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Mit festen oder rotierenden, radial verlaufenden Zylindern versehene
hydraulische Pumpe oder Motor Mit festen oder rotierenden, radial verlaufenden Zylindern
v ereeliene hydraulische Pumpen oder 'Motoren, bei welchen die Bewegungsübertragung
von einem Steuerexzenter (einstellbarer oder nicht einstellbarer Art) zu (lern Kolben
mittels Schubstangen erfolgt, sind bekannt. Der Zweck der vorliegenden Erfindung
ist eine Vervollkommnung dieser Art Maschinen in der Weise, daß die seitlichen Verstellungen
der Kolbenachsen und daher die übermäßige Abnutzung vermieden werden, zu welchem
Zweck jede der Schubstangen, welche die Bewegungsübertragung bewirken, an eine Leitstange
angeschlossen ist, welche die entsprechende Schubstange in einerL age aufrechterhält,
die im wesentlichen parallel zu dem Halbmesser verläuft, welcher von dem Mittelpunkt
der Steuerwelle ausgeht und durch die Achse des entsprechenden Kolbens hindurchgeht
und zu diesem Zweck jede Leitstange an dem Kolbengestell mit ihrem Ende angelenkt
ist,welches zu dem dieSchubstange aufnehmenden entgegengesetzt ist.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt: Abb. r zeigt einen Achsialschnitt einer Pumpe mit fünf rotierenden
Zylindern, in welcher die erfindungsgemäßen Anordnungen der Exzenterregelung, des
drehbaren Steuerschiebers und des Kolbenleitsystems vorgesehen sind.
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Abb.2 zeigt in kleinerem Maßstabe eine teilweise geschnittene Endansicht
von der Seite, an welcher .die Einstellung des Hubvolumens geändert wird.
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Abb. 3 zeigt links einen halben Querschnitt durch die gemeinsame Ebene
der Zylinderachsen und rechts einen halben Querschnitt in der Ebene der Steuerung
des beweglichen Exzenters.
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Abb.4 zeigt eine Einzelheit des Leitsystems.
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Abb. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform dieses Leitsystems.
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Abb. 6 zeigt den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform, bei welcher
das Leitsystem auf eine Pumpe oder einen Motor mit ortsfesten Zylindern und mit
nicht einstellbarem einfachem Exzenter angewendet ist.
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Abb. 7 ist ein teilweiser Achsialschnitt zur Abb. 6.
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Abb.8 -zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher mehrere Zylindergruppen
in bekannter Weise parallel montiert sind.
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Mit Bezug auf Abb. r bis 3 ist r die Welle, welche die Pumpe zu betreiben
hat, welche Welle durch einen geeigneten Antrieb in Drehung versetzt wird. Wird
dagegen die Einrichtung als Motor verwendet, so überträgt die Welle r die geleistete
Antriebskraft zu einer anderen angetriebenen Vorrichtung. 2 ist ein kreisförmiger
Block, welcher mit der Welle t ein Ganzes bildet- und damit konzentrisch ist. 3
ist ein Lager, beispielsweise ein Kugellager, und 4 ist ein ortsfester Flansch oder
Deckel, in welchem dieses Lager montiert
ist. 5 ist der die Zylinderkörper
aufnehmende Block, welcher mit dem Block :2 ein Ganzes bildet und somit auch sich
mit der Welle i drehen kann. 6 ist eine ortsfeste Welle, welche koaxial mit der
Welle i verläuft. 7 ist das erste Exzenter, welches mit der ortfesten Welle6 ein
Stück bildet. 8 und 9 sind Lager, z. B. Kugellager, welche die Drehung der Blöcke
:2 und 5 auf dem Exzenter 7 ermöglichen, .d. h. die Drehung der Teile i,
2,5 ,um die Achse der ortsfesten Welle 6. io ist ein zweites Exzenter, welches
um den ersten Exzenter 7 bewegt werden kann. so daß die Exzentrizität geändert wird.
i i ist ein Walzenlager und 12 eine ringförmige Rollbahn, weiche mittels des Walzenlagers
i i frei auf dem Exzenter io drehbar ist. 13 (13a, 13b), 13c, 13d sind Rollen
eines Leitsystems, welches nachträglich in Abb.4 und 5 beschrieben wird, welche
Rollen in der Rollbahn 12 geführt sind und mit den Leitstangen 1.1 (14a, 1..1').
i.Ic, i4d ein Stück bilden. Diese Rollen könnten auch durch Kugel- oder Walzenlager
oder durch Schiffchen ersetzt werden. 15 (15a, 15b), I 5c, 15d sind Stangen
der Kolben 16 bis 16d, welche in .den Zylindern 17 bis 17d verschiebbar sind. Jeder
der Zylinder wird durch einen Pfropfen 18 bis i8d verschlossen, welcher den Kopf
des betreffenden Zylinders bildet. ig bis igd sind Rohrleitungen. welche die Zylinderräume
mit dem Steuerschieber verbinden. 2o ist ein V erschluBpfropfen, und 21 ist eine
Verschl.uB-schraube, zu welch letzterer man nach dem Entschrauben des Pfropfens
2o Zutritt hat. Die Schraube 21 gestattet, die Luft beim Inbetriebsetzen zu evakuieren.
22 ist ein Gehäuse, an welchem der Flansch 4 befestigt ist, und 23 ist ein Flansch,
welcher an dein Gehäuse 22 fest angebracht ist. 25, 26 sind Abdichtungsringe zwecks
Vermeidung der Druckverluste. 27 ist .der Steuerschieber, um welchen der Zylinderblock
5 drehbar ist. 28 ist die erste Ringkammer, welche die Druckkammer bildet, wenn
die Vorrichtung als Pumpe wirksam ist und eine Auslaßkammer darstellt, wenn die
Vorrichtung als Motor arbeitet. 29 ist eine zweite ringförmigeKaminer, welche bei
einer Pumpe die Saugkaminer ist und bei einem Motor die Einlaßkammer bildet.
30 ist eine Rohrleitung, welche mit der -Kammer 28 in Verbindung steht, und
31 -ist eine zweite Rohrleitung, welche zu der Kammer 29 führt.
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32 ist ein Keil, welcher den Steuerschieber auf einer Rohrwelle 33
festmacht, die um die ortsfeste Welle 6 drehbar gelagert ist. Der Steuerschieber
begleitet somit :die Teildrehung der Welle 33. Die Welle 33 hat an einem Ende einen
radialen und dann senkr@cht abgebogenen Vorsprung 3.1. (Abb. 3). 36 ist eine Nut,
welche mit dein txzenter io ein Ganzes bildet und durch den Vorsprung 3:1. mitgenommen
wird, sobald die Rohrwelle 33 in Drehung versetzt wird. 38 (_Nbb. i und 2) ist ein
Schneckenrad, welches mit der Rohrweile 33 ein Ganzes bildet. 37 ist ein Befestigungsteil
des Schneckenrades 36 auf der Welle 33. 38 ist ein flanschförmiges Gehäuse, welches
auf dem Flansch 23 befestigt ist. 39 ist ein an diesem Gehäuse 38 befestigter Flansch.
.fo ist ein Keil, welcher mit der ortsfesten Welle 6 die Flansche 39, 38, 23. 22,
.4 befestigt. Dieser Keil verhindert somit jede Drehbewegung der Welle 6. 41 ist
eine Mutter mit Gegenmutter zwecks Feststellung der Welle 6. 42 ist eine Ledermanschette,
die die Druckverluste aus der Kammer 29 verhindert. 43 ist eine Schnecke im Eingriff
mit dem Schneckenrad 36 und wird .durch das Handrad 44 in Drehung versetzt. Man
könnte dieses ganze Vorgelege selbstverständlich auch durch ein anderes, z. B. ein
Hebelsystem, ersetzen. Man könnte auch das Rad 36 durch einen Servomotor betätigen
und somit eine vollständige Selbsttätigkeit der Steuerung, falls erforderlich, ;sichern.
Dieser Servomotor wird dann selbst durch ein manometrisches oder dynamometrisches
oder anderes Organ 'gesteuert.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung bei Verwendung als
Pumpe ist die folgende: Wird die Welle i .durch eine Treibkraft in Drehung versetzt,
so nimmt sie den Block 2 mit, welcher seinerseits den Zylinderblock 5 mitnimmt.
Infolgedessen nehmen die Zylinderkörper an fier Drehung um die ortsfeste Welle 6
teil. Es wird zunächst angenommen, daß die relative Lage der Exzenter io und 7 der
Maximumexzentrizität entspricht, welche erzielt werden kann und die in der Abbildung
dargestellt ist. In diesem Falle durchlaufen die Kolben 16 bis 16d, welche radial
.durch das Exzenter beeinflußt werden und durch später beschriebene Vorrichtung
geleitet sind, bei jeder Drehung in ihren Zylindern einen Kompressionshub und einen
Saughub, wobei die gemeinsame Länge dieser beiden Hübe von der Exzentrizität zwischen
7 und io abhängig ist. Wird angenommen, daß durch Betätigung des Handrades 44, welches
die Schnecke 43 und .das Schneckenrad 36 mitnimmt, die Rohrwelle 33 zur Drehung
gebracht wird, so wird das Exzenter io mit dieser Drehung mitgenommen infolge der
Einwirkung des Vorsprunges 34 auf die in dem Exzenter io angeordnete 'ut 35. Da
das Exzenter io auf dem Exzenter 7 ebenfalls exzentrisch liegt, so wird, nachdem
eine halbe Drehung erfolgt ist, die in dem Punkt der Maximttinexzentrizität von
io liegende
Erzeugende mit der Erzeugenden übereinstimmen, welche
im Punkt der Minimumexzentrizität von 7 liegt. In diesem Zeitpunkt wird der Exzenter
io mit den Achsen der Wellen i und 6 koaxial sein. Die Kolben «-erden alsdann keinen
radialen Schub mehr erfahren, und die Lieferung der Pumpe wird -Null sein. Es ist
somit ersichtlich, daß zwischen diesen beiden äußersten Lagen der Exzenter 7 und
io irgendwelche Zwischenlage eingenommen werden kann, wodurch die Lieferung in ganz
stufenweiser Zunahme bzw. Abnahme von Null bis auf das Maximum gebracht werden kann.
Es ist ferner ersichtlich, d@aß, je mehr .der Wert der tatsächlichen Exzentrizität
abnimmt, um so mehr die Hebellänge der Kurbel, welche das Exzenter in bezug auf
die Welle i bildet, abnimmt, infolgedessen die auf die Kolben ausgeübte Kraft und
mit dieser zugleich. der von der Pumpe .gelieferte Druck in gleichem Verhältnis
ansteigen wird. Somit ist ersichtlich, daß unter Anlage auf die Treibwelle i eines
konstanten Antriebsmomentes man veränderliche Lieferung und veränderlichen Druck
erzielen kann, welche in umgekehrtem Verhältnis zueinander stehen, wobei die Änderung
in äußerst einfacher Weise durch Beeinflussung des Handrades 44 erzielt werden kann.
Im Falle der Anwendung als Motor kann man für einen konstanten, zu der Einlaßkammer
29 zugeführten Druck eine ganze Stufenfolge von zunehmenden Geschwindigkeiten von
einer Minimumgeschwindigkeit entsprechend der llaxiinttmexzentrizität bis zu einer
Maximumgeschwindigkeit entsprechend dem Punkt, in welchem die Exzentrizität die
geringste ist, erzielen.
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Es wird besonders bemerkt, daß der Steuerschieber 27 auf der Rohrwelle
33 befestigt ist und damit bewegt wirrt, wenn eine Änderung der Exzentrizität bewirkt
werden soll. Es ist in der Einleitung erklärt worden, daß diese feste Anordnung
des Steuerschiebers auf der Rohrwelle erforderlich ist, weil bei der Betätigung
des Exzenters die Totpunkte des Svstems sich um einen $etrag bewegen, welcher der
Teildrehung .des Exzenters bei der kreisförmigen Bewegung entspricht.
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Der Erfinderin ist bekannt, daß die soeben beschriebene Wirkungsweise
im allgemeinen bereits bei Pumpen und hydraulischen lIotoren Anwendung gefunden
hat, indes besteht das -Neuartige der vorliegenden Einrichtung nicht nur darin,
daß die Exzenterstücke während des Betriebes nicht in Dreliung versetzt werden,
so daß die Ausgleichung des Systems in vollkommener Weise erzielt werden kann, sondern
auch, was noch wichtiger ist, darin, d.aß für jede Lage des verstellbaren Exzenters
die Steuerung selbsttätig eingestellt bleibt. Wie beschrieben, wird bei .der Vorrichtung
die Exzentrizität durch Drehung eines zylindrischen Stückes auf einem anderen zylindrischen
.Stück hervorgebracht. Da .sich _ sämtliche Stellen am Umfang dieser beiden' zylindrischen
Stücke in dauernder Berührung befinden, so ist auch eine zweckmäßige Verteilung
der übertragenen Kräfte dauernd gesichert.
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In dem dargestellten Beispiel ist angenommen worden, .daß die Exzentrizität
von :Null bis zum Maximum geändert werden kann. Man könnte, selbst wenn man die
Exzenter in der Weise anordnet, daß das eine einen größeren Exzenterhub als das
andere besitzt, während einer halben Drehung des beweglichen Exzenters und ausgehend
von dem Maxiinumhub einen anderen 'Maximumhub von entgegengesetztem Sinne erhalten,
indem man durch einen Punkt hindurchgeht, in welchem die Exzentrizität Null sein
wird. Man kann so die Umkehrung der Umlaufrichtung des Fluidums in den Rohrleitungen,
die zu der Vorrichtung führen, erzielen.
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Das System für die Führung der Kolben besteht in folgendem: Es kann
noch vorher bemerkt werden, daß, wenn die Kolben einfach auf der Rollbahn aufruhen
und nur mit Rollen versehen sein würden, welche in dieser Rollbahn eingezeichnet
sind, so wären sie einer hin und her gehenden Bewegung ausgesetzt, deren Hub gleich
der Schwingweite der durch das Exzenter io vorgeschriebenen Vorschubbewegung gleich
groß sein würde. Während des Hubes würden aber die Kolben einer Kraft ausgesetzt,
welche ihrerseits einerseits von der Schwingweite dieser Bewegung und andererseits
von dein Druck des zurückgedrängten Fluidums abhängig sein würden. Es ist so ersichtlich,
daß die Abnutzung der Zylinderkörper und der Kolben sehr groß wäre. Man könnte diese
Abnutzung vermindern, indem man die Kolben mit Schubstange versieht, welche unmittelbar
.durch einen Ring, welcher die Rollbahn 12 zu ersetzen hat, angreift. Um das Umschalten
der Schubstangen zu vermeiden, müßte man die eine derselben unmittelbar an diesen
Ring anschließen. Diese Einrichtung ist an sich bekannt und wird sehr oft angewandt.
Trotz dieser Anordnungen würden die Schubstangen im größten Teil ihres Hubes in
bezug auf die Kolbenachse eine schräge Lage annehmen. Da die auf die Kolben einwirkende
Kraft senkrecht zu ihrer Achse ist, so würden die beiden Kräfte eine Resultierende
haben, welche bestrebt ist, den Kolben gegen die Zylinderwandung nach der einen
der Erzeugenden anzulegen, derart, daß die Abnutzung der Zylinder sehr groß wird.
Um praktisch
diese Abnutzung zu vermindern, wird man den Wert der
genannten Resultierenden erniedrigen müssen und zu diesem Zweck den Wert des Maximumwinkels
vermindern, welchen die Achse der Schubstange in bezug auf die Achse des Kolbens
während des Hubes beschreibt. -Man wäre somit gezwungen, verhältnismäßig lange Schubstangen
zu verwenden, welche eine große Rauinv er sperrung und Gewichtsvermehrung verursachen
würden. Diese beiden Lösungen sind an sich bekannt und werden oft verwendet. Die
Angabe derselben hat nur den Z#,veck, um den Vorteil der vorliegenden Erfindung
durch Vergleich besser zu beleuchten, da die Erfindung die genannten schädlichen
Einwirkungen beseitigt.
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Mit Bezug auf die Abb. a und 5 ist die Leitstange 14 bis 149 der Kolben,
bei 47 bis :I7d an einem Drehzapfen angelenkt, welcher mit dem Block 5 ein Ganzes
bildet. Die Leitstange stützt sich mit ihrem anderen Ende auf die Rollbahn 12 ab,
in welcher sie mittels der Rollen 13 geführt wird. Jede der Achsen dieser Rollen
oder ähnlicher Teile stimmt im wesentlichen mit der Achse des betreffenden Kolbens
16 überein. Die Schubstange 15 ist ihrerseits an .dem genannten Übereinstimmungspunkt
mittels eines Kugelgelenkes RI eingeschlossen, welches Kugelgelenk durch die Lagerstücke
.48, 49 und Schrauben 50, 51 festgestellt ist. Die Schubstange 15 ist ihrerseits
mit dem Kolben 6 durch ein zweites Kugelgelenk R2 verbunden, welches in seinem Lager
durch die Schraube 56 festgelegt ist. Man könnte aber auch die Kugelgelenke R',
R2 durch ein Kardangelenk oder ähnliche Einrichtung ersetzen. Es ist ersichtlich,
daß die Schwenkbewegung einer jeden Schubstange sehr gering sein wird und daß sie
als Schwingweite die halbe Pfeilhöhe eines Bogens haben wird, dessen Sehne von dem
Kolbenhub und von dem durch die Leitstange 14 beschriebenen Halbmesser abhängig
ist. Der Halbmesser ist wiederum von dem Abstand zwischen der Achse 47 und dem Anlegepunkt
der Rollen auf die Rollbahn abhängig. Nimmt man z. B. an, daß der Kolbenhub 2o mm
beträgt und daß die Schubstange d.o mm lang ist, so erhält man mit den genannten
bekannten Anordnungen als Maximumwinkel etwa 12°. Bei Anwendung der Anordnung gemäß
Erfindung dagegen und bei gleichen Werten für den Kolbenhub und die Schubstangenlänge
wird bei einer Leitstange von 9o mm, d. h. einem Abstand von dieser Größe zwischen
der Rollachse und der Gelenkachse 47, der Maximumwert des genannten Winkels auf
i,5° vermindert. Die Resultierende, welche den Kolben gegen den Zylinder anpreßt
und somit die Abnutzung des letzteren beschleunigt, wird in gleicherri Verhältnis
vermindert. Somit sind die Vorteile der Anordnung ersichtlich.
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Abb. 5 zeigt eine weitere Ausführung sfom der Leitstangen, bei welcher
jede Lenkstange 1.1. innerhalb eines Ringes 52 angelenkt ist, der in dem Block 5
steckt. Ihr entgegengesetztes Ende ist rohrförmig, und das Kugelgelenk RI ist zwischen
zwei Halbkugellagern 53, 54 eingeschlossen, die durch die Schraube 55 zusammengehalten
werden.
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Abb. 6 und 7 zeigen die Anwendung der Erfindung auf eine Pumpe oder
einen Motor mit ortsfesten Zylindern. 61 ist die Welle, welche den Kraftantrieb
erhält, .um die Pumpe zu betätigen. 62 ist ein Exzenter, fest auf dieser Welle.
63 ist eine kreisförmige Doppelrollbahn, die auf dem Exzenter 62 zentriert ist.
6:.1., 65 sind Kugellager, Walzenlager oder ähnliches; die die Drehung des Exzenters
62 im Innern der Rollbahn 63 ermöglichen. 1.4 bis i4.d sind Leitstangen, die bei
,47d bis 47 auf dem ortsfesten Zylindergestell 75 angelenkt sind, in welch letzterem
die Zylinderräume und die Leitungen ausgeführt sind. 13 bis 13d sind die Rollen
an den Leitstangen. 15 bis i5d sind die Schubstangen, die die Kolben 16 bis i6d
an die Leitstangen anschließen. 72 bis 72d sind Pfropfen, welche die Zylinderdeckel
abschließen. 73 ist eine der Zylinderrohrleitungen, 74 zeigt den Verschluß für den
Luftauslaß vor dem Ingangsetzen der Vorrichtung. 76 ist eine Platte des Gestelles,
welche die Lager aufnimmt. 77 ist eine andere Platte, welche als Verschlußstück
des Steuerschieber s wirkt. 78 ist der Steuerschieber, welcher durch die Welle 61
mittels des Vierkantes 79 in Drehung versetzt wird. Auf diesem Vierkant ist der
Steuerschieber frei in der Längsrichtung verschiebbar aufgesetzt. Das Vierkant könnte
ebenfalls die Gestalt eines Holdam-Gefenkes oder eines ähnlichen besitzen. 8o ist
die Druckleitung und 81 die Saugleitung. 82 ist eine Feder, welche idie Abdichtung
zwischen dem Drehschieber und dem Gestell sichert. 83 ist eine Zwischenscheibe,
welche die Drehung des Stetterschieber:s 78 an seinen Berührungsstellen mit dem
Gestell 75 erleichtert. 84 ist eine Ledermanschette, welche die Abdichtung des Steuerschiebers
sichert. 85 ist eine Stopfbüchse, welche die Abdichtung der Pumpe und das Herausschleudern
des Fluidums nach außen verhindert. 86, 87 sind Kugellager oder Walzenlager, welche
die Drehung der Welle 61 erleichtern.
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Abb. 8 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher die Einrichtung
nach Abb. i bis 5 auf eine Pumpe Anwendung findet, die aus zwei oder mehr Zylindergruppen
zusammi#ngesetzt
ist, die parallel angeordnet sind, beispielsweise
auf eine Anordnung mit drei Zylindergruppen 17, i7', 17". Wenn die Lieferun@g
einer Zylindergruppe gleich D ist, so ist die Lieferung einer solchen Anordnung
gleich 3D. Die Zahl der Zylinder in einer Gruppe und die Anordnung kann selbstverständlich
geändert werden.