DE2215891A1

DE2215891A1 - Kolbenpumpe oder Motor mit veränderbarem Volumen

Info

Publication number: DE2215891A1
Application number: DE19722215891
Authority: DE
Inventors: Charles Anthony Oxnard Calif. Kubilos (V.StA.)
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1971-03-29
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1972-10-12
Also published as: GB1387491A; US3733963A; CA969027A

Description

PATENTANWÄLTE 9 *? 1 R ß Q 1

DIPL. .NG. WALTER MEISSNER ^DIPL· ^ΙΝβ' ^HERBERT T.SCHER

MÖNCHEN

DIPL. ING. PETER E. MEISSNER ™PL, ING. H.-JOACHIM PRESTING

BERLIN „-„Λ

1ft. MR1197?

1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den HERBERTSTRASSE 22

ABEX CORFORiITION, New York/N.Y. - USA Kolbenpumpe oder Motor mit veränderbarem Volumen

Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenpumpen und Motore mit veränderbarem Volumen im allgemeinen und auf den Mechanismus zum Einstellen der Verschiebung sich ändernder Einrichtungen einer Pumpe oder Motor mit veränderbarem Volumen im besonderen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dieser Mechanismus zum Ändern der Lage des Verschiebungsänderungselementes ein Servomechanismus, der entsprechend der Größe eines elektrischen Befehlssignals dieses Elementes in seiner Lage einstellt«

Die Verschiebung oder das Volumen der durch eine Kolbenpumpe oder einen Motor mit veränderbarem Volumen gepumpten Flüssigkeit wird durch die Winkeleinstellung einer Kolbensteuerplatte oder einen sogenannten "Aufhänger" gesteuert. Die Winkeleinstellung dieses Aufhängers bestimmt den Hub des Kolbens in der Pumpe oder im Motor während der Hin- und Herbewegung des Kolbens in einem Zylinder, der sich zu dem sich nicht drehenden winkeligen Aufhänger dreht.

Wenn die Platte oder der Aufhänger zur Achse des Zylinders senkrecht verläuft, gehen die Kolben während der Drehung des Zylinders in diesem nicht hin und her. Wenn

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aber die Platte oder der Aufhänger bei einem zur Zylinderachse größer werdenden Winkel eingestellt wird, wird der Hub oder die Strecke, in der die Kolben während jeder Umdrehung des Zylinders hin- und herschwingen, so vergrößert, daß auch das Volumen der durch das Gerät gepumpten Flüssigkeit proportional größer wird.

Die winkelige Lage des Aufhängers einer Kolbenpumpe mit veränderbarem Volumen kann durch Hand oder mechanisch geregelt werden. Im allgemeinen wird die Winkeleinstellung durch zwei am Aufhänger gegeneinander wirkende Kolben gesteuert, so daß er sich zur Achse des den Kolben enthaltenden flinders drehen kann.

Die Erfindung bezieht sich besonders auf die Anwendung einer Drehkraft einer Kolbenpumpe oder eines Motors mit veränderbarem Volumen zum Bewegen des Aufhängers. In vielen Fällen ist die zum Bewegen des Aufhängers verfügbare Kraft oder Drehkraft begrenzt und ist ein bestimmender Faktor in der Anwendbarkeit des Gerätes für einen besonderen Fall. Beispielsweise werden manche Pumpen mit veränderbarem Volumen durch Servoventile gesteuert. Diese Ventile regeln die Bewegung des Aufhängers durch Betätigung entsprechender Regelmotore entsprechend einem Befehls- oder Steuersignal. Dieses Signal kann entweder elektrisch oder hydraulisch sein. Das Signal bewirkt wiederum im allgemeinen die Bewegung eines Ventils, das die Strömung der Flüssigkeit oder die Kraft für die Motore zur Lageeinstellung des Aufhängers regelt. Wenn die zum Bewegen des Ventils und die zum Bewegen des Regelmotors verfügbare Kraft begrenzt ist, wird auch die Größe oder das Volumen der Pumpe für diesen besonderen Fall begrenzt, da Pumpen mit größerem Volumen größere Kräfte oder Drehmomente zum Bewegen des Aufhängers erfordern.

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Eine wichtige Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues und verbessertes Verfahren zum Verringern der Kraft oder des Drehmomentes, die bzw. das für die Bewegung eines Aufhängers einer Pumpe oder eines Motors mit veränderbarem Volumen notwendig ist, und eine entsprechende Anordnung hierfür anzugeben. Dadurch ermöglicht die Erfindung kleinere Motoren und Ventile von geringerer Kraft oder Drehmoment zum Regeln der Bewegung des Aufhängers von Kolbenpumpen und Motoren mit veränderbarem Volumen.

Ein Fall, bei dem das verfügbare Drehmoment zum Bewegen eines Pumpen- oder Motoraufhängers kritisch und die Anwendbarkeit von Pumpe oder Motor auf einen besonderen Fall beschränkt ist, ist beispielsweise der von servogeregelten Kolbenpumpen oder Motoren mit veränderbarem Volumen bei Flugzeugen. Diese Pumpen verv/enden im allgemeinen ein elektrisch gesteuertes Düsenrohrservoventil zum Regeln der Verschiebung oder Bewegung der Aufhänger von Regelmotoren. Da die Kraft oder das Drehmoment aus einem Düsenrohrservoventil sehr beschränkt ist, wird das Düsenrohrventil im allgemeinen in Kombination mit einem Ventil einer zweiten Stufe benutzt, um Lageränaerungen von Pumpen- oder I'otoraufhänger zu bewirken. Das Servoventil der zweiten Stufe ermöglicht es, eine größere Strömung oder einen größeren Druck an die KoI-benmotore zu legen, die die Aufhängeverschiebung regeln« Zusätzlich zur zweiten Stufe nimmt aber die Zuverlässigkeit der Anlage ab» Bei Flugzeugen ist aber die Zuverlässigkeit wichtig und deshalb ist es wünschenswert, wenn möglich, die zweite Stufe wegfallen zu lassen. In vielen Fällen, die wegen der aus dem Düsenrohrventil verfügbaren Kraft nie möglich waren, war es gerade einfach nicht ausreichend, mit dem erforderlichen Ansprechen auf die Rege!verschiebung des Aufhängers Pumpe oder Motor zu bewegen.

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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die verfügbare Kapazität oder Größe von Pumpe oder Motor mit veränderbarem Volumen zu erhöhen, die von einem Servoventil besonderer Größe und Kapazität durch Verringern der Kraft zum Einstellen von Änderungen des Volumens oder zum Steuern der Verschiebung von Pumpe oder Motor geregelt werden kann.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die zum Bewegen eines Aufhängers oder einer Verschiebungsänderungseinrichtung einer Pumpe oder eines Motors mit veränderbarem Volumen notwendige Kraft zu verringern. Wenn die Kraft oder das Drehmoment zum Bewegen verringert wird, kann auch die Größe, die Kapazität und die Komplexität von Motor und Motorregelanlage zu dessen Bewegung entsprechend verkleinert werden.

Das an einen Aufhänger angelegte Drehmoment steigt durch die Kolbenträgheit direkt proportional zur Winkeleinstellung des Aufhängers und im Quadrat der Umlaufgeschwindigkeit der Kolben oder der diese enthaltenden Zylinder an. Dieses Drehmoment kann für eine Pumpe mit

2 2 veränderbarem Volumen nach der Formel T ■ V2 R w M tang mathematisch errechnet werden, wobei R der Bohrungsradius, der Aufhängerwinkel, M die Kolbenmasse und w die Winkelgeschwindigkeit der Pumpe ist. Das heißt, das Drehmoment, das an den Pumpenaufhänger einer Pumpe mit veränderbarem Volumen als Ergebnis der Kolbenbeschleunigung gelegt wird, ist direkt proportional dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit der Kolben zum Aufhänger. Diese Kraft wirkt stets als Feder, die den Winkel des üufhängers zur Drehachse des Zylinders zu verschieben und zu vergrößern versucht.

Ein Merkmal der Erfindung ist der Gedanke des Anlegens einer Trägheits- oder Beschleunigungskraft, die dem

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Drehmoment des Aufhängers einer Kolbenpumpe oder eines Kolbenmotors entgegengesetzt ist und die quadratisch proportional der Drehgeschwindigkeit von Pumpen- oder Motorzylinder ist*

Ein anderes Merkmal der Erfindung ist das Befestigen einer feststehenden Hilfsverschiebungspumpe unmittelbar am Zylinder von Pumpe oder Motor zum Erzeugen einer Kraft, die dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit des Zylinders von Pumpe oder Motor proportional ist. Diese proportionale Strömung wird dann durch eine feststehende öffnung geführt, so daß der so erzeugte Druck das Quadrat der Strömung und somit das Quadrat der Drehgeschwindigkeit des Pumpenzylinders isto Dieser Druckkraft dient dann dazu, dem Kolbenträgheitsdrehmoment am Pumpenaufhänger entgegenzuwirken. Dies geschieht durch Anlegen des Drucks einer Hilfspumpe, nachdem er durch eine feststehende öffnung hindurchgegangen ist, an einen Kolben, der an einen am Aufhänger befestigten Kurbelarm angreift und der Winkelbewegung des Aufhängers aus der Stellung entgegenwirkt, in der er zum Zylinder der Pumpe senkrecht steht. Durch richtiges Dimensionieren der Öffnung und durch Wahl einer feststehenden Hilfsverschiebungspumpe mit dem erforderlichen Durchfluß oder der erforderlichen Kapazität kann das durch den Trägheitskolben an den Aufhänger gelegte Drehmoment zu dem durch Beschleunigung oder Trägheit der Kolben an den Aufhänger gelegten Drehmoment genau eingestellt und dadurch aufgehoben werden₀ Folglich kann dadurch das ganze zum Bewegen des Aufhängers durch alle seine Winkelsteilungen notwendige Drehmoment verringert werden.

Es ist allgemeine Praxis bei Kolbenpumpen und Motoren, an den Aufhänger eine Feder zu legen, um ihn zu einer Mittelstellung vorzuspannen, in der keine Strömung durch

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die Pumpe stattfindet. Dies gilt besonders bei druckkompensierten Pumpen oder Motoren. Eine solche Anordnung zeigt die amerikanische Patentschrift 3,416,4-52. Diese Patentschrift beschreibt auch eine Anordnung zur Verwendung hydraulischen Druckes an der Ansaugöffnung des Gerätes, wenn es als Motor wirkt, um die Aufhängerrückseite zu einer zentrierten oder Nicht-Verschiebe-Lage vorzuspannen. In jedem Fall, ob nun die Vorspannkraft durch einen Kolben oder eine Feder angelegt wird, ist die Vorspannkraft nicht proportional und steht in keiner Beziehung zur Geschwindigkeit des Rotors oder Kolbens des Gerätes. Sie ist deshalb der Trägheit oder Beschleunigung der Kolben nicht proportional und folglich kompensiert sie nicht das Trägheitsdrehmoment am Aufhänger oder wirkt ihm entgegen Demnach bewirkt sie nicht die Ergebnisse nach der Erfindung, d.h. sie fordert für das Bewegen der Verschiebesteuerung und das Ansprechen auf diese nur ein kleineres Eingangsdrehmoment.

Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß eine geringere Kraft der Steueranlage zum Bewegen eines Aufhängers oder eines Verschiebeanderungselementes einer Kolbenpumpe oder eines Motors mit veränderbarem Volumen benötigt wird. Durch Verringern der zum Bewegen notwendigen Kraft kann die Zuverlässigkeit und die Frequenzansprechfähigkeit der Steueranlage erhöht werden.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:

Figur 1 eine Seitenansicht einer Pumpe nach der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Pumpenaufhängers nach der Erfindung;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung des Pumpenaufhängers und eines Pumpenaufhängerträgheitskol- ;

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bens nach Figur 2; und

Figur M- ein Vektorendiagramm des an einen Aufhänger einer Kolbenpumpe oder eines Motors angelegten Drehmomentes»

In Figur 1 wird eine Axialkolbenpumpe oder Motor 1 mit veränderbarem Volumen in Seitenansicht und teilweise im Schnitt und in Figur 2 scheiaatisch gezeigte Die Pumpe besitzt ein einstellbares Yerschiebungsänderungselement 2, das durch parallele, ausgerichtete Flüssigkeitsmotoren 3 betrieben wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Verschiebesteuerung 4 voη der Art der Düsenroxirservoventile. oie enthält ein Düsenrohreinstufenservoventil 5> das unter Druck stehende Flüssigkeit aus einer Druckwelle oder Hilfspumpe zum Flüssigkeitsmotor über eine ITebeiistrecke oder ein Absperrventil 7 führt;, das Ton ©iiisa solenoidbetriebenen Ventil δ gesteuert wird= Das geseigts Ausfiihrmigsbeispiel enthält die Ventile 7 und S₃ aber die Anlage kann auch ohne diese Ventils betrieben ivez'aen₅ so daß diese wegfallen können, ohne daß die Arbeitsweise des Jiisenr ohr servoventil s beeinträchtigt wird«,

Figur 1 zeigt besonders die Pumpe 1 mit einem Zylinder 9, der sich in einem Gehäuse 1o befindet, mit einer Öffnungsfläche 11, Einlaß- und Auslaßöffnungen 12 und 13 und einer Arbeitswelle 14. Der Zylinder enthält mehrere hin- und hergehende Kolben 16. Die Kolben 16 laufen zwangsläufig auf einer üblichen Taumelscheibe 15, die an einem Aufhänger 17 gehalten wird, der um Zapfen 18 in Kugellagern 19 im Pumpengehäuse 1o geschwenkt oder gedreht werden kann, damit der Winkel oder die neigung der Taumelscheibe 15 in bezug auf die Kolben 16 verändert werden kann.»

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Der Aufhänger 17 besitzt einen angeformten Arm 22, der mit dem Flüssigkeitsmotor und Hubsteuermechanismus in Eingriff steht. Der Hubsteuermechanismus 3 stellt den Neigungswinkel des Aufhängers 17 und somit der Taumelscheibe 15 in bezug auf die Kolben ein und bestimmt dadurch den Hub der Kolben 16 und Geschwindigkeit und Richtung der Strömung durch die Pumpe 1.

Die Pumpe 1 ist von der Kreuzungsmitten-Art, bei der der Aufhängerarm 22 von einer Seite in die Mitten- oder Nullhubstellung nach Figur 1 an der anderen Seite geschwenkt werden kann, um die Richtung der Strömung durch die Pumpe bei einer gegebenen Drehrichtung der Welle 14 umzukehren. Die Erfindung kann somit auch mit Einseitenpumpen und Motoren verwendet werden, die auf die Größe, aber nicht auf die Strömungsrichtung eingestellt werden können»

Das elektr©hydraulische Dusenentladeservoventil 5» den Flüssigkeitsmotor 3 über das Absperrventil 7 betätigt, besitzt einen verschiebbaren Drehanker 26, an den ein Drehmoment einstellbarer Größe angelegt werden kann. Der Anker 26 drückt ein Düsenrohr 27 einzeln zu dem einen oder anderen zweier Aufnahme- oder Empfangsöffnungen 28 und 29 aus ihrer normalen Mittel- oder Nullstellung zwischen den Öffnungen. Das Düsenrohr 27 ist an seinem unteren oder nassen Seitenende über eine Rückführfeder mit dem Aufhänger 17 (Figur 2) mechanisch verbunden. Diese Verbindung besteht aus einem fest am äußeren oder oberen Ende des Aufhängers 17 befestigten Nocken 3o, dessen Fläche 31 durch ein Ende eines Nockenfolgearmes 32 in Singriff gebracht werden kann, dessen entgegengesetztes Ende 33 mit einem Sockel 34 (Figur 1) zur Aufnahme einer Kugel 35 versehen ist, die am unteren Ende einer Kraftübertragungsfederstange 36 befestigt

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ist. Das obere Ende der-!Feder 36 ist durch eine Klammer 37 fest mit dem unteren oder nassen Ende des Düsenrohres 27 verbundene Eine andere (nicht dargestellte) !Feder ist an einem Abschnitt des Pumpengehäuses befestigt und bringt den !Folgearm 32 mit der Nockenfläche 31 in Eingriff. Das mechanische Eückkopplungssystern ist im einzelnen in der amerikanischen Patentanmeldung Ser„ No₀ 858,6o4 rom 17· September 1969 der Anmelderin beschrieben.

Das elektrohydraulische Düsenentladeservoventil 5 kann von der Art sein, die in der amerikanischen Patentschrift 3,o17»864 beschrieben ist. Wie !Figur 2 zeigt, enthält das Servoventil 5 einen polarisierten Drehmommentmotor 44, der einen elektrischen Strom geregelter Größe von einer üblichen Stromquelle 45 aufnimmt. Der Drehmomentmotoranker 26 dreht sich um eine Achse 46 und ist mit dem Düsenrohr 27 verbunden, um dieses über kleine Strecken zu den beiden Aufnahmeöffnungen 28 und 29 zu verschieben,,

Die !Federstange 36 legt eine mechanische Rückkopplungskraft an das Düsenrohr, das sich mit der Lage des Yerschiebeänderungselementes 2 zur ',"/lederherstellung des Düsenrohres an eine Mittellage zwischen den beiden Aufnahmeöffnungen 28 und 29 verändert, wenn der Aufhänger eine Lage erreicht hat, die zum elektrischen Stroms'ignal aus der Quelle 45 in Beziehung steht.

Das Düsenrohr 27 besitzt einen Einlaß, an dem eine unter Druck stehende Flüssigkeit aus einer Druckquelle oder Hilfspumpe geliefert wird. An ihrem anderen Ende läuft das Düsenrohr 27 in eine Düsentülle 47 aus, die durch eine öffnung in einer Platte 48, die sich am Servoventilkörper 49 befindet, hindurchgeht. Die Düsentülle 47 liegt dicht neben den Aufnahmeöffnungen 28 und 29 und,

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wenn der Anker 26 aus seiner Mittellage zwischen den Aufnahmeöffnungen bei einem elektrischen Signal verschoben wird, wird die Düse der aus der Tülle 47 austretenden Flüssigkeit ungleich zwischen den öffnungen 28 und 29 aufgeteilt, wodurch eine Differenz in den Flüssigkeitsdrücken an deren Öffnungen erzeugt wird.

Die Aufnahmeöffnungen 28 und 29 liegen über Durchgänge

50 und 51 an dem durch Flüssigkeitsdruck betätigten Ventil 7> das ein Spulenventil ist. Das Ventil 7 steuert das Anlegen von Flüssigkeit aus den Durchgängen 5o und

51 zu den Flüssigkeitskolben des Flüssigkeitsmotors 3· Das Ventil 7 enthält eine in einer Bohrung 53 zwischen Endanschlägen 54 und ^ gleitende Spule 52. Diese besitzt verteilt angeordnete Randstege 56, 57 und 58, die mit der Spulenbohrung 53 zusammenarbeiten und Kammern 59» 6o, 61 und 62 ergeben. Die Bohrung 53 ist mit axial verteilten Einlaßrillen oder öffnungen 63 und 64 an den Durchgängen 5o bzw. 51 und auch mit axial verteilten Auslaßrillen 66, 67» 68, 69 und 7o versehen. Die Auslaßrillen 66, 68 und 7° liegen über einem Durchgang 72 an einem Flüssigkeitsreservoir oder Tank 73» mit dem das Gehäuse 49 des Servoventils 5 auch über eine Leitung 76 verbunden ist. Die Öffnungen 67 und 69 sind über Durchgänge 74 bzw. 7^> an zwei gegenüberliegenden gleichen Flächenflüssigkeitskolben verbunden, die den gegenüberliegenden Hubsteuermechanismus 3 enthalten. Der Anschlag 54 ist so bemessen, daß die Rillen 63 und 64 gesperrt sind, wenn die Rillen 66 und 68 offen sind.

Die Stege 56, 5? und 58 der Spule 52 sind so angeordnet, daß sie Druckflüssigkeit aus der Düsentülle 47 durch die Spulenkammern 6; und 61 zum HubHteueriaechanismus 3 über die Durchgänge 7-4 und ^^ führen oder die öffnungen 63 und 64 sperren und die Regeldruckflüssigkeit über den Durchgang/zum Tank 73 durchlassen.

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Das Ventil 7 ist ferner mit einer Jindöffnung 77 in der Kammer 59 versehen. Diese Öffnung 77 steht über einem Durchgang 73 mit ü-^eiSi solenoidbetriebenen Ventil 8 in Verbindung. Das Ventil 8 besitzt drei öffnungen 79» 8o und 81. Wenn sein Solenoid 83 erregt wird, legt das Ventil 8 Druckflüssigkeit aus der öffnung 8o, die mit einer noch zu beschreibenden Pumpe verbunden ist, über eine Leitung 84 an die öffnung 79 und in die Ventilkammer 59· Durch das Anlegen von Druck in der Kammer 59 an die Sndflache des Spulensteges 56 wird die Spule 52 gegen den Anschlag 55 in der in Figur 2 dargestellten Lage gegen die Vorspannungswirkung einer leder 85 gehalten.

7/enn das Solenoid 83 abgeschaltet wird, wird die Spule des Ventils 8 so bewegt, daß sie die öffnung 79 mit der Öffnung 81 verbindet, die über eine Leitung 86 zum Tank 73 führt. In diesem Zustand ist die Öffnung 8o gegen das fliegen von Druck an die öffnuEg 79 gesperrt. Dies gibt die Enddruckkraft an der Spule 52 frei, wodurch die Jeder 85 die Spule gegen den anderen Endanschlag 5^ drückt. Der Druck an der Leitung 84 aus der Druckquelle wird durch ein Hilfsventil 82 konstant gehalten, das die überschüssige Flüssigkeit in den Tank leitet.

Der Hubsteuermechanismus 3 enthält zwei parallele, ausgerichtete Flüssigkeitskolben oder Links- und Rechtskolben 88 und 89, die an gegenüberliegenden Seiten einer Verlängerung 9o des Aufhängerarmes 22 angreifen,. Vorzugsweise befinden sich zwei Druckfedern 94- und 95 zwischen den Enden der Kolbenzylinder 96 und 97 und den Enden der Kolben 88 und 89. Die Federn 94 und 95 sind gleich stark und halten normalerweise den Arm und somit den Aufhänger 17 in einer Mittel- oder Nullstellung»

j-ie Pampe 1 und das Servosteuersystem 4 zum Regeln der Verschiebung der Pumpe sind von üblicher Art und stellen

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keinen Teil der Erfindung dar. Eine vollständige Beschreibung der Pumpe und der Servosteuerung befindet sich in der bereits genannten amerikanischen Patentanmeldung Ser. No. 858,6o4.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Verringern des ganzen Drehmomentes,, das durch die Kolben 88 und 89 an den Aufhängerarm 22 angelegt werden muß, um die Taumelscheibe 15 zu verschieben- An diesem Ende enthält die Pumpe 1 einen Tragheitskolben 1oo und eine hydraulische Anlage zum Liefern einer unter Druck stehenden Flüssigkeit an den Kolben mit ei,ner Kraft, die die Kräfte, die durch die Trägheit der Kolben 16 des Zylinders 9 angelegt werden, kompensiert und ihnen entgegenwirkt.

Die Kolben 16 wirken auf die Taumelscheibe 15 und den Aufhänger 17 und legen ein Drehmoment an den Aufhänger, das mit der Winkelbildung des Aufhängers und mit der Geschwindigkeit des 2Jylinders 9 der Pumpe ansteigt. Das Drehmoment ist auf ein Trägheits- oder Beschleunigungsdrehmoment bezogen, weil es aufgezeichnet und der Trägheit der Kolben auf der Taumelscheibe 15 zugefügt, werden kann. Durch Vektorenanalyse kann das Drehmoment T als gleich V2 RwM tang angesehen werden, worin (siehe Figur M-) R der Radius der Bohrung, in der die Kolben 16 hin- und hergehen, der Aufhängerwinkel, M die Kolbenmasse und w die Umlaufgeschwindigkeit des Pumpenzylinders ist. Der Tragheitskolben 1oo ist so angeordnet und der Druck an ihm so groß, daß sie einander entgegengesetzt sind und vorzugsweise die Trägheitskraft am Aufhänger ^infolge Trägheit oder Beschleunigung der an dem Aufhänger wirkenden Kolben genau ausgleichen und aufheben. Die Ausdrücke "Trägheit" und "Beschleunigung" können hier untereinander ausgetauscht werden, weil diese

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beiden in Beziehung zueinander stehen und die eine eine Funktion der anderen ist.

Um eine Kolbenträgheit, die dem Aufhänger 17 entgegengesetzt ist, anzulegen, wird ein Kurbelarm 1o3 sun einer radialen Fläche 1o4 eines Zapfens 18 befestigt. An diesem Kurbelarm befindet sich ein Rollenlager 1o5, das mit der Endfläche 1o6 des Kolbens 1oo in Eingriff kommen kann» Der Kolben 1oo kann in einem Ende 1o8 eines Zylinders 1o7 gleiten, der in das Gehäuse 1o der Pumpe 1 eingepaßt ist, und geht von diesem Ende aus. Das gegenüberliegende Ende 1o9 des Zylinders ist von einer Kappe 11ο verschlossen. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird durch die Kappe 11o über eine Leitung 111 zum Kolben 1oo geleitet. Die Leitung 111 steht mit der Innenkammer 112 des Zylinders 1o7 in Verbindung,, Die unter Druck stehende Flüssigkeit in der Kammer 112 drückt den Kolben 1oo gegen die Rolle 1o5· Die relative Lage des Kurbelarmes 1o3 am Zapfen 18 und des Kolbens 1oo ist, wie Figur 3 zeigt, so, daß er bei Lieferung des Drucks an die Kammer 112 den Kolben zum Kurbelarm und den Zapfen in eine Lage drückt, in der der Aufhänger zentriert ist oder sich in einer Nullverschiebungsstellung befindet. Dies ist die Stellung, in der die Achse der Taumelscheibe 15 senkrecht zur Achse des Zylinders 9 der Pumpe verläuft. Wenn der Aufhänger 17 "und der zugehörige Zapfen 18 durch die Kolben 88 und 89 in eine Richtung aus dieser Nullverschiebestellung gebracht werden, ist die unter Druck stehende Flüssigkeit in der Kammer 112 dieser Bewegung entgegengesetzt.

An die Leitung 111 und folglich an die Kammer 112_: wird aus einer festen Verschiebepumpe 115 unter Druck stehende Flüssigkeit geliefert, wobei der Rotor der Pumpe am Zylinder 9 der Pumpe 1 eine Welle 116 befestigt ist. In der Praxis befindet sich diese feste Verschiebepumpe

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in der Öffnungsplatte 11 und ihre Druck- oder Auslaßöffnung 118 sind durch Leitungen in der Öffnungsplatte mit der Leitung 111 verbunden. Die Ansaugöffnung der Pumpe 115 ist durch eine Ansaugleitung 117 mit einem Tank oder einer Flüssigkeitsquelle verbunden.

Die Pumpe 115 ist eine feststehende Verschiebepumpe und beim bevorzugten Ausführungsbeispiel eine übliche Zahnradpumpe. Sie wird durch die Welle 116 angetrieben und liefert unter Druck stehende Flüssigkeit aus ihrer Auslaß- und Drucköffnung 118 durch eine Leitung 119 über ein Hilfsventil 12o und eine Leitung 125 an die Kammer 112. Das Volumen oder Strömung aus der Pumpe 115 ist also, da diese eine feststehende Verschiebepumpe ist, proportional der Drehgeschwindigkeit des Zylinders 9, mit dem sie kraftschlüssig verbunden ist.

Um einen Druck in der Kammer 112 zu erzeugen, der dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit des Zylinders 9 und der Strömung aus der Pumpe 116 proportional ist, ist die Leitung 119 über eine Leitung 121 mit dem Innern 123 des Gehäuses 1o der Pumpe 1 verbunden. Es gibt hier eine feststehende öffnung 122 in der Leitung 121, so daß der Druck in der Leitung 121 und somit in der Leitung 125 dem Quadrat der Strömung in der Leitung 125 proportional ist, wenn die Strömung durch eine feststehende öffnung geführt wird.

Da die Strömung der Flüssigkeit aus der Pumpe 115 der Drehgeschwindigkeit des flinders direkt proportional ist, ist auch der Druck in der Kammer 112 dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit des Zylinders 9 und der Kolben 16 direkt proportional.

Bei richtiger Bemessung der Pumpe 115 und der Öffnung

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122 ist es mit dieser Konstruktion möglich, das Drehmoment am Aufhänger 17 durch die Trägheit der am Aufhänger wirkenden Kolben 16 genau abzugleichen. Dadurch wird die Trägheit der Kolben als Drehmoment oder Kraft am Aufhänger aufgehoben oder beseitigt, die durch die Kolben 88 und 89 überwunden werden muß, um den Aufhänger zu bewegen· Polglich kann ein kleineres Servoventil 4 zum Bewegen dessen Kolben benutzt werden.

Die Flüssigkeitspumpe 115 wird auch, wie Figur 2 erkennen läßt, als Quelle der unter Druck stehenden Flüssigkeit für ein Düsenrohr 27 cLes Servoventils verwendet. . Diese Hilfspumpe dient somit einer doppelten Funktion, nämlich dem Liefern von Flüssigkeit an das Servoventil 4 und dem Betätigen des Trägheitskolbens 1oo.

Die schematische Darstellung der Figur 2 läßt auch erkennen, daß der Trägheitskolben 1oo gegen eine Nockenfläche 13o wirkt· Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wirkt der Kolben 1oo gegen einen Kurbelarm 1o3, der am Zapfen 18 der Pumpe befestigt ist. Er könnte auch gegen eine Nockenfläche wirken, die am Aufhänger 17 befestigt ist.

Der Hauptvorteil eines Trägheitskolbens, dem Drehmoment am Aufhänger der Pumpe oder dem Motor durch Trägheit oder Beschleunigung der Kolben entgegenzuwirken und es aufzuheben, besteht darin, daß die gesamte Kraft oder das Drehmoment für die Steuerung der Aufhftngerverschiebung fühlbar verringert wird* Folglich können kleinere Ventile mit geringerem gesamten Leistungsausgang zur Bewegung und Steuerung verwendet werden«, Zusätzlich erhöht der Trägheitskolben auch die Frequenzansprechbarkeit der Aufhängermotore, die kleinere Motore mit geringerer Ausgangsleistung zum Bewegen eines Pumpen-

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aufhängers mit besonderer Frequenz- oder Geschwindigkeit sansprechbarkeit ermöglicht.

Obwohl nur ein einziges Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dargestellt worden ist, so ist es für den Fachmann doch klar, daß mehrere Abänderungen ohne Abweichen vom Irfindungsgedanken möglich sind. Insbesondere ist es offensichtlich, daß die Erfindung bei Pumpen oder Motoren angewendet werden kann, die von Hand oder mechanisch gesteuert werden, z.B. durch servogesteuerte Pumpen. Es können hier öervoventile einschließlich Dusenrohrservoventilen verwendet werden, um in einer Pumpe oder einem Motor den Vorteil nach der Erfindung zu erlangen. Außerdem braucht das Ventil kein Servoventil zu sein, sondern könnte auch ein Ventil o&ne Rückkopplung sein.

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Claims

An-25o84

ABEX CORPORATION, New York/N.Y. - USA

Patentansprüche

illy Verändert)_are hydraulische Verschiebe-Energieübertragungseinrichtung mit hin- und hergehenden ELüssigkeits-Verschiebeelementen in einem drehbaren Zylinder und einem beweglichen Verschiebeänderungselement sowie einem Flüssigkeitsmotor zum Bewegen und Lageeinstellen des Verschiebeänderungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß zum entgegengesetzten Bewegen des Verschiebeänderungselementes (2) eine Kraft dient, die direkt proportional der Kraft ist, die durch die Trägheit der Kolben (16) an das Verschiebeänderungselement gelegt ist«

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entgegengesetzte Bewegen des Verschiebeänderungselementes (2) mit einer Kraft erfolgt, die direkt proportional der Bewegung des Verschiebeänderungselementes von der Stelle an ihr, wo keine Strömung stattfindet, und proportional dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit des 2Sylinders (9) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur entgegengesetzten Bewegung des Verschiebeänderungselementes (2) eine Kraft dient, die direkt proportional mit dem Drehmoment ansteigt, das durch die Trägheit der Kolben (16) an das Verschiebeänderungselement gelegt wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei einer hydraulischen Pumpe oder einem Motor mit hin- und

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hergehenden in einem drehbaren Zylinder befindlichen Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrohydraulisches Düsenentladeventil (17) mit zwei Aufnahmeöffnungen (28, 29), einem von einem Drehmomentmotor betätigten Anker (26), einem Düsenrohr (27) mit einer Tülle (47), die an einem ihrer Enden und feststehend an einem von diesem Ende entfernten Punkt angeordnet ist, wobei das Eohr (27) durch den Anker (26) über diesem Punkt zum einstellbaren Unterteilen einer Düsenströmung aus der Tülle (47) zwischen den Aufnahmeöffnungen (28, 29) verschiebbar ist, und einem Durchgang (5o, 51) zum Verbinden der Aufnahmeöffnungen mit dem Flüssigkeitsmotor (3) zum Liefern von unter Druck stehender Flüssigkeit aus den Aufnahmeöffnungen (28, 29) für den Betrieb des Flüssigkeitsmotors (7) bei Bewegung des Dücenrofcres (27)» einer Rückkopplung mit dem Verschiebeänderungsgerät und dem Düsenrohr zum ansteigenden Drücken des Rohres in eine Mittelstellung zwischen den Aufnahmeöffnungen, wenn das Verschiebeänderungsgerät aus einer Stellung, in der keine Strömung durch die Einrichtung stattfindet, bewegt wird und wobei das entgegengesetzte Bewegen des Verschiebeanderungselementes (2) mit einer Kraft erfolgt, die der Kraft direkt proportional ist, die durch die Trägheit des Kolbens (16) an dem Verschiebeänderungselement (2) liegt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem entgegengesetzten Bewegen des Verschiebeanderungselementes (2) eine Bewegung mit einer Kraft entgegengesetzt wird, die direkt proportional dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit der veränderbaren Verschiebeeinrichtung ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum entgegengesetzten Bewegen

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des Verschiebeänderungselementes (2) ein hydraulischer Motor (3) mit einem hydraulischen Kolben (16) und einem hydraulischen Zylinder (9) dient, wobei eines dieser Elemente beweglich, und das andere zum Verschiebeänderungselement (2) feststehend ist, daß das Liefern von unter Druck stehender Flüssigkeit an den Motor (3) mit einem Druck erfolgt, der direkt proportional mit dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit des Zylinders (9) ansteigt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Liefern von Flüssigkeit an den Motor (3) eine feststehende hydraulische Verschiebepumpe dient, die kraftschlüssig mit dem Zylinder (9) verbunden ist und Flüssigkeit von dort mit einer Strömungsgeschwindigkeit liefert, die direkt proportional der Drehgeschwindigkeit des Motors ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende hydraulische Yerschiebepumpe unter Druck stehende Flüssigkeit auch an das Düsenrohr (27) liefert.

9« Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Verschiebeänderungselement schwenkbar ist und daß zu dessen entgegengesetzter Bewegung aus der Stellung, in der keine Strömung stattfindet, ein Drehmoment angelegt wird, das direkt proportional dem Drehmoment ist, das durch die Trägheit des Kolbens (16) an das Verschiebeänderungselement gelegt wird.

Ιο« Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das entgegengesetzte Bewegen des Verschiebeänderungselementes mit einer Kraft erfolgt,

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die direkt proportional dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit des flinders (9) ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzte Bewegung des Verschiebeänderungselementes (2) der Bewegung von der Stellung weg entgegenwirkt, in der keine Strömung durch die Pumpe oder den Motor gehte

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehmoment an das Verschiebeanderungselement gelegt wird, das dem Drehmoment gleich und entgegengesetzt ist, das durch die Trägheit der Kolben (16) an das Verschiebeanderungselement gelegt ist.

13· Verfahren mit einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Trägheit der Kolben (16) eine Kraft an das Verschiebeanderungselement (2) gelegt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Kraft dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit der veränderbaren Verschiebeeinrichtung direkt proportional ist.

15· Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Verschiebeanderungselement angelegte Kraft ein Drehmoment ist, das dem Drehmoment, das durch die Trägheit der Kolben an das Verschiebeanderungselement gelegt ist, entgegengesetzt und direkt proportional ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kraft an das Verschiebeände-

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rungselement gelegt wird, die der Kraft, die durch die Trägheit der Kolben an das Verschiebeänderungselement gelegt wird, entgegengesetzt ist.

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Verschiebeänderungselement gelegte Kraft ein Drehmoment ist, das dem Drehmoment gleich und entgegengesetzt ist, das durch die Trägheit der Kolben an das Verschiebeänderungselement gelegt ji/ird. /

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