. wenn das Sperrventil 22 geschlossen ist, erfolgt kein Flüssigkeitstransport von dem Druckwandler 10 zu dem Steuerkreis 9. Um eine geringe Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe 12 und des Motors 11 aufrechtzuerhalten, wenn keine Flüssigkeitsabnahme von der Pumpe 12 staltfindet, wird ein bestimmtes Maß an inneren Leckverlusten in der Pumpe künstlich verursacht. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden diese bc wüßt eingeführten Leckverluste in der Pumpe in dci Weise hergestellt, daß ein radiales Loch 90 (Fi g. 2) in jedem Kolben 48 der Pumpe 12 vorgesehen ist.

Wenn der Kolben, wie dies F i g. 2 zeigt, sich in seiner herausgezogenen Lage befindet, tritt das radiale Loch 90 über das Innere des Zylinders mit dem Gehäuseabfluß 70 in Verbindung. Das Loch 90 ist in axialer Richtung derart angeordnet, daß es während eines großen Teils des Saug- und Entlade- oder Druckhubs des Kolbens offen ist. Durch die gewollte Umleitung eines Flusses niedrigen Drucks zu dem Pumpengehäuse durch das Loch 90 in den Kolben wird erreicht, daß der Druckwandler 10 fortwährend bei geringer Geschwindigkeit arbeitet, selbst wenn keine Flüssigkeit an der Ausgangsöffnung der Pumpe

ίο abgenommen wird und das Sperrventil 22 geschlossen bleibt. Wenn eine Flüssigkeitsabnahme stattfindet und das Sperrventil 22 sich öffnet, dann liefert die Pumpe 12 die verlangte Flüssigkeit an den Steuerkreis 9, ohne daß ein Übergang vom Stillstand zur Drehung notwendig ist. Vielmehr beginnt das Aggregat lediglich schneller zu laufen und befriedigt so den Bedarf des Steuerkreises 9 sehr gleichmäßig und stoßfrei.

Die Größe des Lochs 90 ist so gewählt, daß es

*o einen zusätzlichen Leckölstrom verursacht, der den normalen Leckölstrom der Pumpe ergänzt, um einen genügend großen Fluß zu erhalten, der die Pumpe in langsamer Rotation erhält. Wenn z. B. die minimale Geschwindigkeit der Pumpe bei einem Druck von

»5 196 kg/cm² 400 Umdrehungen in der Minute beträgt und wenn 338 Liter pro Minute erforderlich sind, um diese Umdrehungszahl aufrechtzuerhalten, so ist das Loch 90 so zu bemessen, daß es einen Leckölstrom erzeugt, der gleich ist der Differenz zwischen dem normalen Leckölstrom der Pumpe bei 196 kg/cm² und 338 Liter pro Minute. Der Leckölstrom wird aus dem Gehäuse durch die Abflußöffnung 72 in den Tank 15 zurückgeführt. In alternativer Weise kann er auch direkt mittels einer geeigneten Öffnung im Pumpengehäuse 32 an die Einlaßseite der Pumpe geleitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckwandler zur Übertragung von Drücken zwischen zwei hydraulisch voneinander isolierten S Drucksystemen mit zwei mechanisch miteinander gekoppelten Verdrängermaschinen, von denen die eine Verdrängermaschine mit dem ersten Drucksystem und die andere Verdrängermaschine mit dem zweiten als Hilfsdmckeinheit dienenden Drucksystem hydraulisch verbunden tst, wobei beim Unterschreiten eines bestimmten Drucks im ersten Drucksystem der Druckwandler vom Hilfsdrucksystem getrieben wird und die mit dem ersten Drucksystem verbundene Verdrängereinheit als druckerhöhende Zusatzpumpe wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem ersten Drucksystem (13,14) hydraulisch gekoppelte Verdrängereinheit (12) zur Erzielung einer stetigen Drehung des Druckwandlers (10) ao mit niedriger Drehzahl mit einer Vorrichtung zur Erziehung eines künstlichen Lcckölstroms ausgestattet ist.

2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängereinheiten (11, a5 12) des Druckwandlers als Axialkolbeneinheiten ausgebildet sind.

3. Druckwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der künstliche Leckölstrom durch Auslaßölfnungen (90) im Pumpenkolben (48) erzeugt wird.