DE3041412A1

DE3041412A1 - Fluid pressure machines

Info

Publication number: DE3041412A1
Application number: DE803041412A
Authority: DE
Inventors: Johnson A Cameron; M Miles
Original assignee: Sauer United Kingdom Ltd
Current assignee: Sauer Sundstrand UK Ltd
Priority date: 1979-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1982-02-11
Also published as: GB2045345A; IT8067488A0; EP0025790B1; GB2045345B; JPS56500348A; WO1980002175A1; JPS6145072B2; IT1128257B; US4356761A; EP0025790A1

Description

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BLUMBACH . WESER · BERGEN . KRAMER ZWIRNER - HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN -2-

Palenlconsult RadedtestraOe 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Patentconsult Sonnenbergor Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsull

PCT/GB 80/00058

Sauer United Kingdom Limited

Druckflüssigkeitsmaschinen :' -

Die Erfindung bezieht sich auf Druckflüssigkeitsmaschinen, speziell Pumpen und Motore der Art mit einer Anzahl von Zylindern, die radial in einem Zylinderblock angeordnet sind, der zur orbitalen, nicht drehenden Bewegung innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist. In solchen Maschinen enthält jeder Zylinder einen geführten Kolben, der Gleitkontakt mit einer Anschlagsfläche innerhalb des Gehäuses hat. Der Zylinderblock ist auf einem exzentrischen Lager abgestützt, welches von einer drehbaren Welle getragen wird, die mit innen liegenden Kanälen zur Zuführung von Arbeitsflüssigkeit zu und von jedem Zylinder in der Reihe versehen ist. Bei der Verwendung einer derartigen Maschine als Motor führt die aufeinanderfolgende Druckbeaufschlagung jedes Zylinders zu einer orbitalen Bewegung des Zylinderblocks, der wiederum eine Drehung der Welle nach sich zieht, während bei der Verwendung einer solchen Maschine als Pumpe die Drehung der Welle zu einer orbitalen Bewegung des Zylinderblocks führt, was wiederum zu einer Lieferung von Druckflüssigkeit

München: R. Kramor Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. tor. not. · E. Hoflmann Olpl.-Ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dlpl.-Ing. . P. Bergen Prof.Dr. jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirnor Dipl.-Ing. DIpI.-W.-Ing.

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aus den Zylindern sequentiell bei jeder Drehung der Welle führt.

Bei bekannten Druckflüssigkeitsmaschinen der beschriebenen Art sind zahlreiche Mittel vorgeschlagen worden, um das effektive Hubvolumen in jedem Zylinder zu variieren und daher das Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit der Welle und dem Strömungsmitteldurchsatz der Maschine sowie." das Verhältnis zwischen dem Druck der Flüssigkeit und den " Drehmoment an der Welle einzustellen. Ein derartiges Mittel zur Veränderung des effektiven Hubvolumens in jedem Zylinder besteht darin, zwei koaxiale Kolben in jedem Zylinder vorzusehen, wobei der eine Kolben in dem anderen geführt ist, so daß die beiden Kolben getrennte Arbeitskammern innerhalb jedes jeweiligen Zylinders bestimmen und durch wahlweises Festlegen des äußeren Kolbens relativ zum inneren Kolben kann das Gesamtarbeitsvolumen innerhalb jedes Zylinders variiert werden, aber im allgemeinen können mit einer derartigen Einrichtung nur zwei unterschiedliche Geschwindigkeiten oder Drehmomente erzielt werden, nämlich eine Geschwindigkeit oder Drehmoment aus dem Betrieb beider Zylinder im Tandem und eine weitere Geschwindigkeit oder Drehmoment aus dem Betrieb nur des inneren Kolbens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckflüssigkeitsmaschine von im wesentlichen einfacher Ausbildung zu schaffen, welche wahlweise drei unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeiten oder Drehmomente bereitstellen kann.

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Eine DruckflUssigkeitsmaschine gemäß Erfindung weist eine Anzahl von Zylindern, Kolben und eine drehbare Welle auf. Die Zylinder sind radial in einem Zylinderblock angeord-·-. net, der für eine orbitale, nicht drehende Bewegung innerhalb eines Gehäuses vorgesehen ist. Die Kolben sind in den Zylindern geführt und stehen in Gleitkontakt mit Anschlagsflächen innerhalb des Gehäuses. Die Welle besitzt eine Ex> zentrizität, auf welcher der Zylinderblock gelagert ist. ;:. Jeder Kolben hat eine zylindrische, axiale Bohrung, die an ihrem radial inneren Ende offen ist und in welcher ein Flüssigkeitsverdrängungsglied , welches relativ zum Zylinderblock festgelegt ist, angeordnet ist, sodaß der Kolben innerhalb des Zylinders eine ringförmige äußere Kammer zwischen der Zylinderwandung und dem Verdrängungsglied bestimmt. Ferner ist eine innere Kammer innerhalb der Kolbenbohrung vorgesehen. Die Maschine weist eine wahlweise betätigbare Ventileinrichtung zur Zuführung von Druckflüssigkeit zur inneren und/oder äußeren Kammer auf, um die Betriebsgeschwindigkeit oder das Drehmoment der Maschine zu steuern.

Die Maschine gemäß Erfindung kann drei unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeiten oder Drehmomente annehmen, die durch Betätigung der Ventileinrichtung wählbar sind. Entsprechend jeweils drei Arbeitsbedingungen, bei welchen Druckflüssigkeit zugeführt wird an a) sowohl die innere und äußere Kammer jedes Zylinders, b) nur der inneren Kammer jedes Zylinders und c) nur der äußeren Kammer jedes

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Zylinders. Bei allen Betriebsbedingungen bleiben die Kolben in Gleitkontakt mit den Anschlagsflächen des Gehäuses. Es kann deshalb in bequemer Weise Vorteil von hydrostatischem · Ausgleich der Kolben gezogen werden, indem Aussparungen oder Taschen in den Oberflächen der Kolben vorgesehen werden, welche mit den Anschlagsflächen in Berührung stehen,, und diese Aussparungen oder Taschen werden mit Druckflüssigkeit über Kanäle versorgt, die mit der inneren und/oder eier : äußeren Kammer des zugeordneten Zylinders kommunizieren. ^:

Vorzugsweise ist Jedes Flüssigkeitsverdrängungsglied koaxial zum zugeordneten Zylinder angeordnet und weist eine Bohrung, ebenfalls koaxial zum Zylinder, auf, die mit ihrem radial äußeren Ende mit der Bohrung des jeweiligen Kolbens in Verbindung steht und die an ihrem radial inneren Ende in eine zylindrische Axialbohrung im Zylinderblock sich öffnet, in welchem die Exzentrizität in Gleitführung angeordnet ist. Die Exzentrizität besitzt zwei in Umfangsrichtung entfernt voneinander angeordnete öffnungen, die bei Drehung der Exzentrizität relativ zum Zylinderblock nacheinander mit der Bohrung des Verdrängungsgliedes in Verbindung gebracht werden. Ferner besitzt der Zylinderblock vorzugsweise für jeden Zylinder mindestens einen radialen Kanal, der mit der jeweiligen äußeren Kammer und mit der zylindrischen Axialbohrung des Zylinderblocks in Verbindung steht. Die Exzentrizität besitzt zwei in Umfangsrichtung entfernt voneinander angeordnete Öffnungen, die bei Drehung der Exzentrizität relativ zum Zylinderblock nacheinander in

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Verbindung mit den äußeren Kammern über die jeweiligen
radialen Kanäle gebracht werden. Die Öffnungen in der Exzentrizität können durch jeweilige, sich längs erstreckende Kanäle in der Welle mit jeweiligen Ringnuten in der Welle . und/oder dem Gehäuse in Verbindung stehen, die wiederum
mit jeweiligen Steueröffnungen der Ventileinrichtung kommunizieren.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird, als Ausführungs-"'. beispiel, mit Bezug auf die skizzenmäßigen Zeichnungen,
beschrieben, in welchen

Fig. 1 ein axialer Längsschnitt durch eine Flüssigkeitsdruckmaschine gemäß Erfindung ist,

Fig. 2 ein axialer Längsschnitt im vergrößerten Maß_ö stab eines der Zylinder der Maschine in Fig.1

und dessen zugeordnetem Kolben ist, und
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in
Fig. 1 darstellt.

Die dargestellte Maschine kann als hydraulischer Motor oder Pumpe verwendet werden und weist ein Gehäuse 1 mit koaxial angeordneten Walzenlagern 2, 3 an sich gegenüberliegenden
Wandungen auf, in welchen eine Welle 4 drehbar gelagert ist. Einstückig zur Welle 4 ist ein Fortsatz 5 vorgesehen, der
innerhalb einer Zylinderbonrung eines rohrförmigen Gehäusefortsatzes 6 rotiert, welcher an das Gehäuse 1 angeschraubt ist.

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Die Welle 4 weist eine Exzentrizität 7 auf, welche eine zylindrische Oberfläche besitzt, die innerhalb einer zylindrischen Axialbohrung 8 in einem Zylinderblock 9 gelagert ist.

Der Zylinderblock 9 ist gemäß einer Anzahl von radial angeordneten Zylindern gestaltet und weist Zylinderbohrungen.10. auf, in welchen jeweilige Kolben 11 flüssigkeitsdicht geführt sind. Jeder Kolben 11 ist napfförmig und mit einer" zylindrischen Bohrung 12 ausgebildet, die an ihrem inneren. Ende offen ist und koaxial zur Zylinderbohrung 10 verläuft, sowie auf einem feststehenden Verdrängungsglied 13 flüssigkeit sdicht gleitet, welches koaxial innerhalb des jeweiligen Zylinders aufgenommen ist und an dem Zylinderblock 9 befestigt ist, vorzugsweise durch einstückige Ausbildung mit diesem.

Jeder hohlgebohrte Kolben 11 bestimmt innerhalb des zugeordneten Zylinders eine ringförmige äußere Kammer 14 zwischen der Zylinderwandung 10 und dem Verdrängungsglied 13 sowie eine innere Kammer 15 innerhalb der Bohrung 12 des Kolbens 11.

Der Zylinderblock 9 besitzt für jeden Zylinder mindestens einen radialen Kanal 16 (in der dargestellten Ausführungsform sind zwei gezeigt), die mit der jeweiligen ringförmigen äußeren Kammer 14 sowie mit einer jeweiligen Öffnung 17 in der Oberfläche der axialen Zylinderbohrung 8 des Zylinderblocks 9 kommunizieren. Gleichermaßen hat das Flüssigkeitsverdrängungsglied 13 innerhalb jedes Zylinders

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eine zu diesem koaxiale Bohrung 18, die an ihrem radial äußeren Ende mit der inneren Kammer 15 des jeweiligen Zylinders und an ihrem radial inneren Ende mit einer öffnung '-19 in der axialen Zylinderbohrung 8 des Zylinderblocks 9;...:. in Verbindung steht.

Die Exzentrizität 7 der Welle 4 ist mit zwei im Umfangsafc--- '■■ stand voneinander angeordneten öffnungen 20, 21 versehen,.··.·. die bei der Drehung der Welle 4 nacheinander mit jeder Öff-' nung 17 in Verbindung kommen, ferner sind zwei weitere, im Umfangsabstand voneinander angeordnete öffnungen 22, 23 vorgesehen, welche bei der Drehung der Welle 4 aufeinanderfolgend mit jeder jeweiligen öffnung 19 kommunizieren. Die öffnungen 20, 21, 22 und 23 stehen durch jeweilige, in der Welle 4 axial sich erstreckende Kanäle 24, 25, 26, 27 mit zugeordneten ringförmigen Nuten 28, 29, 30, 31 in Verbindung, die im axialen Abstand im Wellenfortsatz 5 und im Gehäusefortsatz 6 vorgesehen sind. Die ringförmigen Nuten 28, 29, 30, 31 stehen über jeweilige radiale Kanäle 23, 33, 34, 35 mit jeweiligen öffnungen eines Steuerventilgehäuses in Verbindung. Das Steuerventil hat zwei, koaxial angeordnete Schieber 37, 38 für drei Lagen, welche jeweils die Verbindung der Druckflüssigkeitszufuhr- und -auslaßöffnungen 37a, 38a mit den jeweiligen Paaren der Kanäle 32, 34 bzw. 33, 35 steuern. In der mittigen Lage der beiden Schieberventile 37, 38, wie in Fig.1 dargestellt, wird Druckflüssigkeit von der Öffnung 37a zu beiden Kammern 14, 15 jedes Zylinders 9 durch die jeweiligen öffnungen 20, 22 nacheinander bei der Drehung der Welle 4 geleitet, wobei

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die Flüssigkeit von den Kammern über die Jeweiligen Öffnungen 21, 23 und die Ablaßöffnung 38a abgeführt wird. In dieser Betriebsweise arbeitet die Maschine mit maximaler Flüssigkeitsverdrängung in Jedem Zylinder, entsprechend mit dem maximalen Drehmoment im Falle des Betriebes der Maschine als Motor, und einer maximalen Flüssigkeitsförderung, wenn die Maschine als Pumpe arbeitet.

In der Endposition Jedes Schiebers 37, 38, links in Fig.1 skizzenmäßig dargestellt, wird Druckflüssigkeit nur den äußeren Kammern 14 Jedes Jeweiligen Zylinders zugeführt, während in den entgegengesetzten Endlagen der Schieberventile 37, 38 , skizzenmäßig rechts in Fig.1 dargestellt, Druckflüssigkeit nur zu den inneren Kammern 15 Jedes Zylinders zugeführt wird. In diesen beiden Lagen der Schieberventile 37, 38 ist die Flüssigkeitsverdrängung in Jedem Zylinder unterschiedlich und ist Jedenfalls gegenüber der maximalen Flüssigkeitsverdrängung geringer, wie diese bei der Zufuhr von Druckflüssigkeit zu beiden Kammern Jedes Zylinders erreicht wird. Die in den nicht gebrauchten Kammern der Jeweiligen Zylinder verdrängte Flüssigkeit in den beiden Endlagen der Schieberventile 37, 38 , d.h. der Kammern, die nicht mit Druckflüssigkeit von einer äußeren Quelle versorgt werden, wird durch das Schieberventilgehäuse 36 den entsprechenden Kammern gegenüberliegender Zylinder des Zylinderblocks zugeleitet, wobei sich nur geringe Flüssigkeitsdruckverluste ergeben.

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In einer Variante der dargestellten Maschine werden Zweiwegeventile und nicht Dreiwegeventile für die wahlweise Zufuhr von Druckflüssigkeit entweder zur inneren Kammer 15 jedes Zylinders oder zu beiden Kammern 14, 15 parallel vorgesehen, ohne daß die Option auf eine separate Zufuhr von ' .Druckflüssigkeit zur äußeren Kammer 14 gegeben ist, was in diesem Fall zwei unterschiedliche Betriebsgeschwindigkeiten (im Falle eines Motors) oder zwei unterschiedliche Förderströme (im Falle einer Pumpe) bietet. "...

Wie in Fig. 2 dargestellt, können jeweilige Kanäle 39, 40 in jedem Kolben 11 vorgesehen sein, die jeweils mit der äußeren und inneren Kammer 14, 15 zum Zwecke der Zufuhr von^ Druckflüssigkeit zu jeweiligen Aussparungen 41, 42 in der äußeren Lagerfläche 43 des Kolbens 11 in Verbindung stehen, der im Gleitkontakt mit einer entsprechenden, ebenen Anschlagsfläche 44 einer im Gehäuse 1 befestigten Druckplatte 45 steht. Auf diese Weise wird ein hydrostatisches Lager an der Zwischenfläche zwischen jedem Kolben 11 und der Druckplatte 45 gebildet, welches die Reibungsverluste auf ein Minimum verringert.

Die Zufuhr von hydraulischer Druckflüssigkeit zu den Öffnungen 20 und/oder 22 und die Abfuhr von Flüssigkeit durch die Öffnungen 21 und/oder 23 bringt jeden Kolben 11 dazu, nach außen gegen die jeweilige Druckplatte 45 gepreßt zu werden, wobei diese gegen die Exzentrizität 7 reagieren und die Drehung der Welle 4 herbeiführen. Diese Drehung führt wieder-

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um zu einer orbitalen Umlaufbewegung ^des Zylinderblockes 9 um die Achse der Welle 4.

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Claims

BLUMBACH . WESER . BERGEN . KRAMER

ZWIRNER - HOFFMANN 3041 Al 2

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN -12-

Patenlconsull Rodeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883605/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Palentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsull

PCT/GB 80/00058

Sauer United Kingdom Limited

Patentansprüche

f 1J DruckflUssigkeitsmaschine

mit einer Anzahl von Zylindern (10), radial angeordnet in einem Zylinderblock (9), der zur orbitalen (nicht drehenden) Bewegung innerhalb eines Gehäuses (1) angeordnet 1st, mit Kolben (11), die innerhalb der Zylinder geführt und im Gleitkontakt mit Anschlagsflächen (44) innerhalb des Gehäuses stehen, und mit einer drehbaren Welle (4), die eine Exzentrizität (7) aufweist, auf welcher der Zylinderblock (9) gelagert ist,

dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Kolben (11) eine zylindrische Axialbohrung (12) aufweist, die an ihrem radial inneren Ende offen ist, in welchem ein relativ zum Zylinderblock (9) feststehendes Flüssigkeitsverdrängungeglied (13) angeordnet ist, so daß der Kolben (11) innerhalb des Zylinders (10) eine ringförmige äußere Kammer (14) zwischen der Zylinderwandung und dem Verdrängungsglied (13) sowie eine innere Kammer (15) inner-

München: R. Kramer Dlpl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hollmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbech Dlpl.-Ing. · P. Bergen Prol. Dr. Jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass, Pot.-Anw. bis 1979 · G. Zwirner Dlpl.-Ing. Dlpl.-W.-Ing.

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halb der Zylinderbohrung bildet, und daß eine wahlweise betätigbare Ventileinrichtung (36) zur Zuführung von Druckflüssigkeit zur inneren und/oder äußeren Kammer zur Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit oder des Drehmomentes der Maschine vorgesehen ist.
2. Druckflüssigkeitsmaschine nach Anspruch 1, : dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flüssigkeitsverdränungs.-". glied (13) koaxial zum zugeordneten Zylinder angeordnet ist und eine zu diesem koaxiale Bohrung aufweist, die mit dem radial äußeren Ende der Bohrung (12) des jeweiligen Kolbens (11) in Verbindung steht und die sich an ihrem radial inneren Ende in eine zylindrische Axialbohrung (8) im Zylinderblock (9) öffnet, in welchem die Exzentrizität £7) in Gleitführung angeordnet ist, wobei die Exzentrizität (7) zwei in Umfangsrichtung voneinander entfernt angeordnete öffnungen (22, 23) aufweist, die nacheinander bei der Drehung der Exzentrizität (7) relativ zum Zylinderblock (9) in Verbindung mit der Bohrung (18) des Verdrängungsgliedes gebracht werden.
3. Druckflüssigkeitsmaschine nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (9) für jeden Zylinder mindestens einen radialen Kanal (16) aufweist, der mit der jeweiligen äußeren Kammer (14) und mit der zylindrischen Axialbohrung (8) des Zylinderblocks (9) in Verbindung steht, wobei die Exzentrizität (7) zwei in Umfangsrichtung entfernt angeordnete Öffnungen (20, 21) aufweist,

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die bei der Drehung der Exzentrizität (7) relativ zum Zylinderblock (9) nacheinander in Verbindung mit den äußeren Kammern (4) durch die Jeweiligen radialen Kanäle (16) ge-:·- '-bracht werden. . ...:
4. Druckflüssigkeitsmaschine nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (20, 21, 22, 23)-in der Exzentrizität (7) durch Jeweilige, in Längsrichtung-' sich erstreckende Kanäle (24, 25, 26, 27) in der Welle (4> mit jeweiligen Ringnuten (28, 29, 30, 31) in der Welle und/oder dem Gehäuse in Verbindung stehen, welches wiederum mit den jeweiligen Steueröffnungen der Ventileinrichtung (36) in Verbindung stehen.
5. Druckflüssigkeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (36) zwei Betriebslagen aufweist, wobei in einer Betriebslage Druckflüssigkeit zu den inneren Kammern (15) der Zylinder und in der anderen Betriebslage Druckflüssigkeit sowohl zur inneren als auch zur äußeren Kammer (14, 15) der Zylinder geleitet wird.
6. Druckflüssigkeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (36) drei Schaltstellungen aufweist, in welchen Druckflüssigkeit jeweils nur zu den inneren Kammern (15), nur den äußeren Kammern (14) und sowohl den inneren und äußeren Kammern (14, 15) der Zylinder geleitet werden kann.

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