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"Steuereinrichtung für hydrostatische und pneumatische Verdrängungsmaschinen"
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für hydrostatische und pneumatische
Verdrängungsmaschinen nach dem Rotationsprinzip mit veränderlichem Förder- bzw.
Schluckvolumen.
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Unter dem Begriff Verdrängungsmaschinen nach dem Rotationsprinzip
werden im vorliegenden Fall Pumpen, Motore, Getriebe und Kompressoren, die nach
dem Rotationsprinzip arbeiten, verstanden, also insbesondere Axialkolbenpumpen und
-motoren, Radialkolbenpumpen und -motoren5 FlUgelzellenpumpen und -motoren, Gleitschuhpumpen
und -motoren und Ringrotorpumpen und -motoren.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eignet sich gleichermaßen für
hydraulische als auch für pneumatische Verdrängungsmaschinen. In der nachfolgenden
Beschreibung wird die Erfindung im wesentlichen anhand von Verdrängungsmaschinen
für die Hydraulik beschrieben.
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Durch die Möglichkeit in der Hydraulik den Energieträger (Drucköl)
dem jeweiligen Mengen-Leistungsbedarf durch Veränderung des
Pumpen-
und/oder Motorenschluckvolumens direkt anzupassen, wird ein hoher Leistungsgrad
in der Anwendung der Verdrängungsmaschinen erreicht.
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Es ist bekannt, eine Pumpenvolumenveränderung z.B. bei einer Axialkolbenpumpe
durch Veränderung des Anstellwinkels vorzunehmen, in dem der'Rbtor oder die Schrägscheibe
geschwenkt wird. Es ist ferner bekannt, bei einer Flügelzellenpumpe zur Veränderung
des Pumpenvolumens den Statorring in einer Ebene senkrecht zur Rotordrehachse zu
verstellen. Bei derartigen Verstellsystemen sind sowohl die Verstellkräfte als auch
die aus der hydrostatischen Funktion resultierenden Aktionskräfte durch die Verstell-
oder Regeleinrichtungen aufzunehmen. Ausserdem ist die Massenträgheit der Geräteteile,
die für die Schluckvolumenänderung bewegt, geschwenkt oder verstellt werden, zu
berücksichtigen. Um kurze Stellzeiten und genaue Volumeneinstellung in der Praxis
zu erreichen, sind daher sehr aufwendige und schwere Verstelleinrichtungen erforderlich.
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Es gibt darüber hinaus eine Anzahl von Hydropumpen und -motoren, die
mit den heute gebräuchlichen und bekannten direkt ein- oder angebauten Steuer- und
Verstelleinrichtungen nicht betätigt werden können, so daß diese Typen, obwohl sie
zum Teil gegenüber regelbaren Pumpen und Motoren Vorteile der Anwendung aufweisen,
z.B. aufgrund pulsationsarmen Druckmittels, geräuscharmen Laufes usw., überwiegend
dem Bereich des konstanten Volumenbedarfes vorbehalten bleiben, es sei denn, daß
durch gesondertes Zwischenschalten von Steuer- und Regelventilen, z.B. im Verrohrungs-
und Schaltbereich, das überschüssige Betriebsmittel abgeleitet wird, was ebenfalls
unbefriedigend ist.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Steuereinrichtung
für hydraulische und pneumatische Verdrängungsmaschinen nach dem Rotationsprinzip
mit veränderlichem Förder- und Schluckvolumen, das unabhängig vom Gerätesystem z.B.
Axialkolbenpumpen
oder -motoren, Ringrotorpumpen oder -motoren usw.
anwendbar ist, und bei welchem die Stell- und Regelkräfte zur Betätigung der Steuerelemente
gering und funktionssicher sind.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Steuerelement
mit in der dem Rotor bzw. Rotorkolben zugewandten Steuerfläche jeder Abflußkammer
und jeder Zuflußkammer zugeordneten kreisbogensektorförmigen Steuerkanälen vorgesehen
ist, wobei die den Abflußkammern zugeordneten und die den Zuflußkammern zugeordneten
Steuerkanäle nutenförmig sind und in vorzugsweise jeweils einen gemeinsamen Ringkanal
in einer weiteren Steuerfläche münden und wobei der Ringkanal mit der jeweiligen
Abflußöffnung bzw. Zuflußöffnung der Maschine verbunden ist, oder wobei die Steuerkanäle
selbst als von der einen Steuerfläche zu der anderen Steuerfläche durchgehende auf
der einen Steuerfläche kreisbogensektorförmig, auf der anderen Steuerfläche ringförmig
gestaltete Kanäle ausgebildet sind, die jeweils einerseits mit den Abflußkammern
und andererseits mit der Abflußöffnung bzw. einerseits mit den Zuflußkammern und
andererseits mit der Zuflußöffnung in Verbindung stehen, und daß das Steuerelement
schwenkbar um eine SPehachse angeordnet ist, die mit der Drehachse des Rotors bzw.
des Rotorkolbens zusammenfällt oder parallel zu dieser liegt.
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Wie oben erwähnt, werden unter dem Begriff Verdrängungsmaschinen Getriebe
insbesondere Pumpen, Motore und verstanden. Dementsprechend beziehen sich die Begriffe
Abflußkammern und Abflußöffnung auf die Druckseite einer Pumpe bzw. auf die Abflußseite
eines Motors, und die Begriffe Zuflußkammern und Zuflußöffnung auf die Ansaugseite
einer Pumpe bzw. die Druckseite eines Motors.
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Aufgrund der Anordnung von kreisbogensektorförmigen Steuerkanälen,
welche jeweils den Abflußkammern und den Zuflußkammern zugeordnet sind, ist es möglich,
das Steuerelement von einer Stellung mit maximalem Förder- bzw. Schluckvolumen bis
in eine Stellung
mit effektivem Null-Förder- oder Schluckvolumen
kontinuierlich zu verstellen. Die kreisbogensektorförmigen Steuerkanäle sind nämlich
in ihrer Länge so bemessen, daß in der einen Extremlage mit maximalem Förder- oder
Schluckvolumen, beispielsweise der den Abflußkammern zugeordnete Steuerkanal über
den gesamten Ausfahrhub mit den Abflußkammern und entsprechend der den Zuflußkammern
zugeordnete kreisbogensektorförmige Steuerkanal über den gesamten Einfahrhub mit
den Zuflußkammern in Verbindung steht, so daß das maximale Volumen abgegeben bzw.
eingesogen werden kann. Während der Drehung des Rotors relativ zu dem Steuerelement
zur Ausführung eines vollen Hubes überstreichen also gerade die Abflußöffnungen
der Abflußkammern die gesamte Länge der jeweils zugeordneten Steuerkanäle und entsprechend
überstreichen die Zuflußöffnungen der Zuflußkammern die dort entsprechend zugeordneten
Steuerkanäle über ihrer gesamten Länge.
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In der anderen Extremlage des Steuerelementes ist dieses relativ zum
Maschinengehäuse so eingeschwenkt, daß beim Überfahren der Anschlußöffnungen der
Abfluß- und Zuflußkammern über die gesamte Länge der jeweils zugeordneten Steuerkanäle
gerade eine Hubumkehr in der Weise stattfindet, daß das effektive Förder- bzw.
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Schluckvolumen gleich Null ist. Durch Schwenken des Steuerelementes
gegenüber dem Maschinengehäuse zwischen diesen beiden Extremlagen lassen sich beliebige
Förder- und Schluckvolumina zwischen Null und Maximum einstellen.
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Das Steuerelement kann als Steuerscheibe, Steuerring oder Steuerwelle
ausgebildet sein.
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Die Steuerscheibe ist vorzugsweise stirnseitig dem Rotor bzw.
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dem Rotorkolben achsgleich oder zu beiden versetzt angeordnet.
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Bei Verwendung eines Steuerringes ist dieser vorzugsweise dem Umfang
des Rotors bzw. Stators zugeordnet.
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Bei Verwendung einer Steuerwelle ist diese vorzugsweise koaxial im
Rotor bzw. Rotorkolben angeordnet.
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Die Steuerwelle kann auch als Steuerbuchse ausgebildet sein.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Ringkanäle
am Umfang der Steuerscheibe angeordnet.
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Den Ringkanälen des Steuerelementes können entsprechende Ringkanäle
des Maschinengehäuses zur Bildung eines einheitlichen druckgleichen Kanales gegenüberliegen.
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Für hydrostatische Getriebe können auch zwei Steuerscheiben mit ihren
die Ringkanäle enthaltenden Steuerflächen gegeneinanderliegen.
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Das Steuerelement ist vorzugsweise mit Hilfe einer Verstelleinrichtung
mit wählbarer Verstellcharakteristik schwenkbar.
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Die allgemeinen Vorteile der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sind
im wesentlichen folgende: Die Steuereinrichtung kann auf einfache Weise an verschiedenen
Typen von Verdrängungsmaschinen nach dem Rotationsprinzip angepasst werden, so daß
strömungstechnisch ein Optimum, d.h. kurze und querschnittsgleiche Kanäle und geringe
Änderungen der Strömungsrichtungen, was wiederum eine Verbesserung des Wirkungsgrades
und damit eine verbesserte Wirtschaftlichkeit der Verdrängungsmaschine mit sich
bringt, erreicht wird. Die nach der Erfindung verwendeten Steuerelemente können
so ausgebildet sein, daß eine Volumenregelung von Maximal- auf Null-Förder- bzw.
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Schluckvolumen ohne Richtungsänderung der Steuerelementenbewegung
wieder bis zu einem Maximal-Fördervolumen und eine Änderung der Zu- und Abflußrichtung
möglich ist. Die nach der Erfindung verwendeten Steuerelemente haben wesentlich
geringeres Gewicht als ein schwenkbarer Gehäuseblock mit Rotor. Neben der Gewichtsverringerung
der Steuerelemente und den auf auf diese wirkenden Kräften aus der Hydrostatik ist
eine Steuerwegverkürzung möglich, so daß die Steuerzeiten wesentlich kürzer sein
können, ohne die Regel- und Steuerqualität nachteilig zu beeinflussen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beiliegenden Zeichnung sowie anhand der weiteren Schutzansprüche.
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Es zeigen: Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Verdrängungsmaschinenrotors
mit stirnseitiger Steuerscheibe und Druckspiegel, Fig. 2 schematisch den Aufbau
eines Verdrängungsmaschinenrotors mit am Umfang liegendem Steuerring, Fig. 3 schematisch
den Aufbau eines Verdrängungsmaschinenrotors mit innenliegender Steuerwelle bzw.
-bolzen, Fig. 4 einen Axialschnitt einer Axialverdrängungsmaschine mit Steuerscheibe,
Fig. 5 eine Draufsicht einer Steuerscheibe mit bogen- oder kreisbo-gensektorförmigen
Steuerkanälen, Fig. 6 einen Axialschnitt einer Steuerscheibe mit Steuerkanälen und
Ringkanälen am Umfang, Fig. 7 eine Draufsicht einer Steuerscheibe mit Steuerkanälen
für eine Verdrängungsmaschine mit gegenüberliegenden Zu- und Ablaufkammern, Fig.
8 eine Draufsicht einer Steuerscheibe für eine Verdrängungsmaschine mit zueinander
versetzter Drehachse des Rotors und Rotorkolbens, Fig. 9 eine Draufsicht einer Steuerscheibe
mit Rotor und Rotorkolben, die am Umfang mit ineinandergreifenden Profilen versehen
sind,
Fig. 10 einen Axialschnitt eines Steuerringes für eine Axialkolbenverdrängungsmas
chine, Fig. 11 den Steuerring in Schnittebene A-A nach Fig. 10, Fig. 12 einen Axialschnitt
einer Verdrängungsmaschine mit einem Steuerring mit zwei Zu- und zwei Ablaufkammern,
Fig. 13 den Steuerring in Schnittebene B-B nach Fig. 12, Fig. 14 einen Axialschnitt
einer Axialkolbenverdrängungsmaschine mit koaxialer Steuerwelle, und Fig. 15 die
Steuerwelle mit Rotor in Schnittebene C-C nach Fig. 14.
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In den Figuren 1 bis 3 sind schematisch die verschiedenen Möglichkeiten
einer Ausbildung des Steuerelementes nach der Erfindung als Steuerscheibe,Steuerring
oder Steuerwelle bzw. -bolzen veranschaulicht. Dort ist mit 1 der Rotor5 mit 2 der
Rotorkolben, mit 3 das Steuerelement,(mit 3.1 die Steuerscheibe, mit 3.2 der Steuerring
und mit 3.3 die Steuerwelle bzw. der Steuerbolzen) bezeichnet.
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Anhand der Fig. 4 sei zunächst das Grundprinzip der Erfindung an einem
Ausführungsbeispiel mit Axialkolbenverdrängungsmaschine und Steuerscheibe als Steuerelement
beschrieben. Die Steuerscheibe 3.1 hat in einer Steuerfläche 6, die dem Rotor 1
zugeordnet ist,bogenformige oder kreisbogensektor- Steuerkanäle 7.1 und 7.2, die
in je einem Ringkanal 8.1 und 8.2 übergehen. Um strömungstechnisch günstige Voraussetzungen
zu schaffen, ist es von Vorteil, die Ringkanäle 8.1 und 8.2 in Ringkanäle 10.1 und
10.2 gleicher Breite in die Gehäusefläche 11 deckungsgleich münden zu lassen.
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Die Ringkanäle 10.1 und 10.2 sind je einem Anschluß 12 und 13 im Gehäuseboden
14 zugeordnet. Nach 4 ist der Ringkanal 10.1
dem Anschluß 12, in
diesem Fall Ablaufanschluß, und der Ringkanal 10.2 dem Anschluß 13, in diesem Fall
Zulaufanschluß, zugeordnet.
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Eine Verstelleinrichtung, bestehend aus Schneckenwelle 15 und Schneckenrad
16, steht über eine im Gehäuseboden 14 axial angeordnete, drehbare Welle 17 mit
der Steuerscheibe 3.1 in formschlüssiger Wirkverbindung. An der Schneckenwelle 15
ist eine Verstell- oder Regeleinheit 18 beliebiger Art, also z.B.
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eine Servoeinheit, angeschlossen. Es besteht auch die Möglichkeit,
eine Regeleinheit 18 mit linearem Arbeitsweg durch Wechseln des Schneckenrades 16
und der Schneckenwelle 15 gegen ein Zahnrad 47 mit Zahnstange 48 (vgl. Fig. 4) oder
einen Hebel oder dergleichen einzusetzen.
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Der um die Achse a-a drehbar gelagerte Rotor 1 weist eine Anzahl von
Zylinderbohrungen 19.1 und 19.2 auf, in die Kolben 20.1 und 20.2 axial beweglich,
druckdicht geführt sind. Damit sich bei Drehbewegung des Rotors 1 die Kolben 20.1
und 20.2 spielfrei über gelenkig ausgebildete Lager 21 mit Gleitfüßen an die schräge
Lauffläche 22 anlegen, sind die Kolben 20.1 und 20.2 mit DFuckfedern 23 vorgespannt.
Stirnseitig der Rotorfläche 24 sind die Anschlußöffnungen 25.1 und 25.2 der Zylinderbohrungen
19.1 und 19.2, die im Bereich der Steuerkanäle 7.1 und 7.2 liegen und die Verbindung
für den Ab- und Zulauf über die Ringkanäle 8.1, 8.2 und 10.1, 10.2 zu den Anschlüssen
12 und 13 herstellen.
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Die Welle 26 steht mit dem Rotor 1 formschlüssig in Wirkverbindung.
Welle 26, Rotor 1, Welle 17 und Steuerscheibe 3.1 liegen auf der gleichen Drehachse
a-a, wobei aus funktionstechnischen Gründen der Rotor 1 drehbar und die Steuerscheibe
3.1 schwenkbar angeordnet sind.
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Die Wirkungsweise der Förder- bzw. Schluckvolumenveränderung gemäß
der Erfindung nach Fig. 4 und 5 ist folgende:
Es sei zunächst davon
ausgegangen, daß dem Rotor 1 entsprechend Fig. 4 nur die zwei Kolben 20.1 und 20.2
zugeordnet sind; Kolben 20.1 befinde sich in aus- und Kolben 20.2 in maximal eingefahrener
Stellung. Die Steuerscheibe 3.1 befinde sich in Steuerstellung entsprechend Fig.
5, so daß die bogenförmigen Steuerkanäle 7.1 und 7.2 beidseitig so vor der Steuerscheibenachse
c-c liegen, daß die Anschlußöffnungen 25.1 und 25.2 durch zwischen den Enden der
bogenförmigen Steuerkanäle 7.1 und 7.2 liegende abdeckende Steuerflächenteile 6.1
und 6.2 verschlossen sind. Bei einer geringen Drehung des Rotors 1 in Uhrzeigerrichtung
- rechts - überfährt die Anschlußöffnung 25.1 die rechte Steuerflächenkante 6.3
des unteren bogenförmigen Steuerkanals 7.1 und und die Anschlußöffnung 25.2 die
linke Steuerflächenkante 6.4 des oberen bogenförmigen Steuerkanals 7.2. Somit ist
die Verbindung zu den jeweiligen Steuerkanälen 7.1 bzw. 7.2 hergestellt.
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Das Betriebsmittel kann bei weiterem Drehen des Rotors 1 aus der Zylinderbohrung
19.1 durch die Anschlußöffnung 25.1, den Steuerkanal 7.1, den 'Ringkanal 8.1, den
Ringkanal 10.1 über den Anschluß 12 ab- bzw. in die Zylinderbohrung 19.2 durch die
Anschlußöffnung 25.2, den Steuerkanal 7.2, den Ringkanal 8.2, den Ringkanal 10.2
über den Anschluß 13 zulaufen. Wird der Rotor 1 aus seiner oberen Stellung um 1800
gedreht, so machen beide Kolben 20.1 und 20.2 ihren maximalen Hub h, somit ist auch
das Hubvolumen für beide Kolben 20.1 und 20.2 maximal, und zwar für den Kolben 20.1
abfließend und für den Kolben 20.2 zufließend. Die Kolben 20.1 und 20.2 werden durch
die Federn 23 spielfrei an die Lauffläche 22 angelegt, wobei die gelenkig ausgebildeten
Lager 21 mit Gleitfüßen ein Verklemmen der Kolben 20.1 und 20.2 in den Zylinderbohrungen
19.1 und 19.2 vermeiden. Bei der Stellung der Steuerscheibe 3.1 gemäß Fig. 5 vollzieht
folglich bei jeder vollen Rotordrehung (3600) jeder Kolben 20.1 und 20.2 einen maximalen
Ein- und Ausfahrhub h.
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Schwenkt man jetzt die Steuerscheibe 3, ausgehend von der Stellung
nach Fig. 4, und den Rotor 1, ausgehend von der Stellung nach Fig. 5, um 900 nach
rechts, so liegen die Steuerkanäle 7.1 und 7.2 beidseitig so vor den Steuerscheibenachsen
d-d, daß die Anschlußöffnung 25.1 und 25.2 durch die abdeckenden Steuerflächenteile
6.1 und 6.2 verschlossen sind. Analog der Steuerung bei maximaler Volumenförderung
unterteilt sich die Drehung des Rotors 1 in zwei Phasen: 1. Phase: Drehung des Rotors
1 um 900 nach rechts. Der Kolben 20.1 wird um den halben Hub h/2 in die unterste
Hublage der Zylinderbohrung 19.1 und der Kolben 20.2 um den halben Hub h/2 in die
oberste Hublage der Zylinderbohrung 19.2 gebracht, so daß hierbei das halbe Hubvolumen
des Kolbens 20.1 abfließt und das gleiche halbe Hubvolumen des Kolbens 20.2 zufließt.
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2. Phase: Nach einer weiteren Rotordrehung um 900 erfahren beide Kolben
20.1 und 20.2 bei Beginn dieser zweiten Drehphase eine Hubumkehrung, so daß der
Kolben 20.1 das gleiche halbe Hubvolusen, das bei der ersten 900-Drehung abfloß,
jetzt zufließt und das gleiche halbe Hubvolumen des Kolbens 20.2, das vorher zufloß,
jetzt abfließt.
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Bei Verdrängungsmaschinen mit mehr als drei Kolben stehen während
einer 1800-Drehung des Rotors 1 mindestens zwei der Kolben 20.1 und 20.2 bzw. zwei
der Anschlußöffnungen 25.1 und 25.2 mit einem der Steuerkanäle 7.1 oder 7.2 in Verbindung,
so daß Betriebsmittel, das während der ersten Phase aus einer Zylinderbohrung 19.1
oder. 19.2 abfließt, in der anderen im gleichen Steuernutbereich 7.1 oder 7.2 liegenden
Zylinderbohrung 19.1 oder 19.2 zufließt.
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Wenn die Steuerscheibe 3.1 so eingeschwenkt ist, daß die Steuerkanäle
7.1 und 7.2 symmetrisch zur Steuerscheibenachse d-d liegen, wird dies als Nullage
(kein Zu- und Ablauf) bezeichnet. Wenn die Steuerscheibe 3.1 um 900 weiter geschwenkt
ist, so daß die Steuerkanäle 7.1 und 7.2 symmetrisch zur Steuerscheibenachse c-c
liegen, wird dies als Vollage (maximaler Zu- und Ablauf) bezeichnet. Alle Zwischenlagen
mit entsprechend mittlerem Förder- oder Schluckvolumen sind möglich.
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Es ist hierbei zu beachten, daß sich mit der Änderung der Schwenkrichtung
der Steuerscheibe 3 aus der Nullage auch die Zufluß-bzw. Abflußrichtung ändert,
was bei Steuerscheiben mit axial durchgehenden bogen- oder kreisbogensektorförmigen
Steuerkanälen 7.1 und 7.2 nicht der Fall wäre.
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In allen Fällen ergibt sich das (theoretische) nutzbare Hubvolumen
aus der Differenz der Hübe der aus- und einfahrenden Kolben 20.1 und 20.2, die in
einem Steuerkanalbereich 7.1 oder 7.2 wirksam sind.
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Es ist somit möglich, das Hubvolumen der Axialkolbenverdrängungsmaschine
von Null bis Maximum durch Schwenken der Steuerscheibe 3.1 um 900 aus seiner Nullage
zu verändern und jede Steuerposition, die zwischen der Steuerscheibenachse d-d und
c-c liegt, mit der Steuerscheibe 3.1 anzusteuern, wodurch eine stufenlose Förder-oder
Schluckvolumenregelung gewährleistet ist. Die Volumenveränderungscharakteristik
kann durch entsprechende Regel- und Verstelleinheiten 18 festgelegt werden.
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Es ist ersichtlich möglich, die für eine Axialkolbenverdrängungsmaschine
nach Fig. 4 vorbeschriebene Wirkungsweise allen geläufigen Verdrängungsmaschinentypen
der Hydraulik, wie Ringrotorpumpe und -motor, Flügelzellenpumpe und -motor, Gleitschuhpumpe
und -motor sowie Radialkolbenpumpe und -motor, entsprechend anzupassen und zuzuordnen.
In den meisten Fällen ist es auch möglich,
eine Steuerscheibe 3.1,
einen Steuerring 3.2 oder eine Steuerwelle bzw. -bolzen 3.3 zur Volumensregelung
zu verwenden.
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Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind, daß die Steuerscheibe
3.1 (zeichnerisch nicht dargestellte) durch die Steuerscheibe hindurchgehende bogen-
bzw. nierenförmige SteuWO-rmige kanäle 7.1 und 7.2 hat, und/oder diese bogen- bzw.
kreisbogensektor-Steuerkanäle 7.1 und 7.2 in Ringkanäle 8.3 und 8.4 münden, die
am Umfang 28 der Steuerscheibe 3.1 entsprechend Fig. 6 angeordnet sind. Hierbei
können die Steuerkanäle 7.1 und 7.2 (wie gezeichnet) einseitig, aber auch bei Bedarf
durchgehend sein, was den Vorteil hat, daß die Steuerscheibe 3.1 axial druckausgeglichen,
schwimmend, zwischen der Rotorstirnfläche 24 und Gehäusefläche 11 liegt.
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Fig. 7 zeigt eine Steuerscheibe 3.1 mit je zwei Steuerkanälen 7.1
und 7.2 für eine Verdrängungsmaschine mit jeweils zwei Zufluß-19.2 und Abflußkammern
19.1. Grundsätzlich soll, ganz gleich ob eine Steuerscheibe 3.1 (Fig. 1), Steuerring
3.2 (Fig. 2) oder eine Steuerwelle oder ein -bolzen 3.3 (Fig. 3), jeder Zuflußkammer
19.1 und Abflußkammer 19.2 ein Steuerkanal 7.1 oder 7.2 zugeordnet werden, d.h.
bei einer Anzahl von n-Abflußkammern 19.1 sind n-Steuerkanäle 7.1 und bei n-ZufluRkammern
19.2 sind n-Steuerkanäle 7.2 erforderlich. Die n-Steuerkanäle 7.1 und 7.2 können
entsprechend durchgehend sein oder in Ringkanäle 8.1 und 8.2 (Fig. 4) bzw. Ringkanäle
8.3 und/oder 8.4 (Fig. 6) münden, was analog für Steuerringe 3.2 und Steuerwellen
oder -bolzen 3.3 auch gilt.
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Eine Steuerscheibe 3.1 für Verdrängungsmaschinen, z.B. Ringrotorpumpen
und -motore, bei welchen die Drehachse a-a des Rotors 1 und die Drehachse b-b des
Rotorkolbens 2 gegeneinander versetzt sind, ist in Fig. 8 dargestellt.
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Fig. 9 zeigt ein Beispiel, in dem die Steuerscheibe 3.1 dem Rotor
1 zugeordnet ist, der wiederum mit dem Rotorkolben 2 am Umfang in Wirkverbindung
steht. Für derartige Verdrängungsmaschinensyzteme kann die Verwendung der Steuerwelle
oder der -bolzen 3.3 vorteilhafter und wirtschaftlicher als eine Steuerscheibe 3.1
sein.
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Ein Steuerring 3.2 mit am Umfang angeordneten Ringkanälen 8.3 und
8.4 nach Fig. 10 und Fig. li, die in je einem segmentförmigen Steuerkanal 7.3 und
7.4 innenliegend münden, ist vor allem da von Vorteil, wo aufgrund der Verdrängungsmaschinenfunktion
keine oder nur geringe Axialkräfte auftreten und ein axiales begrenztes Spiel zwischen
Steuerring 3.2 und beidseitigen Begrenzungsflächen besteht. Die Steuerkanäle 7.3
und 7.4 des Steuerringes 3.2 nach Fig. 12 und Fig. 13 gehen in stirnseitig angeordnete
Steuerringkanäle 8.1 und 8.2 über. Die Steuerringkanäle 8.1 und 8.2 stehen über
Kanäle 30.1 und 30.2 mit auf der gegenüberliegenden Stirnseite liegenden Ringkammern
31.1 und 31.2 mit darin druckdicht, axial einstellbaren Druckringlagern 32.1 und
32.2 in Verbindung, so daß die gleichen Druckverhältnisse in dem sich gegenüberliegenden
Ringkanal 8.1 und der Ringkammer 31.1 sowie dem Ringkanal 8.2 und der Ringkammer
31.2 gewährleistet sind.
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Durch entsprechende Ausbildung der Ringkammern 31.1 und 31.2 mit entsprechenden
Druckringlagern 32.1 und 32.2 kann, den äeweiligen Betriebsbedingungen angepasst,
der Steuerring 3.2 mit der stirnseitigen Steuerfläche 9 und 33 an/(nicht ; dargestellte)
Anschlußfläche druckdicht angelegt werden, so daß eine gute Verstellbarkeit, d.h.
Verschwenkbarkeit, im Sinne der Erfindung garantiert ist. Auch können derartige
Druckringlager als Druck-/sektorförmige segmente für bogen- oder kreisbogen- Steuerkanale
7.1 bzw.
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7.2 nach Fig. 5 oder 7.3 bzw. 7.4 nach Fig. 11 oder Fig. 13 ausgebildet
und verwendet werden. Wie Fig. 7 zeigt Fig. 12 und 13 eine Verdrängungsmaschine
mit je zwei Zuflußkammern 19.2
und Abflußkammern 19.1, jedoch mit
einem Steuerring 3.2, der innenliegend je zwei Steuerkanäle 7.3, die in einen Ringkanal
8.1 münden, und Steuerkanäle 7.4, die in einen Ringkanal 8.2 münden, hat. Anstelle
der Druckringlager 32.1 und 32.2 können auch Drucklager oder -scheiben, wie z.B.
an Ringrotorpumpen, verwendet werden.
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Bei Verwendung eines Steuerringes 3.2 zur Volumensänderung sollte
zweckmäßigerweise die Verbindung der Abflußkammer 19.1 und der Zuflußkammer 19.2
zu den jeweiligen Steuerkanälen 7.3 und 7.4 durch im Rotor 1 radial vorgesehene
Anschlußöffnungen 25.1 bzw.
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25.2 erfolgen.
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Bei der in Fig. 14 im Längsschnitt (Schnittebene E-E) dargestellten
Axialkolbenverdrängungsmaschine soll der Rotor 1 von aus der Hydrostatik resultierenden
Axialkräften frei sein. Das wird dadurch erreicht, daß die Zylinderbohrungen 19.1
und 19.2 im Bereich der Rotorfläche 11 so ausgebildet sind, daß der Rotor 1 axial
im Gleichgewichtszustand auch über dem gesamten Betriebsdruckbereich ist. Das kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Zylinderbohrungen~19.1 und 19.2
im Bereich der Rotorfläche 11 kleiner werden (Bohrung 34 und 35), stirnseitig Entlastungskanäle
36 so ausgebildet sind, daß die Flächendruckbeaufschlagungskraft gleich oder geringfügig
kleiner als die durch die Kolben 20.1 und 20.2 hervorgerufene Aktionskraft ist.
Die durch die Vorspannung und Hydraulik auftretenden Axialkräfte werden durch die
Lager 40 und 41 aufgenommen. In diesem Fall können durch die Verwendung einer Feder
37 und/oder einer hydrostatisch vorgespannten Steuerwelle 3.3 fertigungs- und funktionstechnische
Vorteile erreicht werden. Die Verbindung der abflußseitigen Zylinderbohrung 19.1
zum Anschluß 12 erfolgt über die Anschlußöffnung 25.1, den Steuerkanal 7.1, den
Verbindungskanal 38, den Ringkanal 8.3, den Ringkanal 10.3 und der zuflußseitigen
Zylinderbohrung 19.2 zum Anschluß 13 erfolgt über die Anschlußöffnung 25.2, den
Steuerkanal 7.2, den Verbindungskanal 39,
den Ringkanal 8.4 und
den Ringkanal 10.4. Die Steuerwelle 3.3 ist im Gehäuseboden 14 schwenkbar, druckdicht
angeordnet, wogegen der Rotor 1 drehbar, im Bereich der Anschlußöffnung 25.1 und
25.2 und der Steuerkanäle 7.1 und 7.2 druckdicht, auf die Steuerwelle 3.3 gelagert
ist.
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Für z.B. hydrostatische Getriebe in Kompaktbauweise bietet sich die
Kombination von zwei gegeneinander gelagerten Steuerelementen 3.1, 3.2, 3.3 an,
die mit den Ringkanälen 8.1 und 8.2 (Steuerfläche 9) gegeneinanderliegen. Es kann
darüber hinaus auch eine Zwischenfläche für Lagerungs- und Befestigungsmöglichkeiten
vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste 1 Rotor 2 Rotorkolben 3.1 Steuerscheibe 3.2 Steuerring
3.3 Steuerwelle 6 Steuerfläche
| 6.1# Steuerflächenteile |
| 6.2 |
| 6.3 Steuerflächenkanten |
| 6.4 |
| 7.1 |
| 7.2# Steuerkanäle |
| 7.3 |
| 7.4 |
| 8.1 |
| 8.2# Ringkanäle |
| 8.3 |
| 8.4 |
| 9 Steuerfläche |
| 10.1# |
| 10.2 Ringkanäle |
| 11 Gehäusefläche |
| 12# Anschluß |
| 13 |
14 Gehäuseboden 15 Schneckenwelle 16 Schneckenrad 17 Welle 18 Verstell- und Regeleinheit
(bei
Kolbenpumpen und -motoren 19.1 Abflußkammern Zylinderbohrungen) 19.2 Zuflußkammern
(bei Kolbenpumpen und -motoren Zylinderbohrungen)
21 Gelenklager / Gleitfüße 22 Lauffläche 23 Druckfedern 24 Rotorfläche
| 25.1# Anschlußöffnungen |
| 25.2 |
26 Welle 28 Umfang
| 30.1 Kanäle |
| 30.2 # |
| 31.1 Ringkammern |
| 31.2 # |
| 32.1 # Druckringlager |
| 32.2 |
33 Steuerfläche
36 Entlastungskanäle 37 Feder 38 Verbindungskanal
45 Dichtungen 46 Dichtleiste 47 Zahnrad 48 Zahnstange