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Regelbare Axialkolbenpumpe mit stetiger Förderung Regelbare Axialkolbenpumpen
gehören zum bekannten Stand der Technik.
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Diese setzen die Drehung der Pumpenwelle mit Hilfe einer schwenkbaren
Scheibe in die für die Volumenveränderung notwendige Hubbewegung, der um die Pumpenwelle
axialparalg lel rotierenden Axialkolben, um. Dabei werden die Zylinderbohrungen
umlaufend selbsttätig vom Saugraum ab-bzw,an den Druckraum angeschlossen. Da diese
Hubbewegung geometrisch eine Sinusbewegung darstellt, ist die Förderung nicht konstant,
sondern eine Funktion der Schwenkwinkel, je nach der Stellung der sich drehenden
Kolben zur Schwenkachse der Schwenkscheibe. Hinzu kommt, daß bei einer endlichen
Kolbenzahl die momentane Förderung aller im Druckbereich fördernden Kolben als Funktion
der sich laufend verändernden Stellung zur Schwenkebene und der sich ändernden Anzahl
von Kolben Veränderungen erfährt, die sich in einem ungleichen, unstetin gen pulsierenden
Druckölstrom auswirken. Das ist ein bekannt ter Nachteil dieser Pumpen, der im übrigen
auch allen von der exzentrischen Kreis bewegung abgeleiteten Verdrängungsvorgäns
gen anhaftet.
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Die vorliegende Erfindung einer regelbaren Axialkolbenpumpe mit stetiger
Förderung will diesen Nachteil dadurch vermeiden, daß sie zur Druckölförderung die
axiale Verschiebung der Axialkolben nicht unmittelbar heranzieht, sondern nur mittelbar.
Die Förderung wird deshalb von der Drehbewegung der Kolben um die Rotorachse direkt
ohne die Einwirkung einer axialen Sinusbewegung abgeleitet. Da die an der momentanen
Förderung beteiligten Teile in bezug auf die axiale Förderwegdifferenz in der Zelle
während des Fördervorganges zueinander stillstehen, wirken auf die Drehbewegung
keine
von einer Kreisbewegung abgeleiteten axialen Beschleunigun
gen ein, Die Förderung ist deshalb stetig.
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Während der anteiligen Förderung jedes Kolbens, steht dies ser in
axialer Richtung still. R Er gleitet mit der Stirn= fläche seines in die Kreiszelle
hineinragenden Zapfens vor der ebenfalls stillstehenden Stirnfläche eines Verdrängerstollens,
Das heißt, daß bei gegebener Umlaufgeschwindig= keit des Kolbenzapfens und gegebenem
Kolbenzap£endurchmes= ser die Fördermenge von der axialen Stellungsdifferenz der
zwei um 180° versetzten Verdrängungsstollen bestimmt wird0 Wenn bei einer axialen
Verschiebung dieser Verdrägungs stollen, die Stirnflächen der Kolbenzapfen, welche
an der Stirnfläche des Stollens vorbeigleiten, dieser Bewegung selbsttätig oder
zwangsläufig folgend den Druck-vom SaugS raum weiterhin durch abdichtenden Spalt
von einander tren= nen, so verändert sich die Fördermenge als Funktion der axialen
Stellungsdifferenz der Verdrängungsstollenstirnflächen. Die Wertigkeit dieser Differenz,
ob positiv oder negativ, entscheidet die Förderrichtung.
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Damit die Kolbenstirnflächen in die jeweilige Stellung der bei der
Drehung sich nähernden Verdrängungsstollenstirnflächen gebracht werden, kann der
Axialkolben nur in einer gleitlosen, quasi berührungslosen Zone zwischen Stollen
stirnfläche und Axialkolbenstirnfläohe axial verschoben werden. Eine solche gleitlose
Zone, bezogen auf die Drehrichtung, ist vor und hinter jedem Verdrängungsstollen.Die
Winkelgröße dieser beiden gleichen Zonen sind auf die Drehachse bezogen kleiner
als 1800 und zwar um den durch den Verdrängungsstollen selbst eingenommenen Winkel.
Innerhalb diols ses Zonenwinkeis müssen die durchlaufenden Kolbenzapfen auf auf
die Stellung der Stirnfläche des sich nähernden anderen Verdrögungsstollens durch
axiale Verschiebung gebracht werden. Jeder Kolbenzapfen durchläuft bei einer vollen
Umdreh= ung des Rotors nacheinander demnach vier Zonen. Bezieht man deren numerisch
Zuordnung auf den Übergang vom Saugraum in die Förderzone zum Druckraum hin, so
wäre die erste Zone eine gleitende, positive Förderzone mit axialem Stillstand des
Kolbens, die zweite eine neutrale, gekennzeichnet durch posi= tive als auch negative
Förderung gleicher Größe ,mit axialer
Verschiebung des Axialkolbens,
die dritte eine gleitende, negative Förderzone mit axialem Stillstand des Axialkolbens
und die vierte eine neutrale Förderzone, gekennzeichnet durch negative als auch
positive Förderung gleicher Größe, mit axial aler Verschiebung des Axialkolbens.
In den Zonen zwei und vier werden die Kolben axial gegensinnig verstellt. Weil dabei
die Arb ihrer Bewegung, ob gleichmäßig oder ungleichmä-Big, ob stetig oder beschleunigt,
Rückwirkungen auf das Volumen der jeweiligen Zellenhälfte ergibt, ist es erforderlich
die Art der speziellen axialen Bewegung des Kolbenzapfens in der Zelle zu neutralisieren.
Das geschieht auf einfache und bekannte Weise durch die Ausbildung des Axialkolbens
zum Dif ferentialaxialkolben, wobei die Zuordnung dir wirkenden bzw.
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fördernden Kolbenflächen durch einen Verbindungskanal vorne nommen
wird. Auf diese Weise heben sich abgesaugtes und zurückgepumptes ölvolumen bei gleichen
Kolbenflächen auf, da diese fest miteinander verbunden sind.
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Die vier erforderlichen axialen Bewegungszustände der Axial kolben
sind: lt Stillstand (Förderung positiv) 2. Rückzug auf die Stellung der nächsten
Verdrängungsstollenæ stirnfläche durch eine nach Möglichkeit gleichmäßig bes schleunigte
und gleichmäßig verzögerte Bewegung.
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3. Stillstand (Förderung negativ) 4. Vorschub auf die Stellung der
anderen Verdrägungsstolen= stirnfläche durch eine gleichartige Bewegung wie unter
2.
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Diese Aufgabe kann von einer Schwenkscheibe mit zugeordneter Zwangsführung
gelöst werden. Letztere erzeugt dann Stllstände, wenn sie den Führungsteil des Differentialkolbens
geradlinig parallel zur Schwenkachse führt. Natürlich muß die Länge die ser Geradführung
länger sein, als die Länge der Verdrängungsstollenstirnfläch plus Länge der Kolbenstirnfläche.
Anschlie8 ßend geht die geradlinige Bewegung des Führungsstückes durch die Zwangsführung
in eine kurvenförmige Bewegung über, da und da diese in einer sich ständig ändernden
Richtung relativ zur Schwenkachse der Schwenkscheibe erfolgt, erteilt letztere dem
Führungsstück des Differentialaxialkolbens axiale Be=
schleunigungen.
Wird die Zwangs kurvenform als der Hüllkurve eines Führungsrollenradius von der
Ellipse abgeleitet, ergeben sich beim Ein-und Auslauf stoßfreie t)bergänge von der
Geraden -in die Kurvenbahn.
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Es gibt noch den Einfluß der räumlichen Ausdehnung eines Kolbenführungsstückes
auf die axialen Beschleunigungen aus zur schalten, welches auf diese Weise von der
Kreis bewegung der Differentialaxialkolbenachse um die Rotorachse abgeleitet werden.
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Das geschieht zweckertüllend auf eine solche Weise, daß die Bedingung
das Führungsstück, welches den Differentialaxial= kolben bewegt, diesessowohl auf
der Schwenkscheibenebene abw zustützen, als auch in der Zwangs führung kraftschlüssig
zu führen, durch den Aufbau dieses Führungsstückes aus mehreren Teilen erfüllt wird,
wobei jedes für sich, auf Grund seiner besonderen Lagerung und durch ziangsläufiges
Zusammen wirken aller Teile, diese Aufgabenstellung bedingungsgemäß löst. Es wird
vorgeschlagen ein Druckstück bekannter Bauweise, mit kugeliger Bohrung und planer
Stirngleitfläche ver= sehen, auf die Gelenkkugel eines Lenkhebels zu montieren,
welcher in einer Ebene normal zur Differentialaxialkolben= achse um einen Drehzapfen
mit ungefähr 1,15 Xolbenradius als Hebelarm
um den Radius exzentrisch in Laufrichtung verscho= ben, pendeln kann. Ein solches
Getriebe hat die Eigenschaft die Positionsunterschiede zwischen der Kreisbahn- der
Differentialaxialkolbenmitten relativ zu Linearer-Ellipsenführung ohne Rückwirkung
auf die Axialstellung des Differentialg axialkolbens auszugleichen und Zug-und Druckkräfte
durch Führung zwischen zwei festen Ebenen kraftschlüssig auf die Differentialaxialkolben
zu übertragen. Da der letztere auf Grund seiner gleichen Differential-und Stirnflächen
im Kräftegleichgewicht ist, hat dieser Führungsmechanismus nur die Reibungs -und
Massenträgheitskräfte der Differentialaxialkol ben-und deren Führungsteile aufzunehmen.
Deshalb kann das ge= samte Schwenk-und Führungsgetriebe leichter ausgeführt werden,
als Schwenkgetriebe bekannter Axialkolbenpumpen, welche ja noch zusätzlich den Reaktionsöldruck
der Kolbenflächen aufzu=
nehmen haben. Darüberhinaus muß die Lagerung
bei diesen für die hinreichende Aufnahme von Pulsationskräften her= vorgerufen durch
die Pumpengeometrie und die Kompression des Drucköles zusätzlich verstärkt werden.
Von diesen zu= letzt erwähnten Kräften normaler Axialkolbenpumpen ist die oben beschriebene
Konstruktion frei, Die Lagerung der Reaktionsöldruckkräfte erfolgt über den Rotor
direkt im Pumpengehäuse, unter Umgehung des Schwenk= getriebes.
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Erfindungsgemäß wird das Schwenkgetriebe freibeweglich, um die Schwenkachse
der Schwenkscheibe ausgeführt. Die Führung der Schwenkstellung relativ zur Regelstellung
bzw. Förder= lage der Verdrängungsstollenstirnflächen wird kraftschlüssig durch
den zwischen den Verdrängungsstollenstirnfiächen und den Differentialaxialkolbenzapfenstirnflächen
durch Gleitreibung entstehenden hydroNamischen Schmierdruck übernommen.
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In beiden Gleitzonen sind sinnvollerweise immer die gleiche Anzahl
Kolbenstirnflächen zum Vorbeigleiten zu bringen. So wechselt deren Zahl zwischen
zwei und einer; daraus erfolgt natürlich eine geradzahlige Anzahl von Differentialaxialkolben
im Pumpenrotor. Wird die Länge der Stollenstirnfläche so groß gewählt, daß sich
diese mit den Stirnflächen zweier Kol= benzapfen teilweise überlappen, so ist bei
dem Durchlauf dieser Kolbenzapfen durch die Förderzone ein Ölvolumen zwischen den
Kolbenzapfenflanken und den Zellenflanken eingeschlossen.
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Bei weiterer gemeinsamer Drehung würde dieses entspannte Vos lumen
zuzüglich der in dem nacheilenden Differentialaxialkol= ben enthaltenen ölmenge
schlagartig an den Druckraum angeschlossen, und durch Kompression ein DruckölrückSlui
in die Räume mit entspanntem öl so lange erfolgen, bis dieses auf gleichen Druck
gespannt worden wären. Dieses würde bedeaten, daß das Drucköl in der Druckölkammer
der Zelle und auch in den sich anschließenden Druckölleitungen schwingen würde.
Um rauch diese Schwingungsanfachung teilweise oder ganz zu unterdrücken wird vorgeschlagen,
in der Förderzone vor dem An; schluß an die Druckraumfüllung entweder einen Ausgleich
zwis schen Förderzonen mit Hilfe eines Verbindungskanals oder eine Aufladung bzw.
eine Kompression bis auf den herrschenden ArW
beitsdruck mit Hilfe
einer Hilfspumpe vorzunehmen. Letzte res wäre bei großen Pumpenleistungen bbw. großen
Fördermengen und hohen Öldrücken vorteilhaft. Diese Auf ladung sollte vorteilhaft
mit Hilfe eines druckabhängigen Schaltventils in Abhängigkeit von der jeweiligen
Förderrichtung aufladungs= gerecht an die Förderzonen angeschlossen werden. Durch
geeig= nete Kombination ließe sich das aus der Druckzone zwischen zwei Kolbenflächen
austretende restliche Ölvolumen in der ent= gegengesetzten Weise sanft entspannen,
ohne sich schlagartig unter Geräuschbildung in den Saugraum zu entladen. Die Auf=
gabe der Entspannung könnte ein vereinigt es Drossel-Rück8 schlagventil bekannter
Bauweise übernehmen. Damit die Hilfspumpe zweckentsprechend arbeitet, muß ihr Arbeitsdruck
durch die Rückkopplung des Hauptpumpendruckes an den Regelmechanismus eines Druckregulierventiles
geregelt werden. Der Einfluß von Strömungswiderständen beim Durchfließen der Aufladungsstrecke
könnte durch die vorgewählte Größe des Verhältnisses Hilfspumpendruck zu Hauptpumpendruck
berücksichtigt werden.
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Als Folge der beginnenden Aufladung der DifferentialzylinderX räume
hinsichtlich der momentanen Stellung der igolbenstirnfläche zur Stollenstirnfläche
wurden sich diese einander nähern. Diese Annäherung könnte aber zu erhöhter Ölreibung
bis zu einer mechanischen Berührung führen1 da der dynamische Traganteil der noch
nicht voll gleitenden Kolbenstirnflächen nicht im Stande ist, die Kompressionsreaktion
zu tragen. Dieser Wirkung ließe sich dadurch begegnen, daß mit dem Beginn der Aufladung
die vordere Differentialfläche des Differentialaxialkolbens ebenfalls mit Kompressionsdruck
gleicher Größe durch automatische Zuschaltung bei der Rotation beaufschlagt wird.
Im weiteren Verlauf wäre dieser Raum von der Aufla= dungs-bzw. Entspannungsmöglichkeit
abzuschalten und mit den übrigen Zylindern im Ring zu schalten. Auf diese Weise
wer= den zurückeilende Differentialaxialkolben von Voreilenden über die verdrängte
ölsäure geschoben und lägen über das vor= her beschriebene Lerik-und Führungsgetriebe
immer kraftschlüs= sig vor der Schwenkscheibe. Um die Reibung der Stirnfläche der
Führungsstücke auf einer stillstehenden Schwenkscheibe zu ver= ringern wird vorgeschlagen
diese nach bekannter Weise durch
eine radial zentrisch zur Rotorachse
und axial wälzegelager te Lagerscheibe zu ersetzen. Diese würde mit den Führungsst=
stücken mitlaufen, letztere würden nur noch eine radiale Reibungskomponente wesentlich
kleinerer Größe erzeugen.
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Die erfindungsgemäße regelbare Axialkolbenpumpe mit stetiger prinzipieller
Förderung sei durch folgende Bilder schematisch in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise
erläutert. Es zeigt: Bild 1 Einen Längsschnitt in der Ebene der Rotorachse mit Druckausgleich
(ohne Auf ladung) Bild 2 Einen Schnitt durch Bild 1 auf der Ebene A+B Bild 3 Einen
Schnitt durch Bild 1 auf der Ebene A-B Bild 4 Einen Schnitt durch Bild 1 auf der
Ehene C-D Bild 5 Den geometrischen Auf bau des Linear-Ellipsengetriebes Bild 6 Einen
schematischen, in die Ebene abgewickelten Pum= penaufbau (mit Druckausgleich, ohne
Aufladung) Bild 7 Ansicht R von Bild 1 Bild 8 Einen Schnitt durch Bild 17 in der
Ebene O-D Bild 9 Einen Ausführungsvorchlag des Lenkhebelgetriebes Bild 10 Einen
Ausführungsvorschlag des Lenkhebelgetriebes Bild 11 Einen Ausführungsvorschlag des
Lenkhebelgetriebes Bild 12 Einen Ausführungsvorschlag des Lenkhebelgetriebes Bild
13 Einen Schnitt des Bildes 12 auf der Ebene A-B Bild 14 Eine schematische Darstellung
der hydrostatischen Ab stützung von Bild 12 Bild 15 Einen Schnitt durch die Verteilerscheibe
lol des Bildes 17 Bild 16 Einen Schnitt in der Achsenebene des Rotors durch das
Schwenk-und Lenkgetriebe Bild 17 Einen Längsschnitt in der Ebaae der Rotorachse
(mit Aufladung) Bild 18 Eine schematische Pumpenteileanordnung einer regel baren
Axialkolbenpumpe mit stetiger Förderung und Aufladung Bild 19 Einen Schnitt durch
Bild 16 in der Ebene A-3 Numerisches Sachverzeichnis Blatt 1 Numerisches Sachverzeichnis
Blatt 2
In Bild 1 ist sch.matisch eine regelbare Axialkoibenpumpe
mit stetiger Förderung ohne Aufladung aber mit Druckölausgleich gezeigt.
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Das Gehäuse 1 ist mit Schrauben 4 mit Stellgetriebeflansch 2 und dem
Schwenkgetriebeflansch 3 fest verbunden. Zentrisch im Gehäuse 1 ist die Ver@@@gegungszelle
23 angeordnet. Diese nimmt auf zwei Führungszylinder 27 mit Verdrängungsstollen
26, letztere mit der Stirnfläche 24 in der Verdrängungszelle und der Stirnfläche
28 vor den Druckstücken 29 des Doppelstellhebels 30 auf bekannte Weise mit der Stirnverzahnung
der Gewindezahnstange 31, dem Gewindemitterschneckenrad 32 und der Stellschnecke
33 kraftschlüssig im Eingriff. Die Verdrängungszelle 23 besitzt einen ringförmigen
Einstich nach einer Stirnseite sich öffnend und zwei um 1800 versetzte Durchbrüs
che zum öldichten Durchlaß der Verdrangungsstollen 26. Der Kanal 35 verbindet jeweils
die vor dem Stollen liegenden Ringnutenzonen. Er ist nicht geradlinig geführt, vielmehr
stehen die einzelnen Kanalteile in einem stumpfen Winkel zu= einander, damit Saugraum
und Druckraum beim Durchlauf der Kolbenzapfen nicht über diesen kurzgeschlossen
werden. In den Lagern 16 u.14 wird der Rotor 15 radial und axial ortsfest zentrisch
zur Verdrängerzelle 23 gelagert. Im Rotor sind achsparallele Bohrungen in gleichmäßiger
Teilung um die Rotor achse zur Aufnahme der Differentialkolben 11 vorgesehen. Durch
die Differentialfläche i8 und Ringfläche 19 werden diese Zylinderbohrungen in die
Zylinderräume 17 u.20 aufgeteilt mit Hilfe des Kanals 21 und Seitenöffnung 124 ist
der Ringzylin= derraum 20 mit der Verdrängungszelle 23 verbunden. Different tialzylinderräume
17 sind durch den Ringkanal 37 untereinan.
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der und durch den Kanal 38 über die Drossel 36 mit dem Ausgleichskanal
35 verbunden. Diese Anordnung gilt für die Aus führung ohne Aufladung1 aber mit
Druckausgleich. Bei der Ausführung mit Aufladung wird der Differentialzylinderraum
17 durch die Zufuhrkanäle 1o9 an die Verteilerplatte lol Bild 15 angeschlossen.
Der AnschluB der Zufuhrkanäle 109 an die Radiale nuten 1o4
u01o6 zur Ringkanalbildung zur Aufladung bzw. Entspannung vollzieht sich bei Drehung
des Rotors 23 selbsttätig. Der ringförmige Einstich der Verdräna
gerzelle
23 öffnet sich zur rotor hin zur Aufnahme der frei herausragenden Kolbenzapfen der
Differentialkolben 11. Die Zwischenräume zwischen den Kolbenzapfen werden durch
eine von den Kolbenzapfen durchbrochenen Bund des Rotors 23 abgedichte tet.
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Bild 5 stellt den geometrischen bzw. kinematischen Aufbau des Schwenk-und
Lenkgetriebes dar. Die Differentialaxialkolben werden um die Mitte M auf dem Kolbenkreis
geführt. Ihre Ver= bindung zur Schwenkscheibe übernehmen die Lenkhebels Diese sind
um eine Drehachse, welche im Abstand des Kolbenradius aud der Kolbenmitte in Drehrichtung
auf der Tangente an den Kolbenkreis verschoben, in dessen Schnittpunkt mit der Kol=
benachse angeordnet sind. Der bei allen Lenkhebeln gleiche Lenkhebelradius ist etwas
größer als der Kolbenradius, um Ausschläge des Lenkhebelradius in der Nähe des Kolbenkreis=
radius von M zur Kolbenachse zu erhalten. Der axiale Still= stand der Differentialkolben
wird durch Zwangs führung der Lenkhebelkugeln durch zwei Geradführungen parallel
zur Schwenkachse im Abstand der Hauptachse einer Ellipse aber kleiner als der Kolbenkreisradius
in der Schwenkebene er= zeugt. Die axiale Beschleunigung der Differentialaxialkolben
wird durch die Zwangsführung der Lenkhebelkugeln in der um den Schwenkwinkel ß herumgeschwenkten
Halbellipse mit der Nebenachse größer als die Hälfte des Kolbenkreisradius erzeugt.
Der sich hierbei zwangsläufig ergebende Radius RM zum Kolbenkreismittelpunkt M erzeugt
zusammen mit dem Drehwin= kel bei gegebenem Schwenkwinkel ß die an dieser Bllipsenstelle
vom Lenkhebel an den Differentialaxialkolhen weitergeleitete axiale Bewegung, deren
Parameter sind: axialer Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Die Haupt-und ReS
benachse der Ellipse sind so zu wählen, daß der Lenkhebeln ausschlag beim Durchlauf
durch die Zwangsführung nach beiden Seiten der Verbindungslinie von seinem Drehpunkt
zum Axiala kolbenmittelpunkt ungefähr gleich iat.
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Bild 6 zeigt einen schematischen in der Bildebene abgewikkelten Aufbau
der erfindungsgemäß zur stetigen Förderung ohne Aufladung aber mit Druckausgleich
von der Entspannungszone zur Aufladungezone benötigten Verdrängerteile0 Es sind
im einzelnen: die Verdrängerzelle 23 mit den verschiebbaren
Verdrängungsstollen
26, der Rotor 15, die Differentialaxialkolben 11, mit den ölkanäle 21 und den Seiten
öffnungen 124 in Drehrichtung, die Differentialzylinderräume 17, die Ringzylinderräume
20, die Ringflächen 19 auch mit A2 bes zeichnet, die Kolbenzapfenstirnflächen 24
auch mit Al ben zeichnet, der Ringkanal 37, die Druckölkanäle 4o, die ZuS strömnuten
46, das Maß h als Betrag der axialen Stellungsdif= ferenz der Verdrägungsstollenstirnflächen
25 als die das Förderungsvolumn regelnde Größe. Richtungspfeile weisen auf die Drehrichtung,
die axiale Richtung der Kolbenverschiebung und die Richtung der Ölströme hin.
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Bild 8 stellt einen Schnitt durch Bild 17 in der Ebene C-D dar. Bs
bildet den schematischen Aufbau der automatischen Aufladungs-bzw. Entladungseinrichtung
ab.
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Die Verdrängerzelle 23 wird durch die fliegenden an drei Flächen in
Teil 23 mit geringem Spalt vorbeigleitenden Kol= benzapfen 11 zusammen mit den Verdrägungsstollen
26 in den Saugraum 54 und den Druckraum 43 geteilt. Die Drehung der Kolbenzapfen
11 erfolgen in Pfeilrichtung. Durch den wirksamen Druckunterschied vor den Stirnflächen
des Ventilkol bens 57, wird dieser in eine Endlage verschoben. Hierbei wird der
Druckölstrom aus dem Kanal 58, von der Hilfspumpe 59 gefördert, mittels Druckölkanal
49 und Zuströmnuten 46 in don Aufladungsraum geleitet. Sobald ein Kolbenzapfen den
Saugraum abgesperrt hat, wird Drucköl am Abfiießen in diesen geX hindert, und,da
nunmehr alle mit dem Raum 44 in Verbindung stehenden Rotorzylinderräume 20 u.17
mit Drucköl aufgeladen werden, wird vom Zeitpunkt der Absperrung vom Saugraum an
bis zum Zeitpunkt der Öffnung zu Druckraum hin Drucköl zu= geführt. Das Zuführvolumen
ist direkt abhängig vom Zufuhr= druck und umgekehrt abhängig vom Strömungswiderstand.
Da die zur Aufladung notwendigen Ölvolumen bezogen auf die Gesamt= förderung gering
sind, werden trotz der relativ kurzen Zeit= spanne in der zugeführt wird, die Zufuhrgeschwindigkeiten
in einem Bereich von 4-6 m/sec. zu begrenzen sein. Das bedeutet gleichermaßen, daß
die dem Aufladungsstrom entgegen= wirkenden Strömungswiderstände ebenfalls relativ
gering bleiben, zumal die durchflossenen Kanäle für größere ölvolumen
hinsichtlich
auftretender Strömungswiderstände in der neutralen Förderzone bemessen werden müßtem.
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Beim Verschieben des Ventilkolbens wird die Zuströmnute 46 im Entspannungsbereich
d.h. auf der Austrittsseite aus dem Druckraum gesperrt. Das vorgespannte Ölvolumen
im Entladungsraum 56 kann über die Rückschlagdrossel 45 beim Abf luß in den Saugraum
durch Kanal 52 entspannt werden. Eine schlag= artige Entspannung beim zwangweisen
Anschluß des Aufladungs= raumes 56 an den Saugraum 54 kann somit vermieden werden.
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Bild 9 zeigt schematisch ein K Lenkgetriebe als mögliche Variante
mehrerer Ausfphrungsarten, welches in diesem Fall nur nach einer Richtung hin kraftschlüssig
schließt. Es besteht aus dem Kugelstössel 61, mit Kugel 81, dem Wälzaxiallager 62,
dem Wälzaxiallager 63, dem Lenkhebel 64, dem Gleitsegment 65 mit Öldrucktasche 69,
dem Ring 66, dem Zapfen 71 und der Dros= sel 67. Die Kugel 81 des Kugelstössels
61 rollt in der Linear -Ellipsenführung und versetzt dabei diesen in Drehung um
seine Mittelachse in den Wälzlagern 62-63 im Lenkhebel 64. Der Letz= tere kann,
der Kugelführung folgend, um den Zapfen 71 pendeln.
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Diese Pendelbewegungen übernimmt auch das Gleitsegment 65, da es einmal
mit dem Lenkhebel 64 auf bekannte Weise mit Schrauben oder Stiften verbunden ist,
und zum anderen wie dieser um den Zapfen 71 pendeln kann. Die Öldrucktasche 69 bildet
mit den Randstegen ein hydrostatisches Längslager. Diese ist in ihrem Durchmesser
so bemessen, daß bei Lenkausschlägen die Druckölzuf uhr aus der Drossel 67 mittels
Kanal 68 gewährt bleibt. Die Schiefstellung des Kanals 68 läßt die Ölaustritts=
öffnung in die Bahn des Lenkhebelradius führen. Diese MaBnsh= me verringert den
Durchmesser der Öldruckstasche 69, Der Ring 66 verbindet kraftschlüssig Zapfen 71
mit Kolben 11.
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Bild lo zeigt schematisch ein Lenkgetriebe, welches sich von dem auf
Bild 9 gezeigten prinzipiell durch den Axialkraft= schluß nach beiden Richtungen
mittels Abwälzung in einer Zwangsführung unterscheidet. Der Bund 75 des Kugelstössels
61 wird mittels Wälzaxiallager 62 und Kegelringe 76 spielfrei auf den Kegelmantelrollbahnen
77 u.78 geführt. Lenkausschläge des Lenkhebels 64 führen zurzwangsweisen Abwälzung
der Kegelringflächen der Kegelringe 76 auf den Kegelmantelroll= bahnen 77 u 78.
Der Lagerflansch 7@ 72 bildet mit dem
Zapfen 74, der Pendelzwangsführung
um die Mitte des Zap= fens 74, dargestellt durch die Kegelmantelrollenbahnen 77
u.
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78, ein einziges Stück. Befestigt wird Teil 72 mittels Paß= stift
an dem Differentialaxialkolben 10. Der Lenkhebel ist von jeder Längskraft entlastet
und übt praktisch keine BeS lastung auf die Scheibe 79, gehalten durch den Sicherungs=
ring 80, aus.
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Bild 11 stellt einen schematischen Lösungsvorschlag analog demjenigen
des Bildes 10 dar. Hier ist die axiale Lagerung 62, und die Kegelringe 76 durch
einen einfachen Doppelke= gelbund 82 am Kugelstössel ersetzt, welcher die axiale
Füh= rung der Teile 72 u.61 auf den Kegelmantelrollbahnen 77 u.78 beim Pendeln des
Lenkhebels 64 um die Zapfenmitte ermög8 licht. Dabei tritt ein Abwälzen der zugeordneten
Kegelflä= zehen auf einander eine Deshalb ist hier die Kugel 81 in einer Kugelpfanne
gelagert, um eine Drehung in dieser Ku= gelpfanne zu ermöglichen.
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Bild 12 zeigt einen weiteren schematischen Lösungsvorschlag des Lenkhebelgetriebes.
Durch die Aufnahme des Lenkhebels 87 in das durch den Flansch 83 und Flanschdeckel
86 gebildete Schwenkgehäuse 98 mit äußerer zylindrischer Form zentrisch zur Kolbenachse
kann die Lagerung außermittiger und schief= winkliger Kräfte durch eine Gleitführung
in einer passenden Bohrung des Rotors 15 relativ nahe an der Schwenkscheibe erX
folgen. Die Biegungsmomente am Differentialaxialkolben 11 werden auf diese Weise
vermieden. Flansch 83 wird mittels geteilter Klammer 84 mit dem Flanschdeckel radial
und axial starr verbunden. Eine weitere Verdmehungssricherung für die Teile 83,84.86,
stellt die Paßfeder 88 dar, welche außerdem eine Führung in der Nute 89 gegen Verdrehen
relativ zum Roa tor übernimmt. Diese Ausführung ist nach beiden axialen Rich= tungen
kraftschlüssig. Durch die Führung in der Rotorbohrung werden die Hälften der geteilten
Klammer 84 am selbsttätigen Lösen gehindert. Mittels ölkanal 40 gelangt Drucköl
in die hydrostatische Lagerung des Flansches 94. Diese besteht aus drei oder mehr
als drei öldrucktaschen 91 in der Gleitfläche 95 mit den ölkanäle 93 zur Dreifach-oder
Mehrfachdrossel 90 bekannter Bauweise und deren Druckölkanälen 92 zum Ölkanal 4o
hinführend. Die Aussparung loo im Lenkhebel soll die unge
hinderte
ölzufuhr bei einer Auslenkung zur hydrostatischen Lagerung gewährleisten slbst aber
auch eine gewisse AxialY komponente gegen den auftretenden Axialschub eingeleitet
durch die Schwenkscheibe erzeugens Der Lenkhebel 87 kann sich im Flanschdeckel 86
durch eine Nierennute 99 zentrisch zum Bolzen 85 innerhalb des vorgesehenen Aus
schlages frei bewegen. Geführt wird der Lenkhebel mittels Kugel 81 in der
geteilten Kugelpfanne 97, welche von einer Bohrung des Flansches 94 aufgenommen
wird, und mittels Zylinderzapfen gleichen Teiles durch Rollenlager 96 in der Zwangsführung
geführt wird.
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Bild 13 zeigt schematisch die hydrostatische Gleitiläche des Flansches
94.
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Bild 14 zeigt das Prinzip der hydrostatischen Dreipunktab= Stützung
bekannter Bauweise.
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Bild 15 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Verteilers scheibe
101 des Bildes 17. Diese übernimmt durch ebene Anlage an die Rotorwellenstirnfläche
öldruckdioht die Zufuhr von Aufladungsöl, die Abfuhr von Entspannungsöl, sowie die
Ringschaltung von Vorschuböl für die Differentialaxialkol= ben. Über die Drossel
103 und die Kanäle 110 werden die im Ring geschalten Räume mit Drucköl zum Ausgleich
von Leck= verlusten und zum Ersatz der durch den Kanal 40 zur hydro= statischen
Längs lagerung abfließenden ölmenge versorgt.
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Bild 16 zeigt eine schematische Darstellung des Schwenk-und Lenkgetriebes
im Seitenschnitt auf der Ebene der Rotorachse.
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Das Schwenkgehäuse 114 mit seiner Schwenkachse 13 ist im radialen
Schwenksitz 12 des Schwenkflansches 3 ortsfest und drehbar um die Schwenkachse 13
gelagert. Das Schwenkgehäu= se 114 nimmt zentrisch gelagert zum Schnittpunkt der
Sohwonkachse 13 mit der Rotorachse 9 folgende Teils auf: die Lager= scheibe 113
mittels Lager 62 u.63 radial und axial gelagert, die äußeren und inneren Lenkringe
111 u.112 der Linear-Ellipsenführung, die Führungsscheiben 115 u.116, die Flansche
94, die Rollenlager 96 und die Kugelgelenke bestehend aus den Kugeln 81 und den
geteilten Kugelpfannen 97. Die Lenkhebel 87 sind-axial ortsfest zwischen den Stirnflächen
der Flansohe 83 und der Flanschdeckel 86 gelagert, können jedoch um ihre
Lagerbolzen
85 schwingend pendeln. Die gedachte Mitte dieser Lagerbolzen ist in Drehrichtung
um den Kolbenradius der Pifferentialaxialkolben 11 1 verschoben, sodaß sich die
Schwenkbewegungen dar gedachten Lenkhebelmitten, welche auch durch die Kugeln 81
gehen ungefähr in der Mitte der Kolben= stirnflächen erstrecken. Auf diese Weise
werden der Lenkhe= bel von den Kolben bei deren Drehung durch das Linear-Ellip=
sengetriebe hindurchgeschleppt, und die Abweichungen von einem gedachten gemeinsamen
Radius vom der Rotormitte zu den Kugelmittelpunkten der Kugeln 81 zu den Differentialaxial
kolben ohne störenden Einfluß auf eine möglichst symetrische Beschleunigungsverteilung
innerhalb der Beschleunigungszonen 2 u.4 bleiben. Paßfeder 88 führen die Flansche
83 geradlinig zum Rotor in den Gleitnuten 89. Die Differentialaxialkolhen 11 sind
mit Hilfe der Stifte 73 mit den Flanschen 83 verbund den. Eine unlösbare Verbindung
zwischen Flanschen 83 und Flanschdeckeln 86 gewährleisten die geteilten Klammern
84, da diese von der Rotorbahrung, in welcher diese Teile ge= meinsam gleiten, in
ihrer Stellung festgehalten werden.
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Bild 17 zeigt neben dem gleichen schematischen Aufbau wie Bild 1,
die für die Ausführung mit Aufladung notwendigen Teile im Schnitt in der Ebene der
Rotorachsenmitte. Die Verdrängungszelle 23 nimmt zentrisch die Verteilerplatte 1o1
auf. Diese liegt mit ihrer ebenen Stirnfläche 122 drucköldicht vor der Rotorstirnfläche
123. Zwei um 180Q versetzte Ringe 102 übernehmen die Sicherung gegen Verdrehen der
Ver= teilerplatte 101 und die Zufuhr des Hilfspumpendrucköls aus dem Kanal 58 über
die Ringnuten 50 mit Hilfe des Ventilkol= ben 57. Der Zylinderraum 17 der Rotoraxialzylinder
ist durch Kanal 1o9 bei Drehung der Pumpenwelle 9 Abwechselnd an die Auf ladung,
Ringleitung, an die Entspannung, und wieder an die Ringleitung angeschlossen. Drossel
1o3 übernimmt die Senkung des Hilfspumpendruckes auf den erforderlichen Druck im
Ringkanalsystem zum Ausgleich von Leckverlusten und zum Ausgleich der durch die
hydrostatische Lagerung im Flansch 94 abfließenden ölmengen. Eine zusätzliche Darstellung
des schematischen Aufbaues der automatischen Aufladung-und Ent= spannungs einrichtung
ist im Bild 8 gezeigt.
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Dieses zeigt einen Schnitt C-b normal zur Rotorachaenmitte.
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Die Verteilereinrichtung ist zusätzlich auf Bild 15 dargestellt.
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Bild 18 zeigt den schematischen prinzipielen Aufbau einer in die Ebene
abgewickelten Anordnung der erfindungsgemä= ßen Pumpenförderteile für eine Ausführung
mit Aufladung wie Verdrägungszelle 23, Verdrägungsstollen 26, Differential= axialkolben
11, Differential-und Ringzylinderräume 17 u.20, ölkanal
21 und Seitenöffnung 124 zur Vera bindung des Ringzylinderraumes 2o mit der Verdrängerzelle
23 Rotor 15, Zylinderkanäle 109, Zuströmmunten 46, Differential= kolbenflächen 18
auch mit A3 bezeichnet, den Ringflächen 19 auch mit A2 bezeichnet, Differentialaxialkolbenstirnflächen
24 auch mit Al bezeichnet, Förderhöhe h als axialem, relativ ven Verstellungsmaß
der Verdrängerstollen 25, Verdrägungs= stollen 26, Druckölkanäle 4o zur Förderung
von Drucköl zu den hydrostatischen Lagerungen der Differentialaxialkolbenfüh= rungskräfte.
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Bild 19 zeigt einen Schnitt auf der Ebene A-B des Bildes 16.
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Es stellt die Mitnehmereinrichtung des Lagerringes 113 durch die Mitnehmer
117 in den Nuten 118 dar, welche in gleichmär Bigen Winkelabständen auf der Gleitfläche
des Lagers 113 angeordnet sind.
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Anhand dieser Ausführungen wird ersichtlich, daß die gestell= te Aufgabe
einer regelbaren, stetigen Druckölförderung erfindungsgemäß gelöst werden kann.
Bedeutet schon der pulsaa tionsfreie Ölstrom für die Antriebtechnik der hydrostatik
einen technischen Vorteil, so wird dieser noch durch einen weiteren nämlich den
der großen Förderleistung bei gleichen Abmessungen der zur Förderung dienender Teileergänzt.
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Zu einem Volumenvergleich einer herkömmlichen Axialkolben pumpe ist
zu beachten, daß im herkömmlichen Fall das Förder volumen Ql bezogen auf die Drehzahl
1 des Pumpenrotors abhängt von folgenden Größen; dem Kolbendurohmesser d, dem Kol=
benhub H und der Anzahl der Kolben Z.
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Es ist Ql o,786 . d2 .Z . H
Das Fördervolumen Q2
der erfindungsgemäßen Axialkolbenpumpe leitet sich aus den Größen wie dem Kolbenkreisdurchmesser
Dk, dem Kolbenpumpendurchmesser d und dem Kolbenhub H bei der Drehzahl 1 ab.
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Q2 = 3,14 . Dk . d . H werden d,@ und H gleich 1 gesetzt, so ergibt
sich Q1 = 0,786 . Z und Q2 = 3,14159 . Dk 1,33 d . Z da Dk = ist, wird Dk = 0,42441
Z 3,14159
Bezogen auf Q1 bedeuetet dies eine Fördermengensteigerung von ca 69%.