DE4414509C1 - Verfahren zur Leckflüssigkeitsentfernung aus dem Gehäuse einer hydrostatischen Maschine sowie mit dem Verfahren arbeitende hydrostatische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus dem Gehäuse einer hydrostatischen Maschine, hydrostatischen Pumpe oder einem hydrostatischen Motor, welch es zur Aufnahme des Triebwerks und der Leckflüssigkeit dient, sowie eine hydrostatische Maschine, welche nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet. Der Innenraum des Gehäuses ist dabei über einen Anschluß mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden.

Bei herkömmlichen hydrostatischen Maschinen ist das Gehäuse aufgrund der im Betrieb auftretenden Leckage, das heißt aufgrund der Flüssigkeits­ strömung von druckbeaufschlagten Räumen der hydrostatischen Maschine durch Dichtspalten in das Gehäuse, ständig mit Flüssigkeit gefüllt. Diese Leckage wird über eine Leckleitung zum Flüssigkeitsbehälter hin abge­ führt. Dabei herrscht in dem Gehäuse Überdruck durch die Strömungs­ widerstände in der Leckleitung und den durch den Niveauunterschied zwischen Behälter und Gehäuse, bei einer Anordnung des Behälters über dem Gehäuse, bedingten statischen Druck.

Bei der Rotation von Triebwerksteilen im flüssigkeitsgefüllten Gehäuse entsteht infolge der Flüssigkeitsreibung ein auf die rotierenden Teile gegen die Drehrichtung wirkendes Drehmoment, das als Verlustmoment betrachtet werden muß. Die auf diese Weise entstehenden Verluste werden als Planschverluste bezeichnet.

Zur Reduzierung von Planschverlusten ist es vorteilhaft, insbesondere im Betrieb bei hohen Drehzahlen, die Flüssigkeit aus dem Maschinengehäuse zu entfernen, damit das Triebwerk im leeren Gehäuse rotiert.

Für das Entfernen der Flüssigkeit aus dem Gehäuse wurden unterschied­ liche Verfahren, die grundsätzlich auf dem Absaugen der Flüssigkeit basieren, vorgeschlagen.

Zum Beispiel wird in der DE 41 28 615 C1 zur Vermeidung von Planschverlusten der hydrostatischen Maschine eine Pumpeneinrichtung zum Absaugen von Lecköl aus dem Leckölraum zwischen Leckölanschluß und Tank vorgeschlagen.

Aus der DE 42 15 869 C1 ist im Gehäuse-Innenraum eine mit dem Triebwerk in Antriebsverbindung stehende Pumpeneinrichtung bekannt, die dazu vorgesehen ist, Lecköl aus dem Leckölraum durch den Leck­ ölanschluß hindurch nach außen abzupumpen.

In der EP 0 189 829 B1 ist ein Verfahren zum Entfernen der Leck­ flüssigkeit aus einem Leckageraum und einer hierfür vorgesehenen Ab­ dichtungsanordnung einer Propellerwelle beschrieben. Dabei wird Druck­ luft durch eine an der Leckkammer oben angeordnete Leitung in den Leckageraum eingedrückt. Die Leckflüssigkeit gelangt über eine unten an der Leckkammer angeschlossene untere Leitung in einen Sammelbehälter.

Beim Absaugen der Arbeitsflüssigkeit aus dem Gehäuse durch eine beliebige Pumpeneinrichtung muß diese für den vollen Flüssigkeitsvolu­ menstrom ausgelegt werden. Die durch die Absaugpumpe abgenommene Leistung ist dann entsprechend groß. Durch die für die Absaugpumpe benötigte Leistung wird die angestrebte Leistungsersparnis durch Reduzie­ rung der Planschverluste verringert. Außerdem ist die Absaugpumpe relativ groß.

Infolge des möglichen Unterdrucks im Gehäuse muß die Wellendichtung beidseitig wirksam sein, wodurch die Konstruktion aufwendiger ist.

Durch den Unterdruck im Gehäuse besteht die Gefahr des Ansaugens von verschmutzter Luft oder Wasser insbesondere bei Maschinen, die in verschmutzter Umgebung arbeiten müssen, wie zum Beispiel Hydromoto­ ren für Fahrantriebe mobiler Arbeitsmaschinen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus dem Gehäuse einer hydrostatischen Maschi­ ne sowie eine mit dem Verfahren arbeitende hydrostatische Maschine zu schaffen, welches bzw. welche die für das Entfernen der Flüssigkeit benötigte Leistung möglichst klein hält und welches bzw. welche einen möglichst geringen Bauaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 oder 2 sowie für eine hydrostatische Maschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 oder 9 gelöst. Dabei erfolgt das Zuführen eines unter Druck stehenden Gases in das Maschinengehäuse durch eine an der oberen Seite des Gehäuses angeordnete Öffnung. Das zugeführte Druckgas drückt die im Gehäuse befindliche Flüssigkeit durch eine an der unteren Seite des Gehäuses angeschlossene Leitung in den Flüssig­ keitsbehälter.

Der Gasverbrauch ist sehr gering, weil nur die durch Undichtheit hervor­ gerufenen Gasverluste und das mit der abfließenden Flüssigkeit mitgeris­ sene Gas ersetzt werden müssen. Demzufolge ist auch die dazu benötigte Leistung sehr klein.

Als Druckgasquelle können beliebige Einrichtungen dienen, zum Beispiel ein separater Kleinkompressor, ein in der hydrostatischen Maschine integrierter Kompressor, das Fahrzeugdruckluftnetz, das stationäre Druck­ luftnetz, Druckluft- oder Druckgasbehälter usw. In Fahrzeugen mit Ver­ brennungsmotor ist es prinzipiell möglich, auch die Abgase für diesen Zweck zu nutzen. In Fahrzeugen ohne Druckluftversorgung ist es vor­ teilhaft, als Antrieb des Kleinkompressors einen Kleinelektromotor zu verwenden, für den infolge der niedrigen Leistungsaufnahme als Energie­ quelle die Lichtmaschine dienen kann. Eine Alternative stellt der Antrieb des Kompressors direkt durch die Welle der zu leerenden hydrostatischen Maschine dar. In diesem Fall ist die geförderte Gasmenge direkt propor­ tional der Maschinendrehzahl.

Für den praktischen Einsatz muß das mitgerissene Gas aus der Flüssig­ keit wieder abgeschieden werden. Dies kann durch eine geeignete Gestal­ tung des Flüssigkeitsbehälters oder durch Einsatz von beliebigen Gas­ abscheidungseinrichtungen realisiert werden.

Eine wirksame Entgasung der Flüssigkeit ist durch Unterdruck im Flüs­ sigkeitsbehälter erzielbar. Der Unterdruck im Flüssigkeitsbehälter kann durch eine Vakuumpumpe erzeugt werden, die die Luft aus dem Flüssig­ keitsbehälter oberhalb des Flüssigkeitsniveaus absaugt und gleichzeitig als Druckluftquelle zur Entfernung der Flüssigkeit aus dem Gehäuse dient. Damit es gewährleistet ist, daß im Flüssigkeitsbehälter Unterdruck herrscht, muß die Vakuumpumpe so ausgelegt werden, daß sie mehr Luft ansaugt als für die Entfernung der Flüssigkeit aus dem Gehäuse benötigt wird. Die überschüssige Luftmenge wird dann am Ausgang der Vakuum­ pumpe durch eine genau dimensionierte Düse oder ein Ventil abgelassen.

Ein weiterer Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die Arbeitsflüssigkeit permanent entgast wird und der Gasgehalt in der Flüssigkeit im gesamten Hydraulikkreislauf vermindert wird. Dies trägt zur Erhöhung der Flüssigkeitsqualität und Lebensdauer der Flüssigkeit bei.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung ist die Steuerung der Druckgas­ quelle durch Einschalten bzw. Ausschalten des Elektromotors oder des Zulaufventils manuell durch die Bedienung oder automatisch in Abhän­ gigkeit von den Betriebsparametern der hydrostatischen Maschine wie Drehzahl, Arbeitsdruck, Volumenstrom, Verstellparameter usw.

Nachstehend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen unter Bezug­ nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltschema einer hydrostatischen Maschine mit Leck­ flüssigkeitsentfernung aus dem Gehäuse durch Druckluft mit einem Kompressor,

Fig. 2 ein Schaltschema einer hydrostatischen Maschine mit Leck­ flüssigkeitsentfernung aus dem Gehäuse durch Druckgas mit Druckbehälter und einer Steuerung in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl,

Fig. 3 ein Schaltschema einer hydrostatischen Maschine mit Leck­ flüssigkeitsentfernung aus dem Gehäuse mit einer Vakuum­ pumpe, die gleichzeitig Unterdruck im Flüssigkeitsbehälter erzeugt,

Fig. 4 ein Schaltschema einer hydrostatischen Maschine mit Leck­ flüssigkeitsentfernung aus dem Gehäuse durch Druckluft mit einem Kompressor, der direkt durch die Pumpen- oder Motorwelle angetrieben ist.

Eine hydrostatische Maschine, eine Pumpe oder ein Motor 1 ist im Kreislauf mit zwei Arbeitsdruckleitungen 2 und 3 verbunden. Ein an der unteren Seite eines Maschinengehäuses angeordneter Anschluß 4 ist mittels einer Leitung 5 mit einem Flüssigkeitsbehälter 10 verbunden. Ein an der oberen Seite des Gehäuses angeordneter Anschluß 6 ist durch eine Leitung 7 mit dem Ausgangsanschluß eines Kompressors 8 ver­ bunden. Der Kompressor 8 wird von einem Elektromotor 9 angetrieben. Die durch den Kompressor 8 geförderte Druckluft drückt die im Gehäu­ se befindliche Flüssigkeit durch den unteren Anschluß 4 und die Leitung 5 in den Flüssigkeitsbehälter 10. Im Gehäuse der hydrostatischen Maschi­ ne 1 herrscht Überdruck, so daß die in das Gehäuse zuströmende Leckflüssigkeit aus diesem gedrückt wird.

In Fig. 2 wird zum Unterschied zu Fig. 1 anstelle eines Kompressors ein mit Druckgas gefüllter Druckbehälter 11 als Druckgasquelle verwendet. Der Druckbehälter 11 kann durch ein Zuschaltventil 12 in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl, die mit einem Drehzahlaufnehmer 14 gemes­ sen wird, zu- oder abgeschaltet werden. Die benötigte Gasmenge wird durch einen Strömungswiderstand 13 eingestellt.

Nach Fig. 3 wird als Druckquelle eine Vakuumpumpe 17 verwendet. Der Flüssigkeitsbehälter 16 ist mit einem Deckel 22 abgedichtet. Damit besteht die Möglichkeit, einen Unterdruck im Behälter 16 zu erzeugen. Die Vakuumpumpe 17 saugt die Luft aus dem Flüssigkeitsbehälter 16 oberhalb des Flüssigkeitsniveaus 21 an. Somit entsteht im abgedichteten Flüssigkeitsbehälter 16 Unterdruck, und die in der Arbeitsflüssigkeit ungelösten und gelösten Gase werden schneller als bei normalen Bedin­ gungen abgeschieden. Die Vakuumpumpe 17 fördert die Druckluft durch die Leitung 7 über den oberen Anschluß 6 in das Maschinengehäuse; somit wird die Flüssigkeit aus dem Gehäuse durch den unteren Anschluß 4 und die Leitung 5 in den Flüssigkeitsbehälter gedrückt. Die über­ schüssige Luft am Vakuumpumpenausgang, die nicht für das Entfernen der Flüssigkeit notwendig ist, wird durch ein Ventil 20 abgelassen.

Fig. 4 zeigt das Schaltschema mit einem durch eine Pumpen- oder Motorwelle 23 angetriebenen Kompressor 22. Der Kompressor 22 kann auch direkt in die hydrostatische Maschine 1 integriert werden. Die durch den Kompressor 22 geförderte Luftmenge ist drehzahlabhängig. Bei richtiger Kompressorauslegung beginnt die Flüssigkeitsentfernung aus dem Gehäuse wunschgemäß erst bei höheren Drehzahlen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem zur Aufnahme des Triebwerks und der Leckflüssigkeit dienenden Gehäuse einer hydrostatischen Maschine, bei welchem ein unter Druck stehendes Gas aus einer Druckgasquelle in das zu leerende Gehäuse zugeführt wird, so daß die im Gehäuse befindliche Flüssigkeit durch eine an der unteren Seite des Gehäuses angeschlossene Leitung in einen Flüssigkeitsbehälter gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckgasquelle eine Vakuumpumpe eingesetzt wird, welche aus dem Flüssigkeitsbehälter, in den die Flüssigkeit aus dem zu leerenden Gehäuse gedrückt wird, das über dem Flüssigkeitsniveau befindliche Gas ansaugt.

2. Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem zur Aufnahme des Triebwerks und der Leckflüssigkeit dienenden Gehäuse einer hydrostatischen Maschine, bei welchem ein unter Druck stehendes Gas aus einer Druckgasquelle in das zu leerende Gehäuse zugeführt wird, so daß die im Gehäuse befindliche Flüssigkeit durch eine an der unteren Seite des Gehäuses angeschlossene Leitung in einen Flüssigkeitsbehälter gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase eines Verbrennungsmotors die Druckgasquelle bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle durch ein Zuschaltventil manuell oder automatisch in Abhängigkeit von Betriebsparametern der hydrostatischen Maschine zu- bzw. abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Gehäuse geförderte Gasmenge durch ein Ventil gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vaku­ umpumpe durch die Welle der zu leerenden hydrostatischen Maschi­ ne angetrieben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vaku­ umpumpe in die zu leerende hydrostatische Maschine integriert wird.

7. Hydrostatische Maschine, welche ein zur Aufnahme eines Triebwerks und von Leckflüssigkeit dienendes Gehäuse, an dessen unterer Seite ein erster Anschluß (4) angeordnet ist, welcher mittels einer Leitung (5) mit einem Flüssigkeitsbehälter (16) in Verbindung steht, und einen zweiten Anschluß (6) aufweist, welcher über eine Leitung (7) mit einer Druckgasquelle verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Flüssigkeitsbehälter (16) abgedichtet ist; und
• b) die Druckgasquelle eine Vakuumpumpe (17) ist, mittels der ein Unterdruck im Flüssigkeitsbehälter (16) erzeugbar ist, wobei die Vakuumpumpe oberhalb des Flüssigkeitsniveaus (21) des Flüssigkeits­ behälters (16) angeschlossen ist.

8. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (20) zum Ablassen überschüssiger nicht für das Entfernen der Flüssigkeit notwendiger Luft an einem Ausgang der Vakuumpumpe (17) angeordnet ist.

9. Hydrostatische Maschine, welche ein zur Aufnahme eines Triebwerks und von Leckflüssigkeit dienendes Gehäuse, an dessen unterer Seite ein erster Anschluß (4) angeordnet ist, welcher mittels einer Leitung (5) mit einem Flüssigkeitsbehälter (16) in Verbindung steht, und einen zweiten Anschluß (6) aufweist, welcher über eine Leitung (7) mit einer Druckgasquelle verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Flüssigkeitsbehälter (10) offen ist; und
• b) die Druckgasquelle die Abgase eines Verbrennungsmotors bilden, mittels derer die Leckflüssigkeit aus dem Gehäuse drückbar ist.

10. Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasabscheideeinrichtung zur Ab­ scheidung von mitgerissenem Gas aus der Flüssigkeit vorgesehen ist.