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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Rotationsvorrichtung.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine hydraulische Pumpe bzw.
einen Hydraulikmotor mit einem Rotor, der am Rand eine Reihe von
Kolbenelementen aufweist, und einem Nockenring, der den Rotor umschließt, so dass sich
die Kolbenelemente beim Drehen des Rotors über eine Hublänge bewegen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei
vielen Industrie- und Fahrzeugvorrichtungen ist für den ordnungsgemäßen Betrieb
die kontinuierliche Zuführung
von Fluid, zum Beispiel Öl, Kraftstoff
oder eines Hydraulikfluids, erforderlich. Es ist jedoch auch wünschenswert,
wenn die Zuführrate des
Fluids je nach Anwendungsbedarf aufrechterhalten oder verändert werden
kann. Um dies zu erreichen, gab es zwei Ansätze.
- 1.
Eine Pumpe mit konstanter Förderleistung
wird von einer Kraftmaschine angetrieben, und der Förderstrom
der Pumpe wird durch Rückführung eines
Teils des Fluids aus dem Auslasskanal der Pumpe zurück zum Einlasskanal
verändert;
- 2. Eine Pumpe mit variabler Fördermenge mit Fluidausgabekolben
wird von einer Kraftmaschine angetrieben, und der Förderstrom
der Pumpe wird durch Änderung
des Kolbenhubs verändert.
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Der
erste Ansatz nutzt die zum Antreiben der Pumpe verwendete Energie
nur wenig effektiv, da ein Teil des Druckfluids zu dem Speicherbehälter zurückgeführt wird,
anstelle nützliche
Arbeit zu leisten. Andererseits wurde der zweite Ansatz bevorzugt,
weil (1) Pumpen mit variabler Leistung Energie effizienter nutzen,
(2) sich die Geschwindigkeit der Kraftmaschine ändern kann, ohne dass dies
eine Auswirkung auf den Förderstrom
der Pumpe mit variabler Leistung hat, und (3) Pumpen mit variabler
Leistung ihren Förderstrom
in Reaktion auf sich ändernde
Betriebsbedingungen schneller ändern
können
als Pumpen mit konstanter Leistung.
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Die
konventionelle Rotationspumpe mit variabler Leistung umfasst ein
hohles Gehäuse,
einen Nockenring, der in dem Gehäuse
vorgesehen ist, und einen Rotor, der sich im Nockenring befindet
und um eine feststehende Achse herum drehbar montiert ist. Der Rotor
enthält
eine Reihe von im Winkel zueinander beabstandeten radialen Fluidkammern,
die um den Umfang des Rotors herum angeordnet sind, sowie eine in
jedem Schlitz vorgesehene Rolle. Das Gehäuse weist einen Fluid-Einlasskanal
zum Zuführen
des Fluids zu den Fluidkammern und einen Fluid-Auslasskanal für die Aufnahme
von Druckfluid aus den Fluidkammern auf. Im Allgemeinen wird die
Mittelachse des Nockenrings zu der feststehenden Achse des Rotors
um einen bestimmten Abstand verschoben. Dementsprechend ändert sich
das Volumen jeder Fluidkammer beim Drehen des Rotors zwischen dem
Mindest- und dem Höchstwert,
wenn sich die jeweilige Rolle zwischen der am weitesten innen gelegenen
und der am weitesten außen
gelegenen Position beweg. In der einen Position ist der Mittelpunkt
des Nockenrings am weitesten von der feststehenden Achse des Rotors
verschoben, wodurch die Zeit, in der eine Fluidkammer mit größerem Volumen mit
dem Einlasskanal in Verbindung steht, maximiert wird. In der anderen
Position ist der Mittelpunkt des Nockenrings am wenigstens weit
von der feststehenden Achse des Rotors verschoben, so dass die Zeit, in
der die Fluidkammer mit größerem Volumen
mit dem Einlasskanal in Verbindung steht, minimiert wird. Folglich
kann die ausgegebene Fördermenge der
Pumpe zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert verändert werden,
ohne die Drehzahl des Rotors zu ändern.
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Es
sind verschiedene Abwandlungen an der konventionellen Rotationspumpe
mit variabler Fördermenge
entwickelt worden. Zum Beispiel ist von Wilcox (US-Patent 3.381.622)
eine Rotationspumpe mit variabler Fördermenge und konstantem Förderdruck
bekannt. Wie in 1 des Patents dargestellt, umfasst
die Pumpe eine Befestigungsplatte 20, einen Hohlraumkörper 30,
der an der Befestigungsplatte 20 angebracht ist, einen
Hohlraumring 31, der innerhalb des Hohlraumkörpers 30 vorgesehen
ist, und einen Rotor 32, der drehbar um eine feststehende
Achse innerhalb des Hohlraumrings 31 angebracht ist. Der Rotor 32 umfasst
eine Reihe von radialen, winklig beabstandeten Schlitzen 33,
von denen jeder eine Pumpenrolle 34 enthält. Die
Befestigungsplatte 20 verfügt über einen bogenförmigen Fluid-Einlasskanal 62 und
einen bogenförmigen
Fluid-Auslasskanal 63, die zu dem Fußkreis der Rollenschlitze 33 ausgerichtet
sind, so dass Fluid zu jedem Schlitz 33 zugeführt oder
von ihm entfernt werden kann, wenn sich der Rotor 32 dreht.
Weiterhin weist die Pumpe eine Blattfeder 110 und eine
Druckleitung 91 auf, die zwischen dem Hohlraumring 31 und
der Blattfeder 110 verbunden ist, um die Rundlauffehler
des Hohlraumrings (und folglich auch den Förderdruck) zu verringern, wenn
sich der Förderdruck
erhöht.
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Von
Bristow (US-Patent 4.679.995) ist eine Rotationspumpe mit variabler
Leistung bekannt, die im Wesentlichen der Rotationspumpe mit variabler Leistung
nach Wilcox ähnlich
ist, außer
dass der Nockenring 10 (äquivalent zu dem Hohlraumring 31)
an einem Ende drehbar und am gegenüberliegenden Ende mit einer
sich quer erstreckenden Feder 23 gekoppelt ist, um den
Nockenring 10 in die maximale Pumpenleistungsposition zu
drücken.
Gleichzeitig übt
ein Teil des unter Druck stehenden Ausgabefluids eine Kraft aus,
die entgegengesetzt zu der von der Feder 23 ausgeübten Kraft
ist, wodurch die Leistung der Pumpe verringert wird, wenn der Förderdruck
zunimmt.
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Von
Maistrelli (US-Patent 3.642.388) ist eine Flügelzellenpumpe mit variabler
Leistung bekannt, deren Fördermenge
kontinuierlich variabel ist. Wie in 2 des
Patents dargestellt, umfasst die Flügelzellenpumpe ein hohles Gehäuse 1 mit
einem Einlasskanal 24 und einem Auslasskanal 25,
einen Nockenring 9, der innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet
ist, und einen Rotor 2, der drehbar um eine feststehende Achse
innerhalb des Nockenrings 9 befestigt ist. Der Rotor 2 enthält eine
Reihe radial und im Winkel beabstandeter Kerben 6, von
denen jede eine zylindrische Rolle enthält. Der Nockenring 9 ist
an einem Ende drehbar mit einer Rolle 41 verbunden und
am entgegengesetzten Ende mit einem hydraulisch betriebenen Kolben 11,
so dass der Ring 9 als Reaktion auf Veränderungen des Drucks des Hydraulikfluids,
das dem Kolben zugeführt
wird, zwischen einer maximalen Pumpenleistungsposition und einer
minimalen Pumpenleistungsposition hin- und hergedrückt wird.
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Von
Hutson (US-Patent 4.578.948) ist eine Flügelzellenpumpe mit Umkehrströmung bekannt. Wie
aus den 3, 4 und 5 des Patents hervorgeht, umfasst die Pumpe
ein Pumpengehäuse
(nicht abgebildet) mit einem ersten Kanal 76 und einem zweiten
Kanal 78, einen ringförmigen
Nockenring 40, der innerhalb des Pumpengehäuses vorgesehen
und um einen Stift 44 drehbar ist, und einen Rotor 20,
der drehbar um eine feststehende Achse innerhalb des Nockenrings 40 angebracht
ist. Der Rotor 20 enthält eine
Reihe von gleichmäßig beabstandeten,
sich nach außen öffnenden
Umfangsschlitzen 32, von denen jeder ein Rollenflügelelement 34 enthält, welches
mit der innen liegenden Nockenfläche
des ringförmigen
Nockenrings 40 in Eingriff kommt.
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Während des
Betriebs wie in 4 des Patents wird der Nockenring 40 um
den Stift 44 gedreht, so dass die Zeit verlängert wird,
in der eine Fluidkammer mit größerem Volumen
mit dem ersten Kanal 76 in Verbindung steht, wodurch eine
Pumpenströmung in
Vorwärtsrichtung
zwischen den Kanälen 76 und 78 hervorgerufen
wird, wohingegen im Betriebsmodus aus 5 der
Nockenring 40 in entgegengesetzter Richtung um den Stift 44 gedreht
wird, so dass die Zeit zunimmt, in der eine Fluidkammer mit größerem Volumen
mit dem zweiten Kanal 78 in Verbindung steht, und dadurch
ein Umkehrstrom zwischen den Kanälen 76 und 78 erzeugt
wird, ohne die Drehrichtung des Rotors 20 umzukehren. In
dem Betriebsmodus aus 3 ist der Nockenring 40 so
angeordnet, dass die Verbindungszeiten der Fluidkammern mit dem
ersten Kanal 76 genauso groß sind wie die Verbindungszeiten
der Fluidkammern mit der zweiten Kanal 78. Dementsprechend
gibt es in der letzteren Position keine tatsächliche Fluidströmung zwischen den
Kanälen 76, 78.
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Delegard
(US-Patent 2.612.110) beschreibt eine Rotationspumpe mit variabler
Leistung, die einen ovalen Nockenring umfasst, sowie einen Rotor, der
innerhalb des Nockenrings angeordnet ist und eine Reihe von Taschen
aufweist, in denen jeweils ein Kolben gehalten wird, sowie Endplatten
mit Fluideinlass- und -auslasskanälen, die mit dem am weitesten
außen
gelegenen Abschnitt der Taschen in Verbindung stehen.
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Grupen
(US-Patent 2.880.677) beschreibt eine Flügelzellenpumpe mit variabler
Leistung, die einen Stator aufweist, der mit einer symmetrischen, ovalen
Bohrung, diametral gegenüberliegenden
Einlasskanälen
und diametral gegenüberliegenden
Auslasskanälen,
die über
den radial am weitesten außen gelegenen
Abschnitt der Bohrung in die Bohrung hinein münden, und mit einem Satz gleichmäßig beabstandeter
Schlitze versehen ist, die sich zu dem Rand des Rotors hin öffnen, in
dem sich jeweils ein Drehflügel
befindet, der in die Bohrung hineinragt.
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Jede
der zuvor genannten Varianten befasste sich mit Mängeln der
konventionellen Rotationspumpe mit variabler Leistung. Allerdings
können
bei jeder dieser Varianten Unterschiede zwischen dem Fluiddruck
des Fluids bei Annäherung
an den Auslasskanal und bei Verlassen der Fluidkammer durch den
Ausgangskanal zu ungewollten Schwankungen im Förderdruck der Pumpe führen.
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Es
sind auch Versuche unternommen worden, den Förderdruck einer Rotationspumpe
zu steuern. Brighton (Europäisches
Patent 0 841 485) beschreibt eine sich selbst regelnde Rotationspumpe mit
einem äußeren Abstandsring,
einem flexiblen Nockenring, der innerhalb des Abstandsrings vorgesehen
ist, einem Hohlraum zwischen dem Abstandsring und dem Nockenring,
einem Rotor, der innerhalb des Nockenrings angeordnet ist und eine
Reihe von Schlitzen hat, die darin den Kolben halten, und Endplatten
mit Fluid-Auslasskanälen
und Fluid-Einlasskanälen,
die zu dem radial am weitesten innen gelegenen und am weitesten
außen
gelegen Abschnitt der Schlitze ausgerichtet sind. Der Nockenring
enthält
ein Paar Öffnungen,
durch die Druckfluid in die Hohlraumbereiche hineingedrückt wird,
so dass der Nockenring als Reaktion auf Schwankungen im durchschnittlichen
Förderdruck
zwischen einer symmetrischen, ovalen Konfiguration und einer kreisförmigen Konfiguration
verformt wird.
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Sipe
(Europäisches
Patent 0 200 294) legt eine Rotationspumpe offen, die für die Verringerung des
Druckpulsierens in dem Förderstrom
ausgelegt ist. Die Pumpe umfasst einen Nockenring mit einer Nockenfläche mit
hohem Verdrängungsvermögen und
einen Rotor mit einer Reihe von sich radial erstreckenden Schlitzen,
in denen jeweils ein zylinderförmiges
Flügelelement
aufgenommen wird. Jeder Schlitz enthält eine Antriebsfläche, die
einen Oberflächenteil
aufweist, der so ausgelegt, dass ein Pulsieren des Drucks verringert
wird, indem die Flügelzellen
der Rollen mit der Nockenfläche
in Kontakt gehalten werden.
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Wenngleich
sowohl Brighton als auch Sipe versuchen, Schwankungen im Förderdruck
zu verhindern, wäre
Brigthon nicht in der Lage, eine Fluidkavitation zu verringern,
und die Antriebsfläche
von Sipe ließe
ich nur schwer herstellen. Dementsprechend bleibt der Bedarf an
einer Rotationspumpe, die einen stetigen Förderdruck des Fluids bietet
und die Wahrscheinlichkeit einer Fluidkavitation verringert, weiterhin
bestehen.
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Aus
US 4.659.296 A ist
eine Rotationspumpe bekannt, die ein feststehendes Gehäuse mit
einer asymmetrischen Nockenfläche
aufweist. Ein Rotor ist exzentrisch innerhalb des Gehäuses angeordnet
und umfasst Schlitze, die sich zu einem radial innen gelegenen Abschnitt
hin verjüngen.
Innerhalb der Schlitze sind Rollen frei angeordnet und können sich
in Umfangsrichtung des Rotors bewegen. Außerdem sind die Rollen imstande,
sich radial zwischen einem äußeren und
einem mittleren Teil der Schlitze zu bewegen. An der am weitesten
innen gelegenen möglichen
Position der Rollen sind die Rollen von dem Boden der Schlitze beabstandet,
da die Schlitze am Innenabschnitt zu schmal sind. Die Rotationspumpe verfügt über unterschiedlich
große
Fluidkammern, die von den Schlitzen und dem von zwei der Rollen gebildeten
Zwischenraum gebildet werden, so dass ein Pumpeffekt erzeugt und
Fluid zu oder von Kanälen übertragen
wird, die zu dem inneren Abschnitt der Schlitze ausgerichtet sind,
sowie zu oder von Kanälen,
die zum äußeren Abschnitt
der Schlitze ausgerichtet sind. Diese Art Pumpe ist durch Probleme beim
Abdichten der Fluidkammern bei geringeren Drehzahlen gekennzeichnet.
Dies führt
zu Problemen bei der Bereitstellung eines geringen Füllungsvolumens.
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US 4.627.237 beschreibt
eine Rotationspumpe mit einem exzentrisch variablen, symmetrischen
Nockenring. Für
den Transport von Fluid ist ein Paar innerer und ein Paar äußerer Kanäle für die Rollenelemente
vorgesehen.
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Aus
DE 35 41 822 A1 ist
eine Rotationspumpe bekannt, die einen symmetrischen Nockenring
sowie einen Rotor mit Öffnungen,
in dem Rollenelemente angeordnet sind, die im Wesentlichen kleiner sind
als die Breite der jeweiligen Öffnung.
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US 4.105.377 beschreibt
einen Hydraulikmotor mit einem außen zylindrischen Motor, der
für die Drehung
in einem innen zylindrischen Gehäuse
angebracht ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird eine
Rotationspumpe geschaffen, die sich den Mängeln nachdem Stand der Technik
zuwendet.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit Hilfe einer Rotationspumpe mit den Merkmalen aus Anspruch
1 gelöst.
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Die
Rotationspumpe umfasst einen Nockenring, einen innerhalb des Nockenrings
angeordneten Rotor und ein Pumpengehäuse, das den Nockenring und
den Rotor umschließt.
Der Nockenring verfügt über eine
Nockenfläche
mit einem Symmetriezentrum. Der Rotor hat einen Drehmittelpunkt,
der mit dem Symmetriezentrum der Nockenfläche zusammenfällt, und
verfügt über eine
Vielzahl von Fluidkammern. Jede Fluidkammer umfasst eine Öffnung, die
in den Umfang des Rotors mündet,
sowie ein Pumpenelement, welches innerhalb der Öffnung abdichtend angeordnet
ist. Wenn sich der Rotor dreht, bleibt jedes Element mit der Nockenfläche in Kontakt und
bewegt sich über
eine Hublänge
zwischen einer ersten Position an dem radial am weitesten innen
gelegenen Abschnitt der jeweiligen Öffnung und einer zweiten Position
an dem radial am weitesten außen gelegen
Abschnitt der jeweiligen Öffnung.
Das Pumpengehäuse
enthält
einen Fluideinlass und einen Fluidauslass, durch die während der
Drehung des Rotors Fluid zu den Fluidkammern bzw. aus ihnen heraus
transportiert wird. Vorzugsweise hat die Pumpe auch ein Stellglied
zum Drehen des Nockenrings um dessen Symmetriezentrum herum zwischen
einer ersten Winkelposition und einer zweiten Winkelposition, um
die Hublänge
der Pumpenelemente ändern zu
können.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Nockenfläche eine Anzahl „N" (mindestens zwei)
Nockenerhebungen. Das Pumpengehäuse
weist eine gleiche Anzahl von Fluideinlässen und Fluidauslässen auf,
wobei die Anzahl der Fluideinlässe
und die Anzahl der Fluidauslässe
der Anzahl „N" der Nockenerhebungen
entspricht.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung hat das Pumpengehäuse
eine gleiche Anzahl „N" (mindestens zwei)
von Fluideinlässen
und Fluidauslässen,
und die Nockenfläche
ist so geformt, dass jedes Pumpenelement pro Rotorumdrehung „N"-mal die Hublänge zurücklegt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung werden nun lediglich anhand von Beispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben.
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1a–1e zeigen
eine erfindungsgemäße Zweitaktpumpe,
wobei der Nockenring mit Nockenprofil dargestellt ist, der Rotor
innerhalb des Nockenrings angeordnet ist und die Kolbenelemente
innerhalb des Randes des Rotors vorgesehen sind;
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2a–2c sind
grafische Darstellungen der Betriebseigenschaften der Pumpe aus 1;
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3a–3f stellen
Zweitakt-Stellglieder zum Verändern
der Winkelposition des Nockenprofils der Zweitaktpumpe aus 1 dar;
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4a–4n sind grafische Darstellungen der Betriebseigenschaften
der Pumpe, wenn die Winkelposition des Nockenprofils verändert ist;
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5a–5d zeigen
eine Dreitaktpumpe entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei
der Nockenring mit Nockenprofil dargestellt ist, der Rotor innerhalb
des Nockenrings angeordnet ist und die Kolbenelemente im Rand des
Rotors vorgesehen sind;
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6a–6c sind
grafische Darstellungen der Betriebseigenschaften der Pumpe aus 5;
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7a–7c stellen
zwei Dreitakt-Stellglieder zum Verändern der Winkelposition des
Nockenprofils der Dreitaktpumpe aus 5 dar;
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8a–8c, 9a–9c, 10a–10b, 11a–11b und 12a–12b zeigen Konstruktionsparameter, die eine Auswirkung
auf die Kanalgröße der erfindungsgemäßen Rotationspumpen
haben;
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13 bis 15 zeigen
Nockenprofile, bei denen die Kanaleinlässe und -auslässe unterschiedliche
Größen haben;
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16 bis 18 zeigen
Varianten der Kolbenelemente für
die erfindungsgemäßen Pumpen;
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19a–19e zeigen eine Hydraulikvorrichtung auf der Grundlage
der erfindungsgemäßen Pumpen,
die sich für
den Einsatz als Pumpe oder Motor eignet;
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20 bis 22 zeigen
ein hydrostatisches Getriebe mit der Hydraulikvorrichtung aus 19;
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23a–23b zeigen Nockenringe, die mit Hilfe des Öldrucks
gedreht werden;
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24 zeigt
ein Stellglied zur Verwendung mit den Nockenringen aus 23;
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25a–25b zeigen ein hydrostatisches Getriebe mit konstanter
Drehzahl, welches die Hydraulikvorrichtung aus 19 enthält;
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26a–26c sind grafische Darstellungen der Betriebseigenschaften
des hydrostatischen Getriebes aus 25;
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27a–27b zeigen eine Variante des hydrostatischen Getriebes
mit konstanter Drehzahl aus 25;
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27c ist eine grafische Darstellung der Betriebseigenschaften
des hydrostatischen Getriebes aus 27;
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28a–28b zeigen ein hydrostatisches Getriebe mit zwei
Paaren von im Tandem montierten Rotoren;
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29a–29c zeigen einen Verbrennungsmotor mit der erfindungsgemäßen Rotationspumpenstruktur,
und
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30 zeigt
ein Kolbenelement, das sich für den
Einsatz in den Verbrennungsmotoren aus 29 eignet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist eine Rotationspumpe, allgemein mit
der Ziffer 100 gekennzeichnet, dargestellt, die Folgendes
umfasst: einen Zweitakt-Nockenring 102, einen Rotor 104,
der innerhalb des Nockenrings 102 angeordnet ist, ein Paar
Endplatten 106a, 106b, die den Nockenring und
den Rotor 104 umschließen,
und eine drehbare Welle 108 mit Zähnen zum Drehen des Motors 104.
Weiterhin umfasst die Pumpe 100 ein Stellglied (nicht abgebildet)
zum Verändern
der Förderleistung
der Pumpe 100. Es sollte jedoch klar sein, dass das Stellglied
kein wesentliches Merkmal der Erfindung ist und weggelassen werden
kann, wenn lediglich eine Pumpe mit konstanter Fördermenge gewünscht ist.
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Der
Nockenring 102 enthält
eine Nockenfläche 110 mit
einem Symmetriezentrum, das mit der Drehachse des Rotors 104 zusammenfällt. Bei
der Ausführungsform
aus 1 ist die Nockenfläche 110 wie
eine Ellipse mit einem größeren und
einem kleineren Radius R1, R2 in Abständen von 90° ausgeformt. Wie jedoch noch
deutlich wird, ist die Erfindung nicht auf Nockenringe mit elliptischen
Nockenflächen beschränkt, sondern
kann eine beliebige Form mit mehreren Erhebungen und einem Symmetriezentrum
haben.
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Der
Rotor 104 umfasst eine Vielzahl von Fluidkammern, die um
den Umfang des Rotors 104 herum angeordnet sind. Jede Fluidkammer
umfasst eine Öffnung 112,
die in den Umfang des Rotors 104 mündet, und ein Pumpenelement 114,
welches abdichtend in jeder Öffnung 112 vorgesehen
ist. Jede Öffnung 112 hat
im Wesentlichen eine U-Form und einen Hohlraum, der sich von dem
radial am weitesten innen gelegenen Teil des U-förmigen
Abschnitts radial nach innen erstreckt. Die Breite jedes U-förmigen Abschnitts
ist etwas größer als
die Breite jedes Pumpenelements 114, so dass sich jedes
Pumpenelement 114 innerhalb der Öffnung 112 zwischen
einer vollständig
eingefahrenen (sitzenden) Position angrenzend an den radial am weitesten
innen gelegenen Teil der Öffnung 112 und
einer vollständig
ausgefahrenen Position angrenzend an den radial am weiteten außen gelegen
Abschnitt der Öffnung 112 bewegen
kann, wenn sich der Rotor 104 dreht. Die Entfernung zwischen
diesen beiden Positionen wird als Hublänge bezeichnet.
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Jede
Endplatte 106 enthält
ein Paar diametral gegenüberliegende
bogenförmige
Ansaugkanäle 116a, 116b und
ein Paar diametral gegenüberliegende
bogenförmige
Druckkanäle 118a, 118b.
Unter Bezugnahme auf ein X-Y-Koordinatensystem, bei dem die X-Achse durch die Ansaugkanäle 116 verläuft und
die Y-Achse durch die Druckkanäle 118 verläuft, ist
die Hauptsache X' der
elliptischen Nockenfläche 110 um
einen Winkel von 45° zu
den Kanälen 116, 118,
gedreht. Jeder der Kanäle 116, 118 hat
einen inneren radialen Abschnitt, der mit dem radial am weitesten
innen gelegenen Teil der Öffnungen 112 zusammenfällt, einen äußeren radialen
Abschnitt, der sich mit der inneren radialen Fläche jener Pumpenelemente 114 überlappt,
die sich in der vollständig
eingefahrenen Position befinden, und Endabschnitte, die sich zwischen
den inneren und den äußeren radialen
Abschnitten erstrecken und die Form des U-förmigen Abschnitts der Öffnungen 112 spiegeln.
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Während des
Betriebs dreht die drehbare Welle 108 den Rotor 104 um
eine Achse, die mit dem Symmetriezentrum der Nockenoberfläche 110 übereinstimmt.
Während
sich der Rotor 104 dreht, bleiben die Pumpenelemente 114 in
Kontakt mit der Nockenfläche 110.
Wenn jedoch die Nockenfläche 110 wie
in 1 eine elliptische Form hat, bewegt
sich jedes der Pumpenelemente 114 innerhalb der Öffnungen 112 über die
Hublänge
zwischen der vollständig
eingezogenen und der vollständig
ausgefahrenen Position. Dadurch wird durch die Ansaugkanäle 116 hindurch
Fluid in die Fluidkammern eingezogen, wenn sich die Pumpenelemente 114 aus
der vollständig eingefahrenen
Position in die vollständig
ausgefahrene Position bewegen, und anschließend durch die Druckkanäle 118 aus
den Fluidkammern ausgestoßen,
wenn sich die Pumpenelemente 114 aus ihrer vollständig ausgefahrenen
Position in ihre vollständig eingefahrene
Position bewegen. Da die Nockenfläche 110 als Ellipse
ausgebildet ist und daher zwei Nockenerhebungen hat, legt jedes
Pumpenelement 114 bei jeder Umdrehung des Rotors 104 die
Hublänge
zweimal zurück.
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2a, 2b und 2c zeigen
jeweils die relative Position jedes Pumpenelements 114 innerhalb
der Öffnung 112,
das Ansaugvolumen S und das Abgabevolumen P sowie die in Phasen
ausgegebenen Gesamtabgabemengen eines Rotors mit sieben Pumpenelementen 114 über eine
Drehung von 180° des
Rotors 104. Wie aus 2c hervorgeht, liegt
die Amplitude der Ausgangsrestwelligkeit bei 5,5 % der Gesamtabgabe,
was in etwa die Hälfte
von der einer Pumpe mit einem Hub ausmacht.
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3a zeigt
ein Stellglied, welches sich für den
Einsatz bei der Pumpe 100 aus 1 eignet. Wie
in der Abbildung umfasst das Stellglied eine Gehäuseplatte 120, welche
den Nockenring 102 umschließt, sowie ein Ritzel 122,
das drehbar mit der Gehäuseplatte 120 verbunden
ist. Die äußere radiale Fläche des
Nockenrings 102 enthält
einen verzahnten Sektor 124, der mit dem Ritzel 122 in
Eingriff kommt. Als Alternative dazu kann die Gehäuseplatte 120 eine
Vielzahl von Ritzeln 122 aufweisen. Es ist klar, dass die
Drehung des Ritzels 122 dazu führt, dass sich auch der Nockenring 102 und
die Nockenfläche 110 um
das Symmetriezentrum der Nockenfläche 110 drehen. Dabei ändert sich
die Zeit, in der eine Fluidkammer mit größer werdendem Volumen mit einem
der Ansaugkanäle 116 in
Verbindung bleibt, und die Zeit, in der eine Fluidkammer mit abnehmendem
Volumen mit einem der Druckkanäle 118 in
Verbindung bleibt, wodurch sich die Leistung der Pumpe 100 entsprechend ändert.
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3b zeigt
eine Variante des Stellgliedes aus 3a, welche
die Nockenfläche 110 zwischen 0
und –45° drehen kann.
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3c zeigt
eine andere Variante des Stellgliedes aus 3a, die
in der Lage ist, die Nockenfläche 110 zwischen
+45 und –45° zu drehen.
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3d zeigt
eine Variante des Stellgliedes aus 3a, die
eine Gehäuseplatte 120', welche den Nockenring 102 umschließt, ein
umlaufendes Seil 126, welches um den Nockenring 102 läuft, und
ein Stift 128 zum Sichern des umlaufenden Seils 126 an dem
Nockenring 102 umfasst.
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3e und 3f zeigen
eine andere Variante des Stellgliedes aus 3a, welche
eine Gehäuseplatte 130 aufweist,
die mit einem bogenförmigen
Ausschnitt 132 versehen ist. Der Nockenring 102 verfügt über einen
Steuerstange 134, die an der äußeren radialen Fläche des
Nockenrings 102 angebracht ist, und eine der Endplatten 106 weist
einen bogenförmigen
Ausschnitt 136 auf, der dem bogenförmigen Ausschnitt 132 der
Gehäuseplatte 130 entspricht.
Die Steuerstange 134 gleitet radial innerhalb des bogenförmigen Ausschnitts 132 und
des bogenförmigen
Ausschnitts 136 hin und her, so dass der Nockenring 102 und
die Nockenfläche 110 um
das Symmetriezentrum der Nockenfläche 110 gedreht werden.
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4 zeigt
Grafiken des Ansaugens S und der Ausgabe bei einer 180°-Drehung
des Rotors 104 in 15°-Schritten
der Drehung der Nockenfläche 110 zwischen –45 und
+45°-bezogen auf das bereits oben
erwähnte
X-Y-Koordinatensystem. 4a, 4b zeigen, dass bei einer Drehung der Nockenfläche 110 von –45° das Ansaugen
S und die Abgabe P jeweils auf den Kanal 118a und 116b beschränkt sind. Aus 4c, 4d geht
hervor, dass bei der Drehung der Nockenfläche 110 von –30° das Ansaugen
S und die Abgabe P bei 15° einer
normalen 90°-Periode
jeweils die Kanäle 116a, 118a und
die Kanäle 118a, 116b überlappen.
Das Überlappen
der Kanäle
erzeugt ein Keuchphänomen,
das die Ausgabe aus jeder Fluidkammer und die Ausgabe P aus der
Pumpe 100 verringert, wodurch eine wirksame Einrichtung zum
Variieren der Fluidverdrängung
geschaffen wird.
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4e, 4f zeigen,
dass sich das Keuchphänomen
bei einer Drehung der Nockenfläche 110 um –15° über eine
Periode von 30° erstreckt
und folglich die Ausgabe aus jeder Fluidkammer und die Abgabe P
aus der Pumpe 100 weiter sinken. 4g, 4h zeigen, dass sich bei einer 0°-Drehung
der Nockenfläche 110 das
induzierte Keuchphänomen über eine 45°-Periode
erstreckt, wodurch effektiv die Abgabe aus jeder Fluidkammer verringert
wird und die Abgabe P aus der Pumpe 100 auf null gesetzt
wird.
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Aus 4i, 4j geht
hervor, dass bei der +15°-Drehung
der Nockenfläche 110 das
erzeugte Keuchphänomen
für eine
30°-Periode
wiederhergestellt wird. Allerdings wird durch die Begünstigung
der Kanäle 116a und 116b während der Überlappungsphase
der Kanäle 116a, 118a und 118a, 116b die Funktion
der Kanäle
wirksam umgekehrt. 4k, 4l zeigen,
dass bei der Drehung der Nockenfläche 110 um +30° die Überlappung
auf 15° abnimmt,
während aus 4m, 4n hervorgeht,
dass bei der Drehung der Nockenfläche 110 um +45° die Überlappung
auf 0° sinkt.
Im letzten Fall liegt dieses eingeführte ...-Phänomen
nicht länger
vor, und es findet eine vollständige
Umkehrung der Funktion der Öffnungen statt.
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In 5 ist eine Rotationspumpe, allgemein mit
Ziffer 200 gekennzeichnet, abgebildet, die den Dreitakt-Nockenring 202,
einen Rotor 104 innerhalb des Nockenrings 202,
ein Paar Endplatten 206a, 206b, welche den Nockenring 202 und
den Rotor 104 umschließen,
und eine drehbare Welle 108 mit Zähnen zum Drehen des Rotors 104 umfasst.
Die Pumpe 200 verfügt
weiterhin über
ein Stellglied (nicht abgebildet) zum Verändern der Leistung der Pumpe 200. Der
Nockenring 202 ist mit einer Nockenfläche 210 versehen,
die ein Symmetriezentrum hat, welches mit der Drehachse des Rotors 104 zusammenfällt, und
ein modifiziertes epizykloidisches Profil mit drei Erhebungen und
einem großen
und einem kleinen Radius R1, R2 in Abständen von 60° aufweist.
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Jede
Endplatte 206 enthält
drei gleichmäßig beabstandete
bogenförmige
Ansaugkanäle 216,
zwischen denen sich drei gleichmäßig beabstandete
bogenförmige
Druckkanäle 218 befinden.
Wie oben hat auch jeder der Kanäle 216, 218 einen
Innenradius, der mit dem radial am weitesten innen gelegenen Teil der Öffnung 112 übereinstimmt,
und einen Außenradius,
der die innere radiale Fläche
jener Pumpenelemente 114 überlappt, die sich in ihrer
vollständig
eingezogenen Position befinden. Allerdings beträgt die Kurvenlänge der
Kanäle 216, 218 weniger
als ein Drittel von der der Kanäle 116, 118 der
Pumpe 100. Unter Bezugnahme auf das X-Y-Koordinatensystem, bei
dem die X-Achse durch einen Ansaugkanal 216 und einen diametral
gegenüberliegenden
Druckkanal 218 ver läuft,
ist die Hauptachse X' der
Nockenfläche 210 in
der Abbildung um einen Winkel von 30° zu den Kanälen 216, 218 gedreht.
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Während des
Betriebs dreht die drehbare Welle 108 den Rotor 104 um
eine Achse, die mit dem Symmetriezentrum der Nockenfläche 210 übereinstimmt.
Während
sich der Rotor 104 dreht, bleiben die Pumpenelemente 114 mit
der Nockenfläche 210 in
Kontakt. Da jedoch die Nockenfläche 210 wie
in 3 ein epizykloidisches Profil mit
drei Erhebungen hat, bewegt sich jedes der Pumpenelemente 114 innerhalb
der jeweiligen Öffnungen 112 über die
Hublänge
zwischen der vollständig
eingezogenen Position und der vollständig ausgefahrenen Position.
Dadurch wird Fluid durch die Ansaugkanäle 216 in die Fluidkammern
eingesaugt, wenn sich die Pumpenelemente 114 aus ihrer
vollständig
eingezogenen Position in die vollständig ausgefahrene Position
bewegen, und anschließend
durch die Druckkanäle 218 aus
den Fluidkammern ausgestoßen,
wenn sich die Pumpenelemente 114 aus ihrer vollständig ausgefahrenen
Position in die vollständig
eingefahrene Position bewegen. Da die Nockenfläche 210 drei Nockenerhebungen
hat, legt jedes Pumpenelement 114 während jeder Umdrehung des Rotors 104 die
Hublänge
dreimal zurück.
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6a, 6b und 6c zeigen
jeweils die relative Position jedes Pumpenelements 114 innerhalb
der dazugehörigen Öffnung 112,
das Ansaugvolumen S und das Abgabevolumen P sowie die phasenverschobenen
Gesamtabgaben eines Rotors mit sieben Pumpenelementen 114 bei
einer Drehung des Rotors 104 über 120°. Wie in 2c abgebildet, liegt
die Amplitude der Ausgangsrestwelligkeit (output ripple) bei etwa
3,7 % der Gesamtabgabe, was etwa ein Drittel von der einer Pumpe
mit einem Hub ausmacht.
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7 zeigt ein Stellglied, das sich für den Einsatz
bei der Pumpe 200 aus 4 eignet.
Wie in der Darstellung, umfasst das Stellglied eine Gehäuseplatte 220,
die den Nockenring 202 umschließt, einen Gegentakthebel 222,
der verschiebbar mit der Gehäuseplatte 220 gekoppelt
ist, einen geräuscharmen
Zahnkettenabschnitt 224, der am Gegentakthebel 222 befestigt
ist, und ein Paar Seitenplatten 226a, 226b, das
den Gegentakthebel 222 und den geräuscharmen Zahnkettenabschnitt 224 innerhalb
der Gehäuseplatte 220 führt. Die äußere radiale
Fläche des
Nockenrings 202 enthält
einen Kettenradsektor 228, der den Zahnkettenabschnitt 224 in
Eingriff nimmt. Durch die Bewegung des Gegentakthebels 222 nach
innen bzw. nach außen
werden der Nockenring 202 und die Nockenfläche 210 um
das Symmetriezentrum der Nockenfläche 210 gedreht. Dadurch ändert sich
die Zeit, in der eine Fluidkammer mit zunehmendem Volumen mit einem
der Ansaugkanäle 216 in
Verbindung steht, und die Zeit, in der eine Fluidkammer mit abnehmendem Volumen
mit einem der Druckkanäle 218 in
Verbindung steht, so dass sich die Fördermenge der Pumpe 200 entsprechend ändert.
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Natürlich können alle
beliebigen Stellglieder aus 3 und 5 bei den Pumpen 100, 200 zum
Einsatz kommen. Auch wenn die Grafiken aus 4b, 4d, 4f, 4h, 4j, 4l und 4n auf
einer Rotordrehung von 120° anstelle
von 180° basierten
und anstelle der 15°-Schritte
bei der Nockenflächendrehung
10° zum Ansatz
kämen;
würden
diese Figuren genau die Eigenschaften der Dreitakt-Nockenfläche 210 aus 5 darstellen. Somit wird aus dem Vorgenannten deutlich,
dass im allgemeinen Fall, in dem die Nockenfläche „N" Erhebungen aufweist, wobei in „N" eine ganze Zahl
größer oder
gleich 2 ist, die winkelmäßige Unterteilung über die
die Nockenfläche
gedreht werden kann, 360°/2N
beträgt.
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Wendet
man sich nun 8 bis 12 zu,
so werden die Konstruktionskriterien erörtert, die sich auf die Kavitation.
Fachleuten ist hinlänglich
bekannt, dass die Kavitation eine induzierte Strömungsstörung ist, die durch eine Drosselwirkung
auf einen Fluidstrom verursacht wird und die bei rotierenden Scheibenpumpen
oder -motoren mit Kanälen
an den Rotorendplatten ein Problem darstellt. Beeinflusst wird dieses
Phänomen.
durch das Verhältnis
zwischen der Kanalgröße und dem
Hubraum einer Fluidkammer während
eines Ansaughubs eines Pumpelements. 8a zeigt
die Endplatte 206 für
einen Dreitakt-Nockenring 202 zur
Verwendung zusammen mit einem Rotor 104 mit sieben Fluidkammern,
während 8b die
Endplatte 206 für
einen Dreitakt-Nockenring 202 zur Verwendung mit dem Rotor 104 mit fünf Fluidkammern äquivalenter
Größe zeigt. 8c stellt
die Kanäle 216, 218 für beide
Konfigurationen der Endplatte 206 und des Rotors 104 dar,
wobei angegeben ist, dass die Anzahl der Fluidkammern in dem Rotor
keine Auswirkung auf die Größe der Kanäle hat.
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9a zeigt
die Endplatte 206 für
einen Dreitakt-Nockenring 202 zur Verwendung mit einem Rotor 104 mit
sieben Kammern, während 9b die Endplatte 206 für einen
Dreitakt-Nockenring zur Verwendung mit einem Rotor 104 mit
neun Fluidkammern der gleichen Größe wie jene aus 9a zeigt, die
jedoch auf einem größeren Rotor 104 vorgesehen sind. 9c zeigt
die Kanäle 216, 218 für beide
Konfigurationen der Endplatte 206 und des Rotors 104, wobei
erkennbar wird, dass, wenngleich die Anzahl der Fluidkammern in
einem Rotor keine Auswirkung auf die Kanalgröße hat, eine Vergrößerung des
Außendurchmessers
des Rotors 104 zu einer Vergrößerung der Kanalgröße führt. 10 zeigt die achte Kanalendplatte für einen
Viertakt-Nockenring zur Verwendung mit einem Rotor der gleichen
Größe wie aus 9a,
worin angegeben ist, dass die Kanalgröße abnimmt, wenn die Anzahl
der Hubbewegungen pro Zyklus zunimmt, ohne dass der Rotor entsprechend
größer wird. 11 zeigt die Endplatte für einen
Sechstakt- Nockenring
zur Verwendung mit einem Rotor, der zwölf Fluidkammern der gleichen Größe wie jene
aus 9a hat, während 12 die Endplatte für einen Sechstakt-Nockenring zur Verwendung
mit einem Rotor mit dreizehn Fluidkammern zeigt, die nur halb so
groß sind
wie jene aus 9a, was wiederum anzeigt, dass
eine Erhöhung der
Hubzahl pro Zyklus ohne eine entsprechende Zunahme der Rotorgröße zu einer
geringeren Kanalgröße führt. Dementsprechend
wird deutlich, dass bei einem bestimmten Hubraum die Kanalgröße eine Funktion
der Hubanzahl pro Zyklus und des Durchmessers des Rotors, nicht
jedoch eine Funktion der Anzahl der Fluidkammern in einem Rotor
ist.
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Bislang
hatte jede der Ansaugkanäle 116 und
der Druckkanäle 118 aus
den Abbildungen die gleiche Winkellänge. Wie jedoch die 13 bis 15 verdeutlichen,
ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. 13 zeigt
das Nockenprofil für
eine Zweitakt-Nockenfläche 110,
bei der sich die Ansaugkanäle 116 über ein
größeres Winkelintervall
als die Druckkanäle 118 erstrecken.
In ähnlicher
Weise zeigen 14 und 15 die
Nockenprofile für
eine Dreitakt-Nockenfläche 210 und
eine Viertakt-Nockenfläche,
bei der sich die Ansaugkanäle 116 über ein
größeres Winkelintervall
als die Druckkanäle 118 erstrecken.
In jedem dieser Fälle
vergrößert sich durch
eine zunehmende Winkellänge
der Ansaugkanäle
die tatsächliche
Zeit für
das Einströmen
des Fluids; bei dem Einströmen
des Fluids kann es jedoch auch zur Kavitation kommen.
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In 16 ist
ein Pumpenelement 114 dargestellt, welches sich zur Verwendung
mit den zuvor genannten Ausführungsformen
der Pumpen eignet und eine röhrenförmige Schale 140 sowie
einen festen Kern 142 umfasst, der in der röhrenförmigen Schale 140 gehalten
wird. O-Ring-Dichtungen 144a, 144b, befinden sich
an den entgegengesetzten Enden des Kerns 142, wodurch die
Schale 140 eine gewisse diametrale Flexibilität erhält, so dass
die Abdichtung zwischen dem Pumpenelement 114 und der entsprechenden Öffnung 112 verbessert
wird, wenn die Schale 140 einer diametralen Last unterliegt.
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17 zeigt
eine Variante des Pumpenelements 114 aus 16,
welches eine U-förmige Schale 146 und
einen spulenförmigen
Kern 148 umfasst, der innerhalb der Schale 146 vorgesehen
ist. Der Kern 148 enthält
ein Paar scheibenförmige
Enden 150, die über
einen zentralen Schaft 152 miteinander verbunden sind,
der sich zwischen den scheibenförmigen
Enden 150 erstreckt. Das Pumpenelement enthält weiterhin
eine Vielzahl von Rollenlagern 154, die zwischen dem zentralen
Schaft 152 und der inneren U-förmigen
Oberfläche
der Schale 146 angeordnet sind und es ermöglichen,
dass die scheibenförmigen
Enden 150 entsprechend der Nockenfläche als Nockenstößel fungieren.
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18 zeigt
eine andere Variante des Pumpenelements 114, welches eine
U-förmige
Schale 156 und einen zylinderförmigen Kern 158 innerhalb der
Schale 156 aufweist. Die Schale 156 enthält ein Paar
geschlossene, gegenüberliegende
Enden 160 und ein Lagerloch 162, das in jedem
entgegengesetzten Ende 160 vorgesehen ist. Der Kern 158 weist einen
sich axial erstreckenden Dorn 164 an jedem gegenüberliegenden
Ende des Kerns 158 auf, der in die Lagerlöcher 162 eingesetzt
wird und dadurch den Kern 158 drehbar an der Schale 156 festhält. Das Pumpenelement
enthält
weiterhin eine Vielzahl von Rollenlagern, die um jeden Dorn 164 herum
angeordnet sind, so dass der Kern 158 entsprechend der
Nockenfläche
als Nockenstößel fungieren
kann. Weitere Abwandlungen der vorgenannten Pumpenelement-Konfigurationen
liegen für
Fachleute auf der Hand.
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Nachdem
bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen
von Rotationspumpen beschrieben worden sind, konzentriert sich die
nachfolgende Erörterung
auf Anwendungsmöglichkeiten
der beschriebenen Rotationspumpen.
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19 zeigt eine Hydraulikvorrichtung 300, die
entweder als Pumpe oder als Motor zum Einsatz kommen kann. Die Hydraulikvorrichtung 300 umfasst einen
drehbaren Nockenring, eine Gehäuseplatte 330,
die den Nockenring umschließt
und es ermöglicht,
dass sich der Nockenring um das Symmetriezentrum der jeweiligen
Nockenfläche
dreht, einen Rotor 104, der innerhalb des Nockenrings 302 vorgesehen
ist, eine Vorder- und eine hintere Rotorendplatte 306a, 306b,
die den Rotor 304 umschließen, eine drehbare Welle 108,
die mit dem Rotor 104 verbunden ist, und ein Stellglied
zum Drehen der Nockenfläche
um deren Symmetriezentrum. Vorzugsweise umfassen der Nockenring,
die Gehäuseplatte 330 bzw.
das Stellglied den Nockenring 102, die Gehäuseplatte 130 und
die Stellglied-Steuerstange 134 aus 3e und 3f.
Wenngleich die Hydraulikvorrichtung 300 nicht auf den Nockenring 102,
die Gehäuseplatte 130 und
die Stellglied-Steuerstange 134 beschränkt ist, so ist doch beabsichtigt,
dass sie eine der hier beschriebenen Nockenringe, Gehäuseplatten
oder Stellgliedvarianten umfasst, einschließlich aller Varianten, die äquivalent
zu diesen sind. Wie oben angesprochen, kann je nach Wunsch auch auf
das Stellglied verzichtet werden. Zur besseren Übersichtlichkeit wurden der
Nockenring, der Rotor 104 und das Stellglied aus 19 weggelassen.
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Die
Rotorendplatten 306 sind in 19b abgebildet
und enthalten ein Paar diametral gegenüberliegende bogenförmige erste
Kanäle 316a, 316b und ein
Paar diametral gegenüberliegende
bogenförmige zweite
Kanäle 318a, 318b.
Weiterhin verfügen
die Rotorendplatten 306 über eine erste und eine zweite Ölleitungskanäle 370, 372,
einen bogenförmigen Schlitz 336 neben
dem Außenrand
der Rotorendplatten 306, durch den hindurch die Stellglied-Steuerstange 134 verläuft, und
eine zentrale Öffnung 382, durch
die die drehbare Welle 108 verläuft.
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Die
Hydraulikvorrichtung 300 enthält weiterhin eine vordere und
eine hintere Gehäuseendplatte 376a, 376b,
eine vordere Ölleitungsplatte 378,
die zwischen der vorderen Gehäuseendplatte 376a und der
vorderen Rotorendplatte 306a angeordnet ist, und eine hintere Ölleitungsplatte 380,
die zwischen der hinteren Gehäuseendplatte 376b und
der hinteren Rotorendplatte 306b angeordnet ist. Wie in 19c dargestellt, umfassen die Gehäuseendplatten 376 eine
zentrale Öffnung 382 zur
Aufnahme der drehbaren Welle 108 durch sie hindurch und
einen bogenförmigen
Schlitz 336 am Außenrand
der Gehäuseendplatte 376,
in dem die Stellglied-Steuerstange 134 aufgenommen wird.
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Die
vordere Ölleitungsplatte 378 ist
in 19b dargestellt und umfasst die zweiten Kanäle 318a, 318b,
den ersten Ölleitungskanal 370 sowie eine
erste Ölleitung 384,
die sowohl mit den ersten Kanälen 316a, 316b als
auch mit dem zweiten Ölleitungskanal 372 in
Verbindung steht. Die hintere Ölleitungsplatte 380 ist
in 19e dargestellt und umfasst
die ersten Kanäle 316a, 316b,
den zweite Ölleitungskanal 372 und
eine zweite Ölleitung 386,
die sowohl mit den zweiten Kanälen 318a, 318b als
auch mit dem ersten Ölleitungskanal 370 in
Verbindung steht.
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Wenn
die Hydraulikvorrichtung 300 als Pumpe betrieben wird,
dreht die drehbare Welle 108 den Rotor um das Symmetriezentrum
der Nockenfläche, wodurch
Fluid aus der ersten Ölleitung 384 durch
die ersten Kanäle 316 hindurch
in die Fluidkammern des Rotors eingesaugt wird und anschließend durch
die zweiten Kanäle 318 in
die zweite Ölleitung 386 ausgegeben
wird. Wenn die Hydraulikvorrichtung 300 als Motor betrieben
wird, wird das Fluid aus der ersten Ölleitung 384 durch
die ersten Kanäle 316 hindurch unter
Druck in die Fluidkammern des Rotors eingeleitet und durch die zweiten
Kanäle 318 in
die zweite Ölleitung 386 ausgestoßen, wodurch
sich die Rotationswelle 108 dreht.
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20 zeigt
ein hydrostatisches Getriebe 400 mit einer ersten und einer
zweiten Hydraulikvorrichtung 300a, 300b, die im
Wesentlichen identisch mit der Hydraulikvorrichtung 300 aus 19 sind. Im Unterschied zu der Hydraulikvorrichtung 300 fungiert die
erste Hydraulikvorrichtung 300a jedoch als Pumpe und verfügt über eine
zusätzliche
vordere Ölleitungsplatte 378,
welche die hintere Ölleitungsplatte 380 ersetzt.
Die zweite hydraulische Vorrichtung 300b fungiert als Motor
und enthält
eine zusätzliche hintere Ölleitungsplatte 380,
welche die vordere Ölleitungsplatte 378 ersetzt.
Weiterhin sind die vorderen Ölleitungsplatten 378 so
modifiziert, dass die erste Ölleitung 384 sowohl
mit den zweiten Kanälen 318a, 318b anstelle
mit den ersten Kanälen 316a, 316b kommuniziert.
Weiterhin verfügt
die erste hydraulische Vorrichtung 300a über das
oben anhand von 3d beschriebene Stellglied und
umfasst die Gehäuseplatte 120', welche den
Nockenring 102 umschließt, und das umlaufende Seil 126,
welches um den Nockenring 102 geführt ist. Allerdings ist klar, dass
auch andere Stellglieder verwendet werden können, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen.
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Die
erste und die zweite Hydraulikvorrichtung 300a, 300b werden
anschließend über eine
gemeinsame Rotorendplatte 306 miteinander verbunden, die
zwischen vorderen Ölleitungsplatte 378 der ersten
Hydraulikvorrichtung 300a und der hinteren Ölleitungsplatte 380 der
zweiten Hydraulikvorrichtung 300b angeordnet ist. Mit dieser
Anordnung stehen die ersten Kanäle 316 der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a mit den ersten Kanälen 316 der
zweiten Hydraulikvorrichtung 300b in Verbindung, und die zweiten
Kanäle 318 der
zweiten Hydraulikvorrichtung 300b kommunizieren mit den
zweiten Kanälen 318 der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a.
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Während des
Betriebs versetzt die Drehung der Eingangswelle 108 der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a den jeweiligen Rotor in
Drehung um das Symmetriezentrum der Nockenfläche, wodurch Fluid aus den
ersten Ölleitungen 384 durch
die zweiten Kanäle 318 in
die Fluidkammern des Rotors der ersten Hydraulikvorrichtung 300a angesaugt
und anschließend
unter Druck durch die ersten Kanäle 316 ausgestoßen wird.
Das ausgestoßene
Druckfluid wird durch die ersten Kanäle 316 in die Fluidkammern
des Rotors der zweiten Hydraulikvorrichtung 300b eingeleitet,
so dass sich der Rotor und die Ausgangswelle 108' der zweiten
Hydraulikvorrichtung 300b drehen. Während sich letzterer Rotor
dreht, wird Fluid durch die Druckkanäle 318 aus den Fluidkammern
in die zweiten Ölleitungen 386 ausgestoßen.
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Es
ist klar, dass sich durch Drehung der Nockenfläche des Nockenrings 102 mit
Hilfe des Stellgliedes der Ausgangsstrom der ersten Hydraulikvorrichtung 300a ändert, was
zu einer entsprechenden Änderung
der Drehzahl der drehbaren Welle 108 der zweiten Hydraulikvorrichtung 300b führt. Aus
der Erläuterung
von 4 wird deutlich, dass sich die Ausgangswelle 108' in die gleiche
Richtung dreht wie die Eingangswelle 108 und von null bis
zur vollen Drehzahl schwankt, wenn der Drehwinkel des Nockenprofils
der ersten Hydraulikvorrichtung 300a auf 90° begrenzt
ist. Die Ausgangswelle 108' dreht
sich in die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung wie die
Eingangswelle 108 und variiert von null bis zur vollen
Drehzahl, wenn der Drehwinkel des Nockenprofils der ersten Hydraulikvorrichtung 300a auf
180° vergrößert wird.
-
Es
können
verschiedene Varianten des hydrostatischen Getriebes 400 realisiert
werden. Zum Beispiel stellt 21 ein
hydrostatisches Getriebe 500 dar, welches im Wesentlichen
dem hydrostatischen Getriebe 400 gleicht, außer dass
die zweite Hydraulikvorrich tung 300b mit dem oben anhand
von 3e beschriebenen Stellglied versehen ist, und die
Gehäuseplatte 130 mit
dem bogenförmigen
Ausschnitt 132 und die Steuerstange 134, die an
der äußeren radialen
Fläche
des Nockenringsrings 102 angebracht ist, umfasst. Mit dieser
Ausführungsform dreht
sich die Ausgangswelle 108' in
die gleiche oder in die entgegengesetzte Richtung wie die Eingangswelle 108 und
variiert von null bis zur vollen Drehzahl, selbst wenn der Drehwinkel
des Nockenprofils der ersten Hydraulikvorrichtung 300a auf
90° begrenzt ist. 22 stellt
ein hydrostatisches Getriebe 600 dar, welches wiederum
dem hydrostatischen Getriebe 400 ähnlich ist, bis auf die Tatsache,
dass die Hydraulikvorrichtungen 300a und 300b Kühlrippen
aufweisen und die zweite Hydraulikvorrichtung 300b mit dem
oben anhand von 7 beschriebenen Stellglied
ausgestattet ist, und welches die Gehäuseplatte 220, die
den Nockenring 202 umschließt, den Gegentaktheber 222,
der verschiebbar mit der Gehäuseplatte 220 gekoppelt
ist, und einen geräuscharmen Zahnkettenabschnitt 224 aufweist,
der an dem Gegentakthebel 222 angebracht ist. Wie bereits
oben dreht sich die Ausgangswelle 108' in die gleiche Richtung wie die
Eingangswelle 108 und variiert von null bis zur vollen
Drehzahl, wenn der Drehwinkel des Nockenprofils der ersten Hydraulikvorrichtung 300a auf
90° begrenzt
ist, dreht sich jedoch in die gleiche oder in die entgegengesetzte
Richtung wie die Eingangswelle 108 und variiert von null
bis zur vollen Drehzahl, wenn der Drehwinkel des Nockenprofils der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a auf 180° vergrößert wird.
Des Weiteren sind alle bislang beschriebenen Stellglieder mechanisch
gesteuert worden. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf begrenzt,
sondern kann auch andere Stellgliedvarianten, zum Beispiel hydraulisch
gesteuerte Stellglieder enthalten. Zum Beispiel zeigt 23a eine Gehäuseplatte 620 und
einen Nockenring 602, der innerhalb der Gehäuseplatte 620 angebracht
ist, die für
die Verwendung in einem hydrostatischen Getriebe geeignet sind,
sowie eine Rotationspumpe oder einen Rotationsmotor. Der Nockenring 602 weist
drei Fluid-Stellgliedtaschen 638a, 638b, 638c auf,
und die Gehäuseplatte 620 umfasst
einen ersten und einen zweiten Öldurchlass 640, 642,
die nach Zufuhr von Druckfluid das Fluid in die Fluid-Stellgliedtaschen 638 lenken
und dadurch den Nockenring 602 veranlassen, sich zwischen –45° und +45° zu drehen.
In ähnlicher
Weise zeigt 23b eine Gehäuseplatte 620' und einen Nockenring 602', der innerhalb
der Gehäuseplatte 620' vorgesehen
ist. Der Nockenring 602' enthält vier Fluid-Stellgliedtaschen 644a, 644b, 644c und 644d, und
die Gehäuseplatte 620' umfasst einen
ersten und einen zweiten Öldurchlass 640' und 642', die nach Zufuhr
von Druckfluid das Fluid in die Fluid-Stellgliedtaschen 644 einspritzen,
so dass sich der Nockenring 602' zwischen 0° und +45° dreht. 24 zeigt
ein elektrisch angesteuertes hydraulisches Stellglied, welches sich
für die
Drehung jedes Nockenrings 602, 602' aus 23 eignet.
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Das
Stellglied aus 24 umfasst einen Zylinder 650 mit
einem Fluideinlass 652, einem Paar Fluidauslässe 654a, 654b,
die mit den Öldurchlässen 640, 642 gekoppelt
sind, einem Kolben 656, der innerhalb des Zylinders 650 angeordnet
ist, einer ersten und zweiten Nadel 658a, 658b,
die innerhalb der gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Zylinders 650 vorgesehen sind, einer Feder 660a,
die mit der ersten Nadel 658a zum Zurückziehen der ersten Nadel 658a aus
dem Zylinder 650 gekoppelt ist, einer zweiten Feder 660b,
die zum Zurückziehen
der zweiten Nadel 658b aus dem Zylinder 650 mit
der zweiten Nadel 658b gekoppelt ist, und elektromagnetischen
Spulen 662, 662b, die jeweils mit der ersten bzw.
zweiten Nadel 658a, 658b gekoppelt sind, um den
Federn 660a, 660b entgegenzuwirken.
-
Wenn
während
des Gebrauchs die Frequenz der Spulen 662 maximiert wird,
schränken
die Nadeln 658 den Strom des Hydraulikfluids aus dem Fluideinlass 652 durch
die Fluidauslässe 654 ein,
und die auf den Nockenring 602 durch das Stellglied einwirkende Kraft
beträgt
null. Ohne eine ausgleichende Kraft, die den vom Rotor auf den Nockenring 602 einwirkenden reaktiven
Kräften
entgegenwirkt, nimmt der Nockenring die Position aus 4g ein. Wenn andererseits die Frequenz
von einer der Spulen 662 verringert wird, wird die entsprechende
Nadel 658 aus dem Zylinder 650 zurückgezogen,
wodurch der Strom des Hydraulikfluids aus dem jeweiligen Fluidauslass 654 erhöht wird.
Demzufolge nimmt die auf den Nockenring 602 einwirkende
Kraft zu, was dazu führt,
dass der Nockenring 602 die Position aus 4a annimmt.
Wenn die Frequenz der anderen Spule 662 verringert wird,
wird die entsprechende Nadel 658 aus dem Zylinder 650 zurückgezogen,
so dass der Nockenring 602 die Position aus 4m annimmt.
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25 stellt ein hydrostatisches Getriebe 700 mit
konstanter Drehzahl dar, welches wiederum dem hydrostatischen Getriebe 400 weitgehend ähnlich ist,
mit Ausnahme der Tatsache, dass die Eingangswelle 108 der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a (Pumpe) so modifiziert
ist, dass sie mit einer Kraftmaschine, zum Beispiel einem Verbrennungsmotor,
gekoppelt werden kann, die Ausgangswelle 108' der zweiten Hydraulikvorrichtung 300b (Motor) mit
einer Zusatz-Riemenscheibe 750 gekoppelt ist und die erste
Hydraulikvorrichtung 300a Fluid-Stellgliedtaschen c1, c2
aufweist, die in ihrer Funktion den Fluid-Stellgliedtaschen der Gehäuseplatte 620 aus 23 ähnlich
sind. Die Stellgliedtaschen c1, c2 kommunizieren mit den Druckkanälen der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a bzw. durch die Kanäle p2, p2' und dienen der Drehung
des Nockenrings 102a in eine Richtung in Reaktion auf Veränderungen
der Drehzahl der Eingangswelle 108.
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Die
erste Hydraulikvorrichtung 300a ist weiterhin mit einem
Stellglied versehen, welches dem Rotationsstellglied ähnlich ist,
das oben anhand von 3a beschrieben worden ist, und
umfasst eine Gehäuseplatte 120a,
die einen Nockenring 102a umschießt, ein Ritzel 122a,
das drehbar mit der Gehäuseplatte 120a gekoppelt
ist, und einen verzahnten Sektor 124a, der über der äußeren radialen
Fläche des
Nockenrings 102a angeordnet ist, um das Ritzel 122a in
Eingriff zu nehmen. In gleicher Weise verfügt die zweite Hydraulikvorrichtung 300b über ein
Stellglied, welches eine Gehäuseplatte 120b umfasst,
die den Nockenring 102b umschließt, ein Ritzel 122b, welches
drehbar mit der Gehäuseplatte 120 gekoppelt
ist, und einen verzahnten Sektor 124b, der über der äußeren radialen
Fläche
des Nockenrings 102b angeordnet ist, um das Ritzel 122b in
Eingriff zu nehmen. Allerdings ist im Unterschied zu dem Rotationsstellglied
aus 3a das Ritzel 122a der ersten Hydraulikvorrichtung 300a mit
dem Ritzel 122b der zweiten Hydraulikvorrichtung 300b über einen
gemeinsame Schaft 752 verbunden, so dass die Nockenfläche der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a gemeinsam mit der Nockenfläche der
zweiten Hydraulikvorrichtung 300b gedreht wird. Wie in 25b und 25c dargestellt
ist, sind die Nockenringe der ersten und der zweiten Hydraulikvorrichtung 300a, 300b nicht
fluchtend, wobei die Hauptachse der Nockenfläche der ersten Hydraulikvorrichtung 300a um –45° in Bezug
auf das X-Y-Koordinatensystem gedreht wird und damit durch die Ansaug-
und Druckkanäle
verläuft
und die Hauptsache der Nockenfläche
der zweiten Hydraulikvorrichtung 300b um +45° in Bezug
auf das X-Y-Koordinatensystem gedreht wird, abzüglich eines Winkels ∝.
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26a zeigt (1) die Verdrängung D der ersten und zweiten
Hydraulikvorrichtung 300a, 300b als Funktion des
Verhältnisses
m/p (Motor/Pumpe) von deren jeweiliger Drehzahl, (2) die reaktiven
Drehmomente T1, T2 an den jeweiligen Nockenringen als Funktion des
Winkels ∝,
und (3) den Fluiddruck in den Stellgliedtaschen c1, c2 des Rotationsstellgliedes
als eine Funktion des Winkels ∝,
wenn das Drehmoment und die Ausgangsdrehzahl der Zusatz-Antriebsscheibe 750 konstant
bleiben und sich das Verhältnis
p/m von 1/3 auf 3/1 ändert. 26b zeigt die Verdrängung der ersten Hydraulikvorrichtung 300a, wenn
(1) die Drehzahl der Ausgangswelle 108' dreimal so groß ist wie die der Eingangswelle 108,
(2) die Drehzahl der Ausgangswelle 108' genauso groß ist wie die der Eingangswelle 108,
und (3) die Drehzahl der Ausgangswelle 108' ein Drittel von der der Eingangswelle 108 beträgt. Genauso
zeigt 26c die Verdrängung der
zweiten Hydraulikvorrichtung 300b, wenn (1) die Drehzahl
der Ausgangswelle 108' dreimal
so groß ist
wie die der Eingangswelle 108', (2) die Drehzahl der Ausgangswelle 108' genauso groß ist wie
die der Eingangswelle 108 und (3) die Drehzahl der Ausgangswelle 108' ein Drittel
von der der Eingangswelle 108 beträgt.
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Aus
den 26a, 26b und 26c geht hervor, dass bei Abnahme der Motordrehzahl die
Verringerung des Fluiddrucks in den Stellgliedtaschen c1, c2 dazu
führt,
dass der Drehwinkel der Nockenfläche
der ersten Hydraulikvorrichtung 300a kleiner wird (sich
0° annähert) und
der Rotationswinkel der Nockenfläche
der zweiten Hydraulikvorrichtung 300b größer wird,
so dass die Drehzahl der Ausgangswelle 108' konstant bleibt. Genauso bewirkt
bei einem Anstieg der Motordrehzahl die Erhöhung des Fluiddrucks in den
Stellgliedtaschen c1, c2, dass der Drehwinkel der Nockenfläche der
ersten Hydraulikvorrichtung 300a kleiner wird (sich –45° annähert) und
der Rotationswinkel der Nockenfläche
der zweiten Hydraulikvorrichtung 300b abnimmt, so dass
die Drehzahl der Ausgangswelle wiederum konstant bleibt. Dementsprechend
wird deutlich, dass bei einer Fehlausrichtung der Nockenringe der
ersten und zweiten Hydraulikvorrichtung 300a, 300b und
durch Drehen der Neckenringe gemeinsam in Reaktion auf Änderungen
der Drehzahl der Eingangswelle 108 die Drehzahl der Ausgangswelle 108' unabhängig von der
Drehzahl der Eingangswelle 108 im Wesentlichen konstant
bleibt.
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27 zeigt ein hydrostatisches Getriebe 800,
welches im Wesentlichen dem hydrostatischen Getriebe 700 ähnlich ist,
außer
dass die Taschen c1, c2 aus der ersten Hydraulikvorrichtung 300a weggelassen
sind, und die zweite Hydraulikvorrichtung 300b einen zweiten
verzahnten Sektor 124b' mit
einem größeren Teilkreisdurchmesser
als der verzahnte Sektor 124 aufweist. Weiterhin enthält das Stellglied
ein zweites Ritzel 122b',
das mit dem zweiten verzahnten Sektor 124b' übereinstimmt und frei an dem
gemeinsamen Schaft 752 befestigt ist, und eine Torsionsfeder 754,
die zwischen dem Ritzel 120a und dem zweiten Ritzel 122b' vorgesehen
ist und die Taschen c1, c2 ersetzt. Wie aus 27b und 27c hervorgeht, sind die Drehmomenteigenschaften
des hydrostatischen Getriebes 800 ähnlich wie die Drehmomenteigenschaften
des hydrostatischen Getriebes 700, das in 26a(2) dargestellt
ist, mit Ausnahme des Ausgleichsdrehmoments Ts', welches entsteht, wenn das Drehmoment
Ts der Torsionsfeder durch die Zahnradgetriebeschleife (revered
gear-train loop) verstärkt
wird, welche das zweite Ritzel 122b', den zweiten verzahnten Sektor 124b' und den ersten
verzahnten Sektor 124b sowie das Ritzel 122b umfasst.
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Das
Ausgleichsdrehmoment Ts' hat
eine ähnliche
Funktion wie das Rotations-Drehmoment, das
an dem Nockenring 102a des hydrostatischen Getriebes 800 aus 26 erzeugt wird. Wenn der Motor im Leerlauf
ist, zwingt das Ausgleichsdrehmoment Ts' demzufolge die Nockenringprofile auf
das Verhältnis
p/m von 1/3, und wenn die Motor drehzahl über die Leerlaufdrehzahl ansteigt,
drängt
das Ausgleichsdrehmoment Ts' die
Nockenringprofile der Hydraulikvorrichtungen 300 auf ein
Verhältnis
p/m von 3/1. Wenn der Motor angehalten wird, drängt das Ausgleichsdrehmoment
Ts' die Nockenringprofile
der Hydraulikvorrichtungen 300 auf ein Verhältnis p/m von
3/1.
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28 zeigt ein hydrostatisches Getriebe, welches
im Wesentlichen dem hydrostatischen Getriebe 700 gleicht,
mit Ausnahme der Tatsache, dass die Taschen c1, c2 aus der ersten
Hydraulikvorrichtung 300a weggelassen sind und jede der
Hydraulikvorrichtungen 300 einen zusammengesetzten Rotor 902 enthält, der
eine erste Rotorhälfte 104 und
eine zweite Rotorhälfte 104' umfasst, die
im Tandem angebracht sind. Wie aus 28b hervorgeht,
ist die erste Rotorhälfte 104 vorzugsweise
nicht fluchtend zu der zweiten Rotorhälfte 104' ausgerichtet,
so dass die Möglichkeit
eines Dichtungsverlustes zwischen angrenzenden Pumpenelementen verringert
wird. Weiterhin umfasst jedes Abdichtelement vorzugsweise ein Dichtungselement
für die
U-förmige
Schale 156 und einen zylinderförmigen Kern 158, die
bereits anhand von 8 beschrieben worden
sind, wobei sich jedes Dichtungselement über die gesamte axiale Ausdehnung
der jeweiligen zusammengesetzten Fluidkammer erstreckt, nämlich zwischen
der Fluidkammer der ersten Rotorhälfte 104 und der entsprechenden
Fluidkammer der zweiten Rotorhälfte 104'. Ein Vorteil
des zusammengesetzten Rotors 902 besteht darin, dass das
Keuchen, das aus der variablen Verdrängung resultiert, zwischen
den Pumpenelementen des zusammengesetzten Rotors 902 auftritt,
so dass eine geringe Störung
in den Ansaug-, Druck- und
Abgasleitungen zu spüren
ist.
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Wendet
man sich nun 29 zu, so ist ein Viertakt-Verbrennungsmotor 1000 dargestellt,
bei dem die hier beschriebenen Rotationspumpen zum Einsatz kommen.
Der Verbrennungsmotor 1000 umfasst ein Kurbelgehäuse 1002,
einen Rotor 1004, der sich innerhalb des Kurbelgehäuses 1002 befindet, eine
linke und rechte Rotor-Endplatte 1006a, 1006b, die
den Rotor 1004 umschließen, eine drehbare Welle 1008,
die mit dem Rotor 1004 gekoppelt ist, Abstandsplatten 1075a, 1075b für Wasserkammern
sowie Motor-Endplatten 1076a, 1076b.
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Das
Kurbelgehäuse 1002 enthält eine
Zweitakt-Nockenfläche 1010 mit
einem Symmetriezentrum, das mit der Rotationsachse des Rotors 1004 zusammenfällt, einen
Zündkerzen-Kanal
(nicht abgebildet), der in das Innere des Kurbelgehäuses mündet und
eine Zündkerze 1070 aufnimmt,
sowie eine Vielzahl von Wassermänteln 1072 zum
Kühlen.
Der Rotor 1004 enthält
eine Vielzahl von Verbrennungskammern, die um den Umfang des Rotors 1004 herum
angeordnet sind. Jede Verbrennungskammer umfasst eine Öffnung 1012,
die sich in den Umfang des Rotors 1004 hinein öffnet, und
ein Kolbenele ment 1014, das abdichtend innerhalb jeder Öffnung 1012 angeordnet
ist. Jede Öffnung 1012 hat
im Wesentlichen eine U-Form, wobei die Breite der Öffnung 1012 etwas
größer ist
als die Breite jedes Kolbenelements 1014, so dass sich
jedes Kolbenelement 1014 innerhalb der entsprechenden Öffnung 1012 zwischen
einer maximalen Verdichtungsposition am radial am weitesten innen
gelegenen Abschnitt der Öffnung 1012 und
einer minimalen Verdichtungsposition am radial am weitesten außen gelegenen
Abschnitt der Öffnung 1012 bewegen
kann, wenn sich der Rotor 1004 dreht.
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Jede
Rotor-Endplatte 1006 enthält einen bogenförmigen Einlasskanal 1016 und
einen radial benachbarten bogenförmigen
Auslasskanal 1018. Jeder der Kanäle 1016, 1018 hat
einen Innenradius, der mit dem radial am weitesten innen liegenden
Abschnitt der Öffnungen 1012 zusammenfällt, und
einen Außenradius,
der sich mit der inneren radialen Oberfläche jener Kolbenelemente 1014 überlappt, die
in ihrer vollständig
eingefahrenen Position ausgerichtet sind. Eine der Rotor-Endplatten 1006 kann darüber hinaus
eine Ansaugsammelleitung 1050 aufweisen, die mit dem Einlasskanal 1016 in
Verbindung steht, und eine Auspuffsammelleitung 1052, die
mit dem Auslasskanal 1018 in Verbindung steht.
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Beim
Drehen des Rotors gelangt jedes Kolbenelement 1014 in die
maximale Verdichtungsposition, wenn sich die entsprechende Verbrennungskammer
dem Einlasskanal 1016 nähert.
Wenn die Verbrennungskammer dem Einlasskanal 1016 gegenüberliegt,
bewegt sich das Kolbenelement 1014 zu der minimalen Verdichtungsposition,
was dazu führt,
dass ein Kraftstoffgemisch durch die Ansaugsammelleitung 1050 in
die Verbrennungskammer eingeleitet wird. Anschließend kehrt
das Kolbenelement 1014 wieder in die maximale Verdichtungsposition
zurück,
wodurch das darin befindliche Kraftstoffgemisch verdichtet und das
verdichtete Gasgemisch durch die Zündkerze gezündet wird. Von dort wird das
Kolbenelement 1014 dann durch die Zündkraft in die minimale Verdichtungsposition
gebracht. Wenn sich die Verbrennungskammer dem Auslasskanal 1018 nähert, kehrt
das Kolbenelement 1014 wieder in die maximale Verdichtungsposition
zurück,
wodurch das gezündete
Gasgemisch durch die Auspuffsammelleitung 1052 ausgestoßen wird.
Natürlich
kann der Verbrennungsmotor 1000 so abgewandelt werden,
dass er eine größere oder
geringere Anzahl von Hubbewegungen bzw. Takten ausführt, indem
das Nockenprofil bzw. die Anzahl der Kanäle wie oben beschrieben verändert wird.
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30 zeigt
ein Kolbenelement 1014, das sich für die Verwendung in einem beliebigen
der vorgenannten Verbrennungsmotoren eignet. Das Kolbenelement 1014 ist
dem Pumpenelement aus 18 ähnlich und umfasst eine U-förmige Schale 1056 und
einen zy linderförmigen
Kern 1058, der innerhalb der Schale 1056 vorgesehen
ist. Die Schale 1056 enthält ein Paar geschlossene, gegenüberliegende
Enden 1060 und ein Lagerloch 1062 in jedem gegenüberliegenden
Ende 1060. An jedem Ende weist der Kern 1058 einen
sich axial erstreckenden Dorn 1064 auf, der in die Lagerlöcher 1062 eingesetzt
wird und so den Kern 1058 drehbar an der Schale 1056 hält. Allerdings
verfügt
das Kolbenelement 1014 im Unterschied zu dem Pumpenelement aus 18 darüber hinaus über eine
Vielzahl von sich überlappenden
L-förmigen
Streifen 1060, die an der Schale 1056 befestigt
sind, und stützende,
L-förmige
Wellenfedern, die zwischen den Streifen angeordnet sind und zusammen
als eine Kolbendichtung genauso funktionieren wie Kolbenringe, die
einen Kolben in einen standardmäßigen Verbrennungsmotor
abdichten.
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Die
vorgenannte Beschreibung dient der Veranschaulichung der bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung. Für
Fachleute liegt auf der Hand, dass bestimmte Hinzufügungen,
Weglassungen oder Änderungen
an den beschriebenen Ausführungsformen
vorgenommen werden können,
ohne vom Schutzumfang der Patentansprüche abzuweichen.