DE2610448A1

DE2610448A1 - Regelbare hydraulische foerdereinrichtung

Info

Publication number: DE2610448A1
Application number: DE19762610448
Authority: DE
Inventors: Kinzo Takagi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1976-09-16
Also published as: FR2303970A1; GB1540282A; US4086845A; FR2303970B1; CA1056263A; JPS51106203A

Description

Regelbare hydraulische Fördereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine regelbare hydraulische Fördereinrichtung und insbesondere eine solche Einrichtung, die wahlweise als Pumpe oder Motor betrieben werden kann, wobei weder axialer noch radialer Druck auf die Welle ausgeübt wird.

Es ist bereits eine regelbare hydraulische Fördereinrichtung bekannt, bei welcher jeder einer Reihe von Kolbensätzen in je eines einer geraden Anzahl von axialen Zylinderbohrungen eingesetzt ist, die sich am Umfang eines Zylinderblocks be-

609838/0313

finden, der sich zusammen mit der Welle dreht. Ein Kolbensatz besteht aus einem Paar von gleitend verschiebbaren, einander gegenüberliegend angeordneten Kolben, zwischen denen eine Kammer mit veränderbarem Volumen definiert ist. Der jeweils entgegengesetzte Kolben steht mit einer Ifockenfläche in Berührung, die zwei Scheitel und zwei Mulden aufweist. Wenn beispielsweise die hydraulische Einrichtung als Pumpe wirkt, wird die Welle und damit der Zylinderblock angetrieben, wodurch die einander gegenüberliegenden Kolben durch den Kontakt mit den entsprechenden Kockenflächen gleitend in axialer Richtung verschoben werden. Das Volumen der Kammer verändert sich dabei und bewirkt, daß ein Arbeitsmedium, wie Drucköl,entweder ausgestossen oder angesaugt wird. In diesem Fall muß die relative Stellung der beiden Hbckenbahnen zueinander geeignet gewählt werden. Die Schwenk- oder Drehbewegung der Efockenbahnen bewirkt, daß das Kammervolumen in stufehloser Art und Weise geändert werden kann. Im Ergebnis kann damit jede Ausstoß- und Saugmenge erhalten werden. Für eine Ee lati wer lagerung der beiden Ifockenbahnen ist es bereits bekannt, ein Kegelradgetriebe vorzusehen, durch welches beide Fockenbahnen um den gleichen Betrag in entgegengesetzte Richtungen verdreht werden können. Es ist ebenfalls bekannt, eine Hebelvorrichtung vorzusehen, mit welcher eine der Nockenbahnen verschwenkt werden kann, während die andere festgehalten wird.

Bei den bekannten regelbaren hydraulischen Fördereinrichtungen werden die Kolben durch Verwendung der gleichen HOckenflache bewegt. Das Volumen der Kolben-

609838/0313

kammern ist nicht veränderbar und wegen der pulsierenden Bewegung,wenn der Förderstrom oder die Saugmenge gleich Null werden,ist keine gleichmäßige Arbeitsweise möglich· TJm die pulsierende Bewegung zu vermeiden, werden Nockenflächen mit zwei Maxima und zwei Minima verwendet, größere Fördermengen oder Saugwerte können jedoch nicht erhalten werden. Darüberhinaus ist es schwierig, die hydraulische Fördereinrichtung zu verkleinern. Da die Einrichtung zum Verschwenken der Nockenbahnen handbetätigt ist, kann keine leichte und verlässliche Einstellung der Nockenbahn erreicht werden. Es ist daher unmöglich, eine gewünschte Fördermenge oder ein gewünschtes Drehmoment zu erhalten, gleichermaßen ist es unmöglich, die Nockenbahn während des Betriebs selbsttätig zu verschwenken oder zu drehen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte regelbare hydraulische Fördereinrichtung zu schaffen, mit der jede gewünschte Fördermenge oder jedes Drehmoment ohne jede pulsierende Bewegung erhalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die regelbare hydraulische Fördereinrichtung ein Paar von Nockenfeahnen aufweist, die mehrere Maxima und Minima aufweisen, wobei die Nockenflächen den gegenüberliegend angeordneten Kolben unterschiedliche Geschwindigkeiten aufprägen. Die Nockenflächen sind sinusförmig ausgebildet und haben mehrere Maxima, beispielsweise vier Maxima und eine unterschiedliche Hubhöhe. Eine Nockenbahn kann selbsttätig, sogar während des Betriebes relativ zur anderen Nockenfläche verschwenkt werden. Vorzugsweise kann die verschwenkbare Nockenfläche von einer Kolben-Zylindereinheit verschwenkt werden, die mit dem Arbeits-

• 609838/0313

medium in der hydraulischen Fördereinrichtung betrieben werden kann.

Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt der hydraulischen Fördereinrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt der Länge nach entlang der Linie H-II der Fig. 1 ;

Fig. 3 einen unvollständigen, vergrößerten Querschnitt eines Details eines Kolbens eines Kolbensatzes in Fig. 2;

Fig. 4- eine vergrößerte Ansicht eines Kapillarstopfens, der in den Kolben eingeführt wird;

Fig. 5 Sinuskurven, welche die Beziehung zwischen der Nockenfläche einer Nockenscheibe und dem Wechsel im Volumen der Kolbenkammer wiedergeben;

Fig. 6 eine Seitenansicht im Schnitt einer hydraulischen Einrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 einen Querschnitt in Längsrichtung der hydraulischen Einrichtung in Fig. 6;

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Details der Ventileinheit in Fig. 7; und

609838/0313

Fig. 9 und 10 Längsschnitte von weiteren Ausführungsformen der Kolbeneinheiten.

In den Fig. 1 und 2 ist eine regelbare hydraulische Fördereinrichtung 10 gezeigt. Die Einrichtung 10 weist eine Welle 12 auf, die bei Verwendung der Einrichtung als Pumpe als Antriebswelle und bei "Verwendung der Einrichtung als Motor als getriebene Welle wirkt, weiterhin bestehend aus einem Zylinderblock 14, der sich zusammen mit der Welle 12 dreht und auf dem mehrere Kolbensätze befestigt sind, weiterhin besteht sie aus einem Gehäuse 16, das sich aus einem Gehäusekörper 18, in welchem sich der Zylinderblock 14 befindet, und zwei Enddeckeln 20 und 21 besteht, die an dem Gehäusekörper 18 befestigt sind und die offenen Enden des Zylinderkörpers abdecken.

In einer radialen Wandung des Gehäusekörpers 18 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, ein. Ein- bzw. Auslaß 22 und ein im wesentlichen rechtwinkliges Fenster 24 angeordnet. Ein weiterer Ein- bzw. Auslaß 25 ist in einer kreisförmig gewölbten Wandung des Gehäusekörpers 18 vorgesehen. In jedem der Enddeckel 20 und 21 ist ein radiales Kugellager 26 zur drehbaren Lagerung der Welle 12 angeordnet.

Die Welle 12 weist in der Nähe des Enddeckels 20 einen Bereich 28 mit Keilverzahnung auf, der mit einem entsprechend ausgebildeten Keilverzahnungsbereich 30 in Eingriff steht, der in der sich radial erstreckenden Wandung des Zylinderblocks 14 ausgebildet ist.

Eine gestufte Hülse 32 ist locker über den Schaft 12 geschoben und trägt den Zylinderblock 14 über Radialrollenlager 34. Die Hülse 32 weist zwei radial symmetrische,

609838/0313

gewölbte Nuten 36 in ihrem Stufenbereich auf, weiterhin eine Ringnut 37 an ihrem äußeren Umfang, die mit dem radialen Ein- bzw. Auslaß 22 des Gehäusekörpers 18 in Verbindung steht, weiterhin sechs axiale Bohrungen 38 auf der Seite des Enddeckels 21, die mit der Eingnut 37 in Eingriff stehen und weiterhin zwei radial symmetrische, gewölbte Muten 39» die in der Nähe des Stufenbereichs der Hülse angeordnet sind und mit Bohrung 38 in Verbindung stehen. Mit 40 ist ein Dichtungsstopfen zum Schliessen der Bohrung 38 bezeichnet.

Im Zylinderblock 14 sind beispielsweise acht axiale Zylinderbohrungen 41 von stufenförmiger Ausbildung in gleichem Winkelabstand zueinander am Umfang verteilt und in jeder Zylinderbohrung 41 ist ein Kolbensatz 42 geführt. Ein Kolbensatz 42 besteht aus einem Paar einander entgegengesetzt angeordneter Stufenkolben 44, 45, die in der Zy.linderbohrung 41 gleitend geführt sind ,weiterhin aus einer Druckfeder 46, die zwischen den einander gegenüberliegenden Kolben angeordnet ist und die Kolben nach außen vorbelastet, weiterhin noch aus einem Paar von Stahlkugeln 48, die drehbar am äusseren Endbereich großen Durchmessers des Kolbens verankert sind.

Die Druckfeder 46 ist nicht unbedingt erforderlich, da die Kolben 44 und 45'auch von einer Arbeitsflüssigkeit nach außen gedrückt werden können. Zwiöchen den Kolbenpaaren 44 und 45 ist eine Kammer 50 definiert. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weisen die Kolben 44 und 45 je eine Ringnut 52 auf, welche zur Aufnahme der Feder 46 dient. Weiterhin einen öldurchgang 53 und einen ölraum 54, welcher mit dem öldurchgang 53

609838/0313

Verbindung steht. Der öldurchgang 53 muß sehr eng dimensioniert sein, damit ständig eine kleine Menge Arbeitsflüssigkeit durch die Kapillarwirkung in den ölraums 54 angeliefert wird. Eine solche Bohrung mit kleinem Durchmesser ist sehr schwierig herzustellen, aus diesem Grund besteht der öldurchgang 53 aus einer Stufenbohrung. Ein Kapillarstopfen

56 wird in den Bereich großen Durchmessers der Stufenbohrung eingeführt. Wie aus Pig. 4 ersichtlich ist, ist der Stopfen 56 gestuft und weist einen Bereich großen Durchmessers mit einer axialen Hut 58 und einen Bereich kleinen Durchmessers mit einem diametral verlaufenden Schlitz 57 auf. Bei Einführung des Kapillarstopfen 56 in den öldurchgang 53 wird das Arbeitsöl infolge von Kapillarkräften durch die axiale Nut 58 gezogen. Das durch die axiale Nut 58 gelangte öl gelangt weiterhin durch den öldurchgang 53 in den ölraum 54-, ungeachtet der stufenförmigen Ausbildung des Durchgangs, da der stufenförmige Kapillarstopfen 56 einen Schlitz

57 aufweist. Die Stahlkugel 48 ist auf dem Kolben 44 schwimmend gelagert. TJm einen möglichst geringen Reibungsverlust mit einer möglichst geringen Undichtigkeit zu verbinden, weist die Stahlkugel 48 vorzugsweise einen Durchmesser D auf, der gleich oder größer als 1,2 mal der Durchmesser d des Bereichs kleinen Durchmessers des Kolbens 44 ist. Der Durchmesser D der Stahlkugel ist vorzugsweise 1,2 bis 1,3 mal der Durchmesser d des Bereiches kleinen Durchmessers des Stufenkolbens.

Im Zylinderblock 14 sind radiale Bohrungen 60 vorgesehen, die mit den gewölbten Nuten 36 oder 39 der Hülse 32 in Verbindung stehen und den Kammern

609838/0313

der Stufenkorben 44· und 45. Geneigte Bohrungen 61 öffnen sich in die geschlossene Kammer des Gehäuses 16 und können mit der gewölbten Nut 36 in Verbindung stehen. 62 ist ein Dichtband zum Verschliessen der Bohrung 60 im Hinblick auf die geschlossene Kammer des Gehäuses 16.

Der Zylinderblock 14 wird von zwei Nockenscheiben bzw. -bahnen 64, 65 so eingeschlossen, daß diese mit den Stahlkugeln 48 des Kolbensatzes 42 in Berührung stehen. Die Nockenscheibe 64 an der Seite des Enddeckels 20 ist fest an dem Gehäusekörper 18 angeordnet, wogegen die Nockenscheibe 65 an der radialen Wandung des Gehäusekörpers 18 frei drehbar über Axialrollenlager 66 montiert ist. Ein radialer Schlitz 68 ist in der Nockenscheibe 65 vorgesehen.

Eine Kolbenzylindereinheit 70 ist so angeordnet, daß sie die Stellung der Nockenscheibe 65 relativ zur fixen Nockenscheibe 64 verändern kann. Die Kolbenzylindereinheit 70 besteht aus Kolbenstange 72 mit Kolben 7^·, die in einem Zylinder 76 geführt ist, der in dem Zylinderkörper 18 ausgebildet ist. Ein austretendes Fluid, beispielsweise vom Auslaß 22, wird über öffnungen 81 und 82 mittels eines Überwechsel- oder Regelventils 80 in die Zylinderkammern 77 und 78 eingeleitet. An der Kolbenstange ist eine herausragende Stange 83 befestigt, die wiederum in dem radialen Schlitz 68 der Nockenscheibe 65 befestigt ist. Durch eine gleitende Verschiebung der Stange 72 wird Nockenscheibe 65 verdreht, so daß die Stellung der Nockenscheibe 65 relativ zur festen Nockenscheibe 64 verstellt werden kann. Mit 84 ist

609838/0313

ein Führungsstift bezeichnet, der in einem Langloch 86 der Kolbenstange ^2 läuft, um eine Verdrehung der Stange 72 zu verhindern.

Die Arbeitsweise der hydraulischen Fördereinrichtung bei ihrer Verwendung als Pumpe soll nun beschrieben werden.

Wenn sich Welle 12 dreht, dreht sich auch Zylinderblock 14 in gleicher Weise und bewirkt, daß die Stahlkugel des Kolbensatzes 42 in Berührung mit den entsprechenden Nockenscheiben 64 oder 65 gedreht werden. Jeder Kolben 44 verschiebt sich entsprechend in seiner Zylinderbohrung 41, wobei sich das Volumen der Kammer ändert. Wenn die Volumengeschwindigkeit ein Minuswert ist, wird ein Bückdruck erzeugt, der beispielsweise bewirkt, daß ein Drucköl oder Druckgas über Einlaß 25» die geneigte Bohrung 61, die gewölbte Nut 36 und die Radialbohrung 60 in die Kammer 50 fließt. Wenn jedoch die Volumengeschwindigkeit ein positiver Wert ist, wird ein Ausstoßdruck erzeugt, der bewirkt, daß Drucköl von der Kammer 50 über die Sadialbohrung 60, die gewölbte Nut 39» die Fluidaxialbohrung 38, die Ringnut 37 und Auslaß 42 nach außen strömt. In Pig. 2 ist ein Saug- und ein Druckhub der Fördereinrichtung gezeigt. Die Volumengeschwindigkeit in der Kammer wird durch _P das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche A(» «-£- ) des Durchmessers des gleitenden Bereiches der Stufenkolben 44 und 45 und den Geschwindigkeiten v«| und γ der Kolben 44 und 45 bestimmt. Das Verhältnis kann wie folgt ausgedrückt werden:
A χ (+ V₁ + V₂)

Wenn die Kolben 44 und 45 gegeneinander bewegt werden, weisen die Volumengeschwindigkeiten V^, und V₂ der Kolben

609838/0313

- ίο -

44 und 45 positive Werte auf. Wenn andererseits die Kolben 44 und 45 voneinander weg bewegt werden, werden die Yolumengeschwindigkeiten V^ und V₂ negativ (siehe Fig. 5)·

Die Nockenscheiben 64 und 65 prägen den Kolben 44 und

45 während einer Relativdrehung mehrere hin- und hergehende Bewegungen auf. Die Nockenscheiben 64 und 65 haben Noc enbahnen 85 und 87 um den einander entgegengesetzt angeordneten Kolben 44 und 45 in jeder Phasenstellung unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten zu erteilen. In Fig. 5 sind die Nockenkurven der Nockenbahnen 85 und 87 der Nockenscheiben 64 und 65 dargestellt. In Fig. 5 beispielsweise ist die Nockenkurve I der Nockenbahn 85 als Sinuskurve mit zwei Maxima pro Hub H dargestellt und die Nockenkurve II der Nockenbahn 87 als Sinuskurve mit zwei Maxima pro halbem Hub H/2. Im Bereich A in Fig. 5 ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Stufenkolbens 44 -7^ und die Bewegungsgeschwindigkeit des Stufenkolbens 45 +V₂. Da Iv^^l^l, ergibt sich

-v₁₊v₂<o

Da die Volumengeschwindigkeit der Kammer 50 ein Minuswert ist, ergibt sich eine Saugfunktion. In dem Bereich B der Fig. 5 ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Stufenkolbens 44 +V^ und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 45 -V₂. Da +V^-V₂>0 ergibt sich die Volumengeschwindigkeit der Kammer 50 als positiver Wert und ein Druckhub wird erhalten. Auf diese Weise kann bei Verwendung unterschiedlicher Nockenkurven kein Fall auftreten, in dem _+ V*_+_ V₂ gleich Null wird. Konsequenterweise ergibt sich damit ein glatter Bewegungsablauf ohne jede pulsierende Bewegung. Sogar wenn die gleichen Nockenkurven I und III verwandt werden, ergibt sich bei einer schwingenden Bewegung der Nockenscheibe 65

609838/0313

relativ zur festen Nockenacheibe 64 kleiner als + 90 aus der in Fig. 5 gezeigten Stellung keinerlei pulsierende Bewegung. Obwohl in der oben gezeigten Ausführungsform die Nockenkurve als Sinuskurve dargestellt ist, kann jede andere Kurve verwandt werden. Bei einer Relativdrehung der Nooke hat die Nockenkurve zwei Maxima, sie kann jedoch auch mehrere Maxima, beispielsweise vier Maxima aufweisen. Die feste Nockenscheibe 64 kann so ausgebildet werden, daß sie eine Sinuskurve IV mit vier Maxima und einen Hub von H/2 darstellt und die bewegliche Nockenscheibe 65 kann so ausgebildet sein, daß sie eine Sinuskurve V mit vier Maxima und einen Hub von H/4 darstellt.Jede Gruppe der gewölbten Nuten 36 und 39 entspricht in ihrer Zahl der Zahl der Maxima der Nockenkurven. Die gewölbten Nuten 36 und 39 sind miteinander abwechselnd um die Hülse herum angeordnet.

Der Saug- und Druckhub wird von dem Verhältnis $edes Kolbensatzes relativ zu den Nockenscheiben 64 und 65 bestimmt. Die regelbare hydraulische Förderpumpe 10 wird einer veränderlichen algebraischen Summe (es gibt immer einen positiven Wert) der Volumengeschwindigkeiten einiger Kolbenkammern 50 ausgesetzt, die mit den entsprechenden Bohrungen 60, die zu den gewölbten Nuten 39 führen, in Verbindung stehen. Im Ergebnis kann die Pampe 10 die Arbeitsflüssigkeit bzw. das Arbeitsöl regelbar und einstellbar fördern.

Die'Schwenkbewegung der schwenkbaren Nockenscheibe 65 wird dadurch bewirkt,daß eine geringe Menge öl, die aus dem Auslaß 42 austritt, in eine der Zylinderkammern 77 und 78 über das Regelventil 80 und entsprechend eine

609838/0313

der öffnungen 81 oder 82 fließt. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bewirkt eine Bewegung der Kolbenstange 72 ein gleitendes Verschieben der herausragenden Stange 83 entlang des radialen Schlitzes 68 der Nockenscheibe 65 * wodurch die Nockenscheibe 65 um _+ 35° verschwenkt werden kann. In diesem Bereich können die gleichen Nockenkurven verwendet werden.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der hydraulischen Fördereinrichtung 10 beschrieben, wenn sie als Motor eingesetzt wird. Durch Einspeisen eines Drucköls über Einlaß 22, durch Ringnut 37» Axialbohrung 38, gewölbte Nut 37 und Eadialbohrung 60 in die Kammer 50 und Verändern der Volumengeschwindigkeit innerhalb der Kammer 50 werden der Zylinderblock 14 und mit diesem auch die Welle 12 gedreht. Das Drehmoment der Welle 12 kann durch den Druck des Drucköls und die Schwenkstellung der Nockenscheibe 65 verändert werden. Da in jedem Fall die Stufenkolben 44 und 45 infolge des auf sie einwirkenden Axialdruckes sich axial bewegen, gleichen sich die Radial- und Axialkräfte aus und werden im Ergebnis gleich Null. Damit ergibt sich ein gleichmäßiges ruhiges Arbeitsverhalten.

Da den Kolben 44 und 45 ständig eine unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit aufgeprägt wird, ergibt sich keine pulsierende Bewegung. Die Schwenkbewegung der Nockenscheibe 45 kann selbsttätig durch Fernbedienung erfolgen, wobei wegen der Verwendung der hydraulisch bedienten Kolben-Zylindereinheit 70 eine größere Genauigkeit als mit Handbedienung erzielbar ist.

Da das Arbeitsöl zum ölraum 54 geliefert wird und die Stahlkugeln 48 oder die sphärischen, auf der Nockenfläche ablaufenden Körper schwimmend auf

609838/0313

einem Ölfilm gelagert sind, drehen sich die der Nockenfläche folgenden Körper mit äußerst geringer Reibung. Dadurch wird es möglich, eine Fördereinrichtung zu schaffen, die gleichmäßig läuft und eine lange Standzeit hat. Als auf der Nockenfläche ablaufende Körper können Stahlkugeln verwendet werden. Die Stahlkugel folgt der Nockenfläche aufs Genaueste und bewirkt eine Hin- und Herbewegung des Kolbens. Der Zylinderblock 14 wird zusammen mit Welle 12 gedreht und die Nockenscheiben 64 und 65 werden im Hinblick auf die Welle nicht verdreht. Da eine Nockenscheibe 64 fix mit dem Gehäuse verbunden ist und die andere Nockenscheibe 65 im Hinblick auf dnß feste Nockenscheibe 64 verschwenkbar ist, kann die versohwenkbare Nockenscheibe 65 leicht sogar während des Betriebs verschwenkt werden. Dadurch erhält man die erwünschte Fördermenge oder das erwünschte Drehmoment.

In der oben beschriebenen hydraulischen Fördereinrichtung wird der Zylinderblock zusammen mit der Welle gedreht, während die Nockenscheiben im Hinblick auf die Welle nicht verdreht werden.

Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, in welcher die Nockenscheiben in einer Einheit zusammen mit der Welle verdreht werden, während der Zylinderblock auf der Welle nicht verdreht wird.

Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, weist die hydraulische Einrichtung 110 eine Welle 112 auf, über welche eine Stufenhülse 116 eines Differentialgetriebemechanismus 114 lose geschoben ist. Eine Welle für ein Zwischenkegelrad 118

609838/0313

ist in dem Bereich großen Durchmessers der Stufenhülse 116 angeordnet. Ein Paar von Kegelrädern 119 und steht mit dem Zwischenkegelrad 118 in Eingriff. Das Kegelrad 119 ist auf die Welle 112 aufgekeilt und eine Kurvenscheibe 122 ist mit dem Kegelrad 119 fest verbunden. Das andere Kegelrad 120 läuft frei auf dem Bereich kleinen Durchmessers der Hülse 116/wobei eine Nockenscheibe 123 fest mit dem Kegelrad 120 verbunden ist. Ein Ritzel 124 ist auf den Bereich kleinen Durchmessers der Hülse 116 aufgekeilt und zwischen Nockenscheibe 123 und Ritzel 124 sind Axialrollenlager 126 vorgesehen.

Ein Zylinderblock 128 ist im Gehäuse 130 angeordnet und weist mehrere Zylinderbohrungen 132 auf, die mit gleichem Winkelabstand zueinander auf dem gleichen Teilungskreis verteilt sind. Innerhalb je einer Zylinderbohrung 132 ist eine Kolbeneinheit 134- angeordnet. Zwischen den Kolbeneinheiten 134- ist jeweils eine Ventileinheit 136 im Zylinderblock 128 angeordnet. Ein Arbeitsöl kann durch die Bohrung 132 in das Gehäuse 13OfHessen. Wenn die hydraulische Einrichtung 110 als Pumpe verwendet wird, dreht sich bei einer Drehung der Welle 112 auch die Nockenscheibe 122 durch das Kegelrad I99. Da das Kegelrad 120 fest mit der Nockenscheibe 123 verbunden ist und mit Kegelrad 119 über das Zwischenkegelrad 118 in Eingriff steht, wird die Nockenscheibe 123 um den gleichen Betrag in entgegengesetzter Richtung verdreht. Das Zwischenkegelrad 118 dreht sich dabei um seine Achse und nicht um die Welle 112. Daher wird auch Ritzel 124, das fest mit Hülse 116 verbunden ist, nicht gedreht. Wie in der vorbeschriebenen Ausfuhrungsform kann die Volumengeschwindigkeit bei Kammer

609838/0313

über die Kolben variiert werden. Wenn sich die Kolbeneinheit 134 im Saughub befindet, .wird das sich innerhalb des Gehäuses I30 befindende Arbeitsöl durch die Ventileinheit 136 hindurchgeleitet und fließt über eine Ringnut 140 im Zylinderblock 128 in die Kammer 138. Wenn sich die Kolbeneinheit 134 im Druck- bzw. Förderhub befindet, fließt das Arbeitsöl aus Kammer 138 über Ringnut 140 und Ventileinheit 136 in eine Ringnut 142 und wird vom Auslaß 148 über Bohrungen 144 und 146 ausgestossen.

Wenn sich die Kolbeneinheit 134 im Saughub befindet, ermöglicht die Ventileinheit.136 eine Verbindung zwischen dem Einlaß 133 und der Bingnut 140. Wenn sich die Kolbeneinheit 134 im Druckhub befindet, ermöglicht die Ventileinheit 136 eine Verbindung zwischen der Ringnut 140 und der Ringnut 142 und somit dem Auslaß 148. Wie in Fig. 8 gezeigt wird, weist die Ventileinheit 136 ein Doppelventil vom gleichen Typ auf, in welchem einander entsprechende Ventilkörper I50 und I5I durch Druckfedern I52 und 153 gegen einen Ventilsitz gedruckt werden. Wenn die Volumengeschwindigkeit der Kammer 138 einen Hinuswert ergibt, bewegt sich der Ventilkörper I50 nach rechts gegen die Vorspannkraft der Feder 152, wodurch Arbeitsöl durch die Ventileinheit 136 in die Ringnut 140 gelangen kann. Die Feder 153 ist so ausgebildet, daß ihre Vorspannkraft nicht erlaubt, daß Ventilkörper I5I zu dieser Zeit von seinem Sitz abhebt. Wenn die Volumengeschwindigkeit der Kammer 138 einen positiven Wert annimmt, bewirkt das von Kammer I38 in die Ringnut 140 ausgestossene öl eine Bewegung des Ventilkörpers I5I nach rechts gegen die Vorspannkraft der Feder 153₅ wobei der Ventilkörper I5I geöffnet wird. Das Arbeitsöl fließt daher in die Ringnut

609838/0313

142 land über die Bohrungen 144 und 146 zum Auslaß 148. In dieser Ausführungsform weist die Kolben-Zylinder-Einheit 154 für die Nockenscheibe 123 eine Stange I56 auf, die eine Verzahnung 155 aufweist, welche sich im Eingriff mit dem Ritzel 124 befindet. Wenn Stange I56 von dem Arbeitsöl bewegt wird, dreht sich auch Ritzel 124, das mit der Verzahnung 155 in Eingriff steht. Das Arbeitsöl fließt dabei über Bohrung 157₅ die mit der Ringnut 142 kommuniziert in die Zylinderkammern 159 und 160 über ein Regelventil I58. Da Ritzel 124 auf die Hülse 1.16 aufgekeilt ist, wird auch Zwischenkegelrad 118 zusammen mit der Hülse 116 verdreht. Durch die Drehung des Kegelrades 118 wird auch Kegelrad 120 verdreht, wobei die fest mit Kegelrad 120 verbundene Nockenscheibe 123 verschwenkt wird. Im Ergebnis kann die Stellung der Nockenscheibe 123 relativ zur Nockenscheibe 122 eingestellt werden. Die Verschwenkbewegung der Nockenscheibe 123 ermöglicht eine stufenlose selbsttätige und ferngesteuerte Bedienung, der hydraulischen Fördereinrichtung 110..

Die oben beschriebene Ausführungsform hat einen starren Aufbau, da der Zylinderblock an dem Gehäuse fix befestigt ist, es können daher sehr hohe Auslaßdrücke erreicht werden. In Versuchen wurde festgestellt, daß auch bei atmosphärischen Drücken von 1000 at noch eine befriedigende Arbeitsweise möglich war. Obwohl die Nockenscheiben 122 und 123 zusammen mit der Welle 112 rotieren, kann die verschwenkbare Nockenscheibe 123 sogar während der Drehung der Welle 112 in Bezug zur festen Nockenscheibe 122 verschwenkt werden.

In Fig. 9 ist eine modifizierte Form der Kolbeneinheit dargestellt. In Fig. 9 hat die Kolbeneinheit 161 an ihrem äußerem

609838/0313

Ende einen sphärischen Kopf 164, der einstückig mit dein Kolben 162 ist. Eine Nocke 166 ist so auf dem sphärischen Kopf 164- befestigt, daß sie im den sphärischen Kopf 164 gedreht werden kann. Die Nocke 166 steht mit einer Nockenfläche in Berührung und ölräume 167» 168 sind einerseits zwischen dem sphärischen Kopf 164 und der Nooke 166 und andererseits zwischen der Nockenfläche und der Nocke 166 ausgebildet. Arbeitsöl gelangt über öldurchgang I70 in die ölräume 167 und 168. Wenn auf diese Weise die Nocke durch den Ölfilm auf beiden Seiten schwimmend gelagert ist, wird ohne Verwendung einer Stahlkugel eine Kolbeneinheit mit äußerst geringer Reibung erhalten. In Konsequenz daraus ergibt sich die Möglichkeit,eine sehr hochtourige Einrichtung entweder als Pumpe oder Motor zu erhalten (ca. 3000 Umdrehungen pro Minute). Mit I72 ist ein Kapillarstopfen bezeichnet, der ähnlich dem Kapillarstopfen 56 in Fig. 4 ausgebildet ist. Die Nockenfläche wird entweder durch Verwendung einer innen liegenden oder äußeren Zylinderoberflache gebildet.

In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform einer Kolbeneinheit gezeigt. In der Kolbeneinheit 174 nach Fig. 10 ist ein sphärischer Kopf 180 einer Nocke I58 drehbar auf dem äußeren Ende des Kolbens I76 befestigt. Die Nocke 178 steht mit einer gewölbten Nockenfläche in Kontakt, wobei zwischen der Nockenfläche und der Nocke I78 ein ölraum 182 gebildet wird. Ein weiterer ölraum 184 ist zwischen dem äußeren Ende des Kolbens I76 und dem sphärischen Kopf 180 der Nocke 178 gebildet. Der ölraum 184 steht mit dem ölraum 186 über einen öldurchgang 186 in der Nocke 178 in Verbindung. Da das Arbeitsöl vom ölraum 184 zum ölraum 182 ungeachtet der Kapillarwirkung gelangt, muß öldurchgang 186 nicht notwendigerweise von ähnlich kleinem Durchmesser sein wie öldurchgang 188 im Kolben 176. Daher ist der Öldurch-

609838/0313

gang 186 unschwierig herzustellen, im Gegensatz zum öldurchgang 188 des Kolbens 176, sogar wenn er etwas länger sein sollte. Mit I90 ist ein Kapillarstopfen bezeichnet.

In der in Fig. 10 gezeigten Kolbeneinheit ist die Nooke 178 durch einen Ölfilm an beiden Seiten schwimmend gelagert und die -Kolbeneinheit 174- kann ruhig und gleichmässig mit ebensowenig Reibung arbeiten, wie im Pail der Kolbeneinheit nach Fig. 9·

In den Fig. 9 und 10 ist der Durchmesser D der sphärischen Köpfe 164 und 180 vorzugsweise mehr als 1,2 mal, und besonders bevorzugt, 1,2 bis 1,3 mal der Durchmesser d des Kolbenbereicbes mit kleinem Durchmesser.

609838/0313

Claims

- 19 Patentansprüche

Q\j Regelbare hydraulische Fördereinrichtung, bestehend aus einem Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar gelagerten Welle, einem Zylinderblock, der im Gehäuse so angeordnet ist, daß er konzentrisch zur Welle und zum Gehäuse mehrere axiale zylindrische Bohrungen aufweist, bestehend weiterhin aus mehreren Kolbeneinheiten, die jeweils ein Kolbenpaar aufweisen, das in der zylindrischen Bohrung gleitend verschiebbar und gegenüberliegend angeordnet ist, so daß zwischen den Kolben eine Kammer definiert ist, bestehend weiterhin aus einem Paar von Nockenbahnen, die mit den einander gegenüberliegenden Kolben in Kontakt stehen und zwischen denen der Zylinderblock eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Nockenbahnen eine Nokkenfläche (85,87 ) aufweist, um den einander gegenüberliegenden Kolben (4A-, 45) während einer Umdrehung mehrere hin- und hergehende Bewegungen aufzuprägen, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der einander gegenüberliegenden Kolben (44, 45) in jeder Phasenlage unterschiedlich ist.
2. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß am äußeren Ende jedes Kolbens (44., 45) ein drehbares Berührungselement (48) befestigt ist, das mit der betreffenden Nockenbahn in Kontakt steht.
3·- Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine der beiden Nockenbahnen (64, 65) in Bezug zur anderen

609838/0313

Nockenbahn mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit (70) verscbwenkbar ist, die von dem in der Einrichtung befindlichen Fördermedium betätigt wird.
4-. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinderblock (14-) auf der Welle (12) fest montiert ist, so daß er sich zusammen mit der Welle verdreht und daß die verschwenkbare Nockenbahn (65) gegenüber der Welle (12) und df*"- Gehäuse (18) frei gelagert ist und daß die andere Nocke ihn (64-) gegenüber dem Gehäuse (18) festgelegt ist.
5« Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch oder 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die verschwenkbare Nockenbahn (65) eine radial gerichtete Hut (68) auf der Seite aufweist, die der auf der Nockenbahn gleitenden Nocke nicht zugekehrt ist und daß die Kolben-Zylinder-Einheit (70) ein Betätigungselement (83) aufweist, das fest auf der Kolbenstange (72) montiert ist und in die radiale Nut (68) der verschwenkbaren Nockenbahn (65) eingreift.
6. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinderblock (128) fest mit dem Gehäuse (130) verbunden ist und daß die andere Nockenbahn (122) drehfest mit der Welle (112) verbunden ist und die verschwenkbare Nockenbahn (123) mittels eines Differentialgetriebes (114-) einen entsprechenden Betrag in die entgegengesetzte Richtung verdreht wird.

609838/0313

261DU8
7· Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Differentialgetriebe (114) eine Hülse (116) aufweist, die lose auf die Welle (112) aufgeschoben ist, weiterhin ein Zwischenkegelrad (118), das auf der Hülse (116) fest gelagert ist, weiterhin ein Antriebskegelrad (119)? cLas auf der Welle (112) drehfest verkeilt ist und mit dem Zwischenkegelrad (118) in Eingriff steht und an diesem Kegelrad (119) die andere Nockenbahn (122) befestigt ist, bestehend weiterhin aus einem Antriebskegelrad (120), welches die Hülse (116) lose umgibt, mit dem Zwischenkegelrad (118) in Eingriff steht und die verschwenkbare Fockenbahn (123) trägt. ·
8. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 6 oder 75 dadurch gekennzeichnet , daß das Differentialgetriebe (114) ein Ritzel (124) aufweist, das fest auf der Hülse (116) befestigt ist und daß die Kolbenstange (156) der Kolben-Zylinder-Einheit (154) eine Verzahnung (155) aufweist, die mit dem Ritzel (124) in Eingriff steht.
9· Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Kolbeneinheiten (42, 154) einen ölraum (54, 168, 182) aufweist und daß die Nooke schwimmend gelagert ist, wozu das Arbeitsmedium benutzt wird, das in den ölraum (54, 168, 182) über eine Verbindungsleitung (53, 1?0, 186) einfließt.

609838/0313
10. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der ölraum aus einer ersten Kammer (54, 167 _T 184) besteht, die zwischen der Hocke (48, 166, 180) und dem äußeren Ende des Kolbens (44, 164, 176) gebildet ist.
11. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der ölraum eine zweite Kammer (168, 182) aufweist, die zwischen der Hockenfläche und der Hocke (166, 178) gebildet ist.
12. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser D des äußeren Bereichs des Kolbens (44), von welchem die Hocke (48) getragen wird, mehr als 1,2 mal der Durchmesser d des in der Zylinderbohrung gleitenden Kolbenteils des Kolbens (44) beträgt.
13- Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gek.ennzeichnet , daß jede der Kolbeneinheiten (42, 134) einen Kapillarstopfen (56, 172, 190) aufweist, der in den öldurchgang (53, 170, 188) des Kolbens (44, 162, I76) eingeschoben ist und der so ausgebildet ist, daß er ständig unter der Wirkung von Kapillarkräften Arbeitsöl zur ersten ölkammer (54, 167, 184) liefert.
14. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 13i dadurch gekennzeichnet , daß der Kapillarstopfen (56) ein gestufter fester zylindrischer Körper ist, der in den öldurchgang (53) des Kolbens (44)

609838/0313

so eingeführt wird, daß sein Bereich kleinen Durchmessers auf der Seite des ersten ölraums (54·) zu liegen kommt und daß der gestufte feste zylindrische Körper (56) einen Bereich großen Durchmessers aufweist, mit einer axial gerichteten Längsnut (58) und einen Bereich kleinen Durchmessers mit einem diametral angeordneten Querschlitz (57)·
15· Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß· eine der beiden Nockenbahnen relativ zur anderen mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit verschwenkbar ist, die iait Arbeitsmedium betrieben wird, das innerhalb der Fördereinrichtung vorhanden ist.
16. Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 14·, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinderblock(14-)drehfest mit der Welle (12) verbunden ist und daß die verschwenkbare Nockenbahn (65) relativ zur Welle (12) und dem Gehäuse (18) frei drehbar ist und daß die andere Nockenbahn (64-) an dem Gehäuse (18) festgelegt ist und daß die verschwenkbare Nockenbahn (65) eine radiale Nut (68) an der Seite aufweist, die der Nocke abgewendet ist und daß die Kolben-Zylinder-Einheit (70) ein Betätigungsteil (83) aufweist, das fest mit der Kolbenstange (72) verbunden ist und in die radiale Nut (68) der verschwenkbaren Nockenbahn (65) eingreift.

17· Regelbare hydraulische Fördereinrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß der . Zylinderblock (128) fest mit dem Gehäuse (130) verbunden ist und daß die andere Nockenbahn (122) drehfest mit der Welle (112) verbunden ist, und die verschwenkbare

6Ό9838/0313

Fockenbahn (123) mittels eines Differentialgetriebes (114) einen gleichen Betrag in Gegenrichtung verschwenkt wird und daß das Differentialgetriebe (114) eine Hülse (116) aufweist, die auf die Welle (112) lose aufgeschoben ist, weiterhin ein Zwischenkegelrad (118) das fest auf der Hülse (116) montiert ist, ein Antriebskegelrad (119), das drehfest mit der Welle verbunden ist und mit dem Zwischenkegelrad (118) in Eingriff steht und an dem die andere Bfockenbahn (122) befestigt ist, weiterhin ein Antriebskegelrad (120)-, welches lose auf der Hülse (116) aufliegt und mit dem Zwischenkegelrad (118) in Eingriff steht und an welchem die verschwenkbare Nockenbahn (123) befestigt ist und daß das Differentialgetriebe (114) weiterhin ein Ritzel (124) aufweist, das fest auf der Hülse (116) montiert ist und daß die Kolbenstange (156) der Kolben-Zylinder-Einheit (154-) eine Verzahnung (155) aufweist, die mit dem Ritzel (124) in Eingriff steht.

609838/0313

IST

Leerseite