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Schieberanordnung bei Kolbenflüssigkeitsgetrieben Die Erfindung betrifft
eine besondere Anordnung von Schiebern, welche für die Verteilung der Flüssigkeit
bei Kolbenflüssigkeitsgetrieben .dienen, die die Leistung teils mechanisch und teils
hydraulisch oder auch nur hydraulisch übertragen. Solche Kolbenflüssigkeitsgetriebe
bestehen im Prinzip aus einer Pumpe und einem' Motor, in welchen Zylinder entweder
radial oder axial zur Hauptgetriebeachse angeordnet sind, und bei welchen die Verstellung
des Hubes der in diesen Zylindern laufenden Kolben durch Taumelscheiben oder verstellbare
Exzenter oder denselben Zweck erreichende Mittel durchgeführt wird.' Es entsteht
nun im Betrieb durch die Wirkung der Pumpe und die analoge Wirkung des Motors ein
Flüssigkeitskreislauf, der von besonders ausgebildeten Schiebern verteilt oder gesteuert
werden muß. Eine Anordnung dieser Schieber besteht nun darin, daß sie hintereinander
liegend koaxial angeordnet sind, daß diese Schieber im Wesen eine glockenförmige
Form haben, mit ihren ringförmigen Stirnflächen in Anschlag gebracht werden können,
welche Stellung ihre normale Betriebslage ist, und in dieser Stellung zwei Räume
bilden, eine äußere Kammer und eine innere Kammer. Diese erwähnten Kammern stehen
durch Kanäle mit den Zylindern der Pumpe und des Motors in Verbindung. Jeder dieser
Schieber muß an seinem äußeren Ende mit einer Welle o. dgl. in einer solchen Weise
verbunden sein, daß er sich mit dieser Welle gleichzeitig drehen muß oder von dieser
Welle gleichzeitig festgehalten wird. Die um den äußeren Mantel der Schieber angeordnete
erwähnte äußere Kammer dient bei derartigen Getrieben gewöhnlich als Druokkammer,
die innerhalb der Schieber gebildete innere Kammer als Saugkammer, da sich .durch
diese Anordnung günstige Möglichkeiten ergeben, den Flüssigkeitsdruck
auch
für die Abdichtung der beiden Schieber gegeneinander und gegen das sie umgebende
Gehäuse zu verwenden. Eine unangenehme Folge dieser Anordnung ist aber das Entstehen
einer sehr starken Druckwirkung der Betriebsflüssigkeit auf die Schieber und damit
großer Flächenpressungen zwischen Schieber und Gehäuse, auch dann, wenn am Schieber
schon in bekannter Weise Entlastungsnuten angebracht worden sind. Die Schieber drehen
sich nun in dem sie umgebenden Gehäuse, das in diesem Sinne als Laufbuchse für die
Schieber bezeichnet werden kann, mit sehr variablen von Null bis zu einem hohen
Maximum sich ändernden Geschwindigkeiten. Besonders bei jener Art von Kolbenflüssigheitsgetrieben,
die den Zweck haben, die Leistung teils mechanisch und teils hydraulisch zu übertragen,
tritt oft der Fall ein, daß die relative Drehung zwischen Schiebern und rotierendem
Getriebsgehäuse verhältnismäßig sehr lange Zeit hindurch sehr gering ist, ja sich
sogar dem Nullwert nähert. Die Betriebsverhältnisse, unter welchen die Schieber
in dem ihre Laufbuchse bildenden Gehäuse rotieren, sind also dieselben wie bei hochbelasteten
Gleitlagern. Sie gestalten sich bei geteilter Leistungsübertragung noch besonders
schwierig durch die großen Drehzahlunterschiede, mit denen die Schieber laufen,
so daß hier ein besonderer Wert auf solche Maßnahmen zu legen ist, durch die die
spezifischen Flächendrücke verringert werden und eine Einstellung der Schieber nach
schmiertechnischen Gesichtspunkten möglich ist und durch die ferner ein ständiges
Glätten der Laufflächen erfolgt. Zu t' erfolgt. diesem Zweck sind bei hochbelasteten
Gleitlagern Maßnahmen getroffen worden, die die Einstellbarkeit der Lagerschalen
zur drehenden Welle betreffen, so z. B. kugelig gelagerte Lagerschalen oder aufgelöste
und um einzelne Punkte. kippbare Lagerschalenteile u. dgl. mehr. Eine derartige
Lösung dieses Problems einer einwandfreien Lagerung ist hinsichtlich der rotierenden
Schieber bei Kolbenflüssigkeitsgetrieben nicht möglich, weil das Gehäuse, das auch
als Laufbuchse dient, wegen der druckführenden Kanäle ein starres, unnachgiebiges
Gebilde sein muß.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik ist zur Lösung dieser Probleme
nur eine Mitnehmerklaue bekannt, die eine Verschiebung des Schiebers in einer Koordinatenebene
des Schiebers parallel zu einer Achse und im Winkel zur Achse der Welle in derselben
Ebene ermöglicht. Diese Verschiebbarkeit in einer Ebene ist für die Lösung des Problems
unzureichend.
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Es sind ferner auch schon Gelenke bekannt, deren Verwendung zu der
angestrebten U-sung beitragen würde, und das gleiche gilt von den Dichtungen für
die Antriebsstummel der Schieber. Es sollen deshalb die Merkmale des Anspruchs i
nur gemeinsam und die Gegenstände der Unteransprüche nur in Verbindung mit einer
Vorrichtung nach dein Hauptanspruch geschützt sein.
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Die Erfindung besteht in der gleichzeitigen Anwendung folgender im
einzelnen bekannter Vorrichtungen: je einer Kupplung zur zwangsläufigen Übertragung
der Drehbewegung von der Antriebswelle auf den zugehörigen Schieber, die aber sonst
jede andere gegenseitige Verschiebung oder Winkelneigung (in allen drei Koordinaten)
zwischen Antriebswelle und Schieber zuläßt, ferner je einer Dichtung für den Antriebsstummel
der Schieber, die der Einstellung der Schieber geben ihre Welle nicht hinderlich
ist, und einer Verspannungseinrichtung für die beiden axial angeordneten Schieber,
durch die die beiden Schieber (unter Federwirkung) mit ihren Stirnseiten gegeneinandergedrückt
werden. Die Verspannungsvorrichtung ist dabei so an den Schiebern angebracht, daß
nach außen hin keine Kräfte wirksam werden. Schieber und Verspannung werden damit
zu einem Aggregat vereinigt, das geringe Bewegungen in Achsenrichtung ausführen
kann. Eine derartige Axialbewegung eines rotierenden Schiebers bewirkt ein ständiges
Glätten der Laufflächen. Das ist aber schmiertechnisch wichtig, damit sich bei allen
Geschwindigkeiten trotz der hohen Belastung ein tragfähiger Schmierfilm bilden kann,
und außerdem wegen der dauernden Notwendigkeit, die Schieber gegen die Laufbuchse
abzudichten. Hierzu kommen jetzt die Wirkungen der Kupplungen und Dichtungen, so
daß sich die Schieber nach den statischen und dynamischen Flüssigkeitsdrücken frei
einstellen können, womit durch die Verbindung dieser genannten Vorrichtungen die
besten Voraussetzungen geschaffen sind, unter denen Gleitlager überhaupt laufen
können.
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Während der obenerwähnten hin und her gehenden Bewegungen der beiden
Schieber ist es notwendig, daß dieselben mit ihren Stirnflächen stets vollkommen
dichtend in Berührung bleiben. Der Flüssigkeitsdruck ist hierfür nicht immer ausreichend.
Aus diesem Grunde ergibt sich die Aufgabe, neben dein Flüssigkeitsdruck mechanische
Mittel vorzusehen, die die Schieber mit ihren Stirnflächen dauernd gegeneinander
so in Kontakt halten, daß die Schieber gemeinsam in der Richtung ihrer Längsachse
frei beweglich sind, wobei dieser Kontakt natürlich auch lösbar sein muß. Sobald
beide Schieber voneinander seitlich entfernt werden, entsteht zwischen der
äußeren
Druckkammer und der inneren Saugkammer eine freie Verbindung für den Durchstrom
der Flüssigkeit. _ In dieser Lage der Schieber sind derartige Kolbenflüssigkeitsgetrie!be
ausgeschaltet.
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Das Problem, die Lagerung der Schieber in ihrer Laufbuchse in jeder
Betriebslage vollkommen zu gestalten und somit die Schieben vor Verschleiß. zu bewahren,
muß ,auch die Vorgänge berücksichtigen, :die beim häufigen schnellen Aus- und Einschalten
auftreten, z. B. bei Kranbetrieb.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik erfolgt die Schaltbewegung .durch
mechanische Mittel, die stets denselben Schieber gegen den anderen Schieber in der
Richtung der Längsachse so lange verschieben, bis die beiden Schieber in Anschlag
kommen (Einkupplungsvorgang, beim Auskupplungsvorgang entgegengesetzte Bewegung).
Diese bekannte Anordnung nimmt auf die besonderen Reibungsverhältnisse keine Rücksicht.
Bei der seitlichen Bewegung besagten Schiebers treten allmählich zwischen den sich
nähernden Stirnflächen der Schieber Drosselwiderstände auf, so daß der Druck im
Getriebedruckraum allmählich ansteigt. Da nun zunächst noch das Gehäuse stillsteht
und auch der der Schaltbewegung dienende Schieber nur eine kleine Geschwindigkeit
in der Richtung der Längsachse besitzt, ist hierbei annähernd der Reibungskoeffizient
der Ruhe zwischen dem Schieber und seiner Laufbuchse bzw. Gehäuse maßgebend. Die
Verschiebung eines derartigen Elements erfordert also bei den beträchtlichen Flüssigkeitsdrücken
sehr ,große Kräfte und bedingt selbstverständlich auch einen gewissen Verschleiß
des Schiebers. Die nach dem bekannten Stand der Technik verwendete Art, die Schaltvorgänge
durch Bewegung stets desselben Schiebers gegenüber dem anderen vorzunehmen, löst
das Problem der .einwandfreien Lagerung der Schieber in der Laufbuchse nicht, bedingt
:einen vorzeitigen Verschleiß des der Schaltbewegung dienenden Schiebers und erfordert
des weiteren für die Schaltbewegung dieses Schiebers eine sehr bedeutende Kraft.
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Bei der erfindungsgemäßenVerbindung und Anwendung der erwähnten Elemente
wird sich -dagegen beim Auseinanderziehen oder Einandernähern der beiden Schieber
immer der Schieber in Bewegung .setzen, der bereits eine Drehung im Verhältnis zu
seiner Lauf-Buchse hat, der also mit der geringeren Reibung . läuft. Um dies zu
erreichen, braucht man nur die die beiden Schieber verspannende auslösbare Vorrichtung
in einer Führung zu lagern, die so .ausgebildet ist, daß sich diese Vorrichtung
axial mit den -Schiebern zusammen bewegen kann, und an welcher die Kraft für dieBetätigung,dieserVerspannungsvorrichtung
senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung angreift.
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Wenn es die konstruktiven Verhältnisse erfordern, daß ein Schieber
mit seiner Antriebswelle fest verbunden werden muß, so daß die obenerwähnte Kupplung
erst am Ende .dieser Welle angebracht werden kann, so üben die Gewichte von Welle
und Kupplung Kippmomente auf den Schieber aus, die dessen freier Einstellung hinderlich
sind. Es entsteht in diesem Falle die Aufgabe, die Gewichtswirkungen und Massenstöße,
welche auf die Spindel wirken, auszugleichen, so daß sich diese nicht auf den Schieber
fortsetzen und dessen Lagerung .in seiner Laufbuchse nicht nachteilig beeinflussen,
wobei in diesem Zusammenhange'bemerkt sei, daß die einwandfreie Lagerung der Schieber
als Grundproblem der Erfindung bezeichnet wurde.
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Die Anordnung wird hier zweckmäßig so getroffen,- daß die Kippmomente
durch ein Hebelsystem mittels Gegengewicht ausgeglichen werden, was sich leicht
sowohl für die horizontalen als auch vertikalen Komponenten der Kippmomente durchführen
läßt.
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Im folgenden werden verschiedene Ausführungen der Erfindung an den
Abb. i bis Io beschrieben. Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch das Getriebe.
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Abb. z zeigt einen Längsschnitt durch eine Kupplung.
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Abb.3 zeigt den Querschnitt nach Linie III-III der Abb. a.
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Abb. q. zeigt .einen Längsschnitt einer anderen Kupplung.
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Abb. 5 zeigt den Querschnitt nach Linie V-V der Abb. 4..
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Abb. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine dritte Form der Kupplung.
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Abb.7 zeigt den Querschnitt nach Linie VII-VII der Abb. 6.
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Abb.8 zeigt eine Schieberabdichtung im selben Schnitt wie Abb. i.
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Abb.9 zeigt eine weitere Schieberabdichtung im selben. Schnitt wie
Abb. i.
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Abb. io zeigt :einen Schnitt X-X der Alb. i. In Abb. i bezeichnet
i die Pumpenwelle, um welche herum das Punipenzylindergehäuse mit den darin angeordneten
Kolben und den dazugehörigen Bewegungsmechanismen angeordnet ist. Diese Pumpenwelle
ist mittels der Kupplung :2 mit dem Pumpenschieber 3 verbunden, der in dem die Laufbuchse
q. enthaltenden Gehäuse 5 sich dreht. Eine Ausführungsform der das Gelenk bildenden
Kupplung z ist im Längsschnitt in Abb. a und im Querschnitt in Abb. 3 dargestellt.
Sie besteht aus einem Rings, in dem Nuten 6, 7, 8, 9 eingefräst
sind.
In diese Nuten 6, 7, 8, 9 greife, die Klauen Io, i i des Schiebers 3. Ferner sind
noch in die Kupplung 2 die Nuten 8, 9 eingefräst, welche .in die Klanen 12, 13 der
Welle i .eingreifen. Die Klauen Io, 11, 12, 13 sind in die Nuten 6, 7, 8, 9 Lies
Ringes 2 entsprechend beweglich eingepaßt. Durch diese Konstruktion der Klaue 2
ist es also dem Pumpenschieber 3 möglich, sich in seiner Laufbuchse 4 nach den auf-
ihn wirkenden dynamischen und statischen Flüssigkeitsdrücken einzustellen. Eine
andere Ausführung der ein Gelenk bildenden Kupplung ist aus Abb. 4 und 5 ersichtlich.
Diese Kupplung 14 besteht aus einem Ring 14, in dem die Nuten 15, 16 auf der einen
Seite und die Nuten 17, 18 auf der anderen Seite senkrecht hierzu angeordnet sind.
In diese Nuten 15, i6 greifen Klauen i9, 2o des Schiebers 3 und Klauen 21, 22 der
antreibenden Welle i entsprechend beweglich ein.
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In Abb. 6 und 7 ist noch eine dritte Form dieser Kupplung 23 dargestellt.
Hier sind .die Nuten 24,25 jene, in welche der Schieber 3 eingreift, und die Nuten
26, 27 jene, in welche die Welle i eingreift.
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Die als Kupplung wirkende Verbindung, die nach jeder Richtung frei
beweglich ist, kann auch unter Zuhilfenahme einer flexiblen Welle geschehen.
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Ring -28 in Abb. i ist die besondere Dichtung zwischen dem Schieberdruckraum
29 und dem Außenraum 3o. Dieser Ring 28, dichtend aufgeschliffen auf den mit denn
Schieber 3 verbundenen Wellenstumpf 31, hat einen Bund 32, mit `dem er sich gegen
einen Bund 33 des Gehäuses 34 anlegt. Im übrigen hat dieser Ring 28 sowohl bei 35
als auch bei 36 Spiel gegen das Gehäuse 34 und .die Schieberlaufbuchse 4., so daß
sich der Schieber 3 zusammen mit diesem Ring 28 gemäß den auf ihn wirkenden Flüssigkeitsdrücken
in seiner Laufbuchse 4 in jeder Richtung einstellen kann. Diese Dichtung könnte
auch nach Abb. 8 so ausgeführt sein, daß der Bund 32 von der Buchse -28 losgelöst
wird und daß die Buchse a8 dort, wo sie gegen diesen losgelösten Bund dichten soll,
eine Kugelfläche 28a erhält. Durch diese Maßnahme ist die Buchse 28 auch noch im
Winkel einstellbar zur Schieberlaufbuchse 4. Die Buchse 28 nach den verschiedenen
Ausführungen wird zweckmäßig durch eitlen besonderen Ring 37 so gegen das Gehäuse
3 4 gehalten, daß sich der mit ihr fest verbundene oder von ihr abgelöste Bund 32
nur wenig von dem vorstehenden Bund 33 des Gehäuses 34 entfernen kann, so daß bei
eintretendem Druck im Raum 29 die seitliche abdichtende Wirkung schnell hergestellt
ist, indem diese Teile bis zur gegenseitigen dichtenden Anlage durch diesen Druck
seitlich ver schoben werden.
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Nach Ab b. 9 kann auch eine die ent sprechende Einstellung im Winkel
zulassend Weichpackung, z. B. Manschette28a, zwischen Schieber 3 und Dichtungsring
32 eingebau werden.
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Eine Ausführungsform der als Kupplung wirkenden Verbindung, welche
zwischen eine mit einem Schieber 38 starr verbundener Spindel 39 o. dgl. und den
die Drehung des Schiebers 38 bestimmenden Teilen eingebaut ist, zeigt Abb. i.
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In dieserAbb. i sind dargestellt der Motorschieber 38, .der mit der
Spindel 39 fest verbunden ist. Diese Spindel 39 ist mit freiem Spiel 4o .durch
die Motorwelle 41 hindurchgeführt und ist an ihrem äußeren Ende mit der Kupplung
42 verbunden, die auch aus Abb. Io ersichtlich ist. In diese Kupplung .2 greift
beweglich ein Stück 43 ein, das fest mit der Schieberspindel 39 verbunden ist, so
daß durch die Kupplung 42 die Drehung der Schieberspindel 39 verhindert wird, indem
die Kupplung 42 mit den beiden Armen -14,45 durch Führungen 46, 47 gehalten ist.
Es ist aus der Abb. io ersichtlich, daß sich die Kupplung .1.2 horizontal und das
Stück 43 in der Kupplung vertikal bewegen kann, so daß sich die Schieberspindel
39 und daher der mit ihr starr verbundene Motorschieber 38 in jeder Richtung nach
dem Flüssigkeitsdruck in der Laufbuchse 4 frei einstellen kann. Die Drehung der
Kupplung 42 wird dadurch verhindert, daß die Führungen 46, 47 durch Schrauben 48,
49, 50, 51 fest mit dem Kasten 52 verbunden sind. Teil 43, der am äußeren Ende der
Motorspindel 39 starr mit ihr verbunden ist und die Drehung der Motorspindel 39
verhindert, kann zweckmäßig zugleich als Windkessel 53 ausgebildet werden, um die
Stöße, die durch die periodische Veränderlichkeit der Förderinenge der Kurbeltriebe
in Pumpe und Motor verursacht werden, auszugleichen. Der Raum dieses Windkessels
53 ist nun mittels Bohrung 54 in der Spindel 39 mit dem Getriebedruckraum -29 verbunden.
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Der Vorteil dieser im vorigen Absatz dargestellten Ausführungsart
.der Erfindung besteht darin, daß sämtliche Teile zwischen dem Getriebedruckraum
29 und dem Windkessel 53, die Drucköl führen, miteinander starr verbunden sind,
so daß keinerlei bewegliche Dichtungen anzuordnen sind. Dies ist insofern wichtig,
als die Leitung für das Drucköl aus dem Getriebedruckraum 29 zum Windkessel 53,
nämlich die hohlgebohrte Schieberspindel 39, eine verhältnismäßig große lichte Weite
benötigt, damit sich besagte Stöße unter möglichst geringem Widerstand aus
dem
Getrieberaum 29 bis zum Windkessel 53 fortpflanzen können.
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Zum Ausgleich der auf die Spindel wirken-.den Gewichte und Stöße wird
zweckmäßig eine Konstruktion nach Abb. Io vorgesehen. Diese besteht aus dem Gegengewicht
55, das auf dem Hebel 56 befestigt ist, welcher im Punkt 57 mit Hebel 58
drehbar verbunden ist, und der mit einer Nase 59 entsprechend der Wirkung des Gewichtes
55 auf die mit der Schieberspindel 39 verbundenen Teile drückt und damit deren Gewicht
ausgleicht. Es ist selbstverständlich, daß .das Gegengewicht 55 auch Beschleunigungskräfte
ausgleicht, welche auf die mit der Schieberspindel 39 verbundenen Teile in senkrechter
Richtung wirken. Damit nun aber auch Beschleunigungskräfte, die in horizontaler
Richtung auf die Motorschieberspindel 39 einwirken, ausgeglichen werden, ist der
Hebel 58 im Punkt 6o mit der Kupplung 42 gelenkig verbunden, und eine Stange 61
greift in Punkt 62 dieses Hebels 58 an und ist gelenkig bei Punkt 63 im Kasten 52
gelagert. Auf die Motorschieberspindel 39 wirkende horizontale Stöße werden durch
dieses Hebelsystem nun in folgender Weise ausgeglichen. Ein solcher Stoß überträgt
sieh auf das Gelenk 6o, auf den Hebel 58, der von der anderen Seite durch das Gegengewicht
55 einen entgegengesetzten Stoß erhält, die sich beide durch Gelenk 62 und Gelenk
63 auf den Kasten 52 übertragen.
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Die Konstruktion sämtlicher vorbeschriebener Kupplungen ermöglicht
ein freies Spiel der Schieber in allen Richtungen, gewährleistet aber ihre genaue
Drehung für die Steuerung des Flüssigkeitslaufes, Abb. i zeigt auch die Ausführung
einer gegenseitigen Verspannung der beiden Schieber 3, 38. Sie besteht aus der Stange
64, welche durch das Lager 65 mit dem Pumpenschieber 3 derart verbunden ist, daß
von der Stange 64 ausgeübte Längskräfte durch das Lager 65 auf den Pumpenschieber
3 übertragen werden können. Andererseits ist, wie erwähnt, der Motorschieber 38
fest mit der Schieberspindel 39 verbunden. Die gegenseitige Verspannung der Schieber
3, 38 geschieht beispielsweise dadurch, daß mit dem äußeren Ende der Schieberspindel
39 eine Gewindemutter 66 und daß mit denn äußeren Ende der Zugstange 64 ein in die
Mutter passendes Gewindestück 67 verbunden ist. Die Verspannung .der beiden Schieber
3, 38 geschieht nun durch gegenseitige Verdrehung der Mutter 66 gegen das Gewindestück
67 derart, daß beispielsweise dasGewindestück67 durch Klauen 68 festgehalten wird
und die Mutter 66 mittels Hebel 69 gedreht wird.
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Wie aus der Abb. T zu ersehen :ist, ist die Mutter 66 in der Führung
70 in Achsenrichtung verschiebbar gelagert. Ferner ist aus der Abb. i noch zu ersehen,
daß die Übertragung der Schaltkräfte von der Gewindemutter 66 bzw. Gewindestück
67 auf die Spindeln 39, 64 durch Mitnehmerteile 71, 72, die eine ringförmige Form
haben, geschieht, wobei diese Teile radiales Spiel gegen die Spindeln aufweisen.
Diese Vorrichtung bewirkt, daß sich die Schieberspindel 39 senkrecht zu ihrer Längsachse
bewegen kann, womit gleichzeitig die im Hauptproblem angegebene und geforderte Einstellbarkeit
des Schiebers 38 in seiner Laufbuchse 4 gesichert bleibt.