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Regelbare und umschaltbare Flügelkolbenpumpe Die Erfindung betrifft
eine regelbare und umschaltbare Flügelkolbenpumpe mit umlaufendem Gehäuse und darin
außermittig gelagerten mitumtaufenden Läufern, die beide durch schwenkbare Lenker
verbunden sind.
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Es sind regelbare und umschaltbare Flügelkolbenpumpen mit feststehendem
oder mitlaufendem Gehäuse bekannt, bei denen zur Regelung des Flüssigkeitsstromes
der sichelförmige Arbeitsraum verändert wird. Die Veränderung wird hervorgebracht
durch Verschieben des Drehpunktes des Läufers zum Drehpunkt des Gehäuses, meist
in geradliniger Richtung. Es müssen hierbei das umlaufende Gehäuse und der mitumlaufende
Läufer unabhängig voneinander gelagert sein, wobei sich entweder die Lagerung des
Gehäu:ses oder des Läufers schlittenartig verschieben läßt. Bei dieser Bauweise
ergeben sich viele bewegte Dichtflächen.. Das Vorhandensein von vielen bewegten
Dichtflächen macht eine -solche Pumpe für hohe Drücke ungeeignet, weil der Schlupf
zu groß und somit der Wirkungsgrad der Pumpe herabgesetzt wird. Da solche Pumpen
oft unter erheblichen Temperaturschwankungen arbeiten,, werden auch die Pumpenbauteile
in ihren Abmessungen durch Ausdehnung oder 7.usammenziehen des "lat.erials unter
Wärmeeinwirkung verändert. Die Pumpenbauteile verändern infolge ihrer Anordnung
und ihres Materials unter dem Einfluß von Wärme ihre Abmessungen unigleichmäßig
und in verschiedenen Richtungen. Soweit keine Ausweichmöglichkeiten vorhanden sind,
entstehen Spannungen im Material oder elastische Formveränderungen. Sehr nachteilig
wirkt sich dieser Vorgang auf die Passungen an den bewegten Dichtflächen aus. Die
Passungen ändern sich mit jeder Temperaturveränderung. Um Betriebsstörungen durch
Festfressen an den beweglichen Dichtflächen von vornherein zu begegnen, müssen die
Pumpenbauteile mit einer gröberen oder weiteren
Passung zusammengebaut
werden. Großer Zwischenraum an den Dichtflächen hat besonclers bei Anwendung von
hohem Flüssigkeitsdruck ebenfalls großen Schlupfverlust und damit Verschlechterung
des Gesamtwirkungsgrades der Pumpe zur Folge.
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Weiterhin sind regelbare Flügelkolbenpumpen bekannt mit teilweise
umlaufendem Gehäuse und außermittig gelagertem mittunlaufendem Läufer, wobei die
Regelung des Flüssigkeitsstromes durch Schwenken des außermittig liegenden Drehpunktes
des mitumlaufenden Läufers geschieht. - Die die Arbeitsräume unischließenden Teile
laufen nur teilweise reit um. Entgegengesetzt dem Antriebsflansch läuft das umlaufende
Gehäuse mit einer Stirnfläche und der mit.umlaufende Läufer an einer feststehenden
Wand des Pumpen:l:örpeis an, die die Trennstege und die Flüssigkeitszu- und -ableitungen
enthält. Das Gehäuse, die Flügelkolben sowie der Läufer laufen mit voller Umfangsgeschwindigkeit
gegen die feststehend-Pumpenkörperwand an. Es entsteht dadurch ein nachteiliger
hoher Reibungswiderstand.
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Gehäuse und Läufer sind unabhängig voneinander nach entgegengesetzten
Richtrungen hin fliegend gelagert; die unter Druck gesetzte Flüssigkeit in den Arbeitsräumen
der Druckseite ist bestrebt, das Gehäuse gegen den Läufer mit sehr großer Kraft
in radialer Richtung wegzuschieben. Da das Gehäuse und der Läufer unabhängig voneinander
in entgegengesetzter Richtung in Lagerstellen fliegend gehalten sind, werden sich
die Lagerzapfen oder Wellen und somit das Gehäuse und der Läufer entsprechend dem
Spiel in den Lagerstellen schräg stellen. Bei nur geringer Schrägstellung liegen
aber die Dichtflächen des Gehäuses und des Läufers an der feststehenden Pumpenkörperwand
nicht mehr am ganzen >` mfang an. Die vorgesehenen Passungen an den Dichtflächen
sind nicht mehr vorhanden. Drucköl kann leicht entweichen. Durch Schlupf- und Lecl:verluste
und durch hohen Reibungswiderstand wird hier ebenfalls der Gesaintwirl:tings,gra.d
der Pumpe ungünstig beeinflußt.
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Unregelmäßige Förderleistungen, die durch Schlupfverluste entstehen,
sind auf vielen Antvendun.gsgebieten solcher Pumpen von großein Nachteil.
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Bei der Ausführung gemäß der Erfindung wird die Anzahl der bewegten
Dichtflächen auf ein Mindestmaß beschränkt, und es werden Passun-sverän.derungen
an den bewegten-Dichtflächen, die infolge Wärmeeinwirkung entstehen, ausgeschaltet
dadurch, daß das Gehä use und die Stirndeckel mit der Antriebswelle starr verbunden
und die zur Regelung und U mschaltung vorgesehene ruhende und außerinitti.g angeordnete
Laufbüchse auf dem inittig angeordneten Zapfen der Antriebswelle und der Läufer
auf dieser Laufbüchse gelagert sind. Die gemeinsame Lagerang von Gehäuse und Läufer
auf einer Welle verhindert, daß sich die a,useinanderstrebeiiden Kräfte, hervorgerufen
durch den Flüssigkeitsdruck, nachteilig auf Verlagerung der Pwinpenbauteile und
somit auf Passungsveränderung an den bewegten Dichtstellen auswirken können.
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Das Gehäuse und der Läufer sind in Richtung ihrer Achse gleich lang
bemessen und aus gleichem :Material mit gleichem Wärme-«usd-,linungsl:oeffi7-ienten
hergestellt. Dieeineinsaine Lagerung voll Gehäuse und Läufer auf einer Welle bestattet
ein ungehinderte: gleich,inäßiges Ausdehnen oder Zusammenziehen unter dem Einfluß
der Temperaturschwa;nkungen =des Gehäuses und des Läufers in axialer Richtung, senkrecht
zu den b°weglichen Dichtflächen des den Arbeitsraum abscliließen.d°n Läufers. Die
Passungen an den bewegten Dichtflächen bleiben daher unverändert.
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Ein Gleichbleiben der Passungen an der Flüssig l:eitsi'tbertragungsstelle
geinaß der Erfindung wird dadurch erreicht, daß die Flüssigkeitsübertragungsstelle,
an der die Flüssigkeit von den ruhenden Sammelräumen nach der umlaufenden Pumpe
und zurückgefördert wird, zwischen Trennstegen des rubea#len Teils kegelig au-sgefübrt
ist und dall der umlaufende Teil der Pumpe durch FlüssigIzeitsdruck z. B. mittels
Schubkolben gegen clie kegelige Fläche der Cbertragungsstelle angedrückt wird. Der
Kegelwinkel an der kegeligen Flüssigkeitsübertragungsstelle ist etwas größer gewählt,
als der entsprechende Reibungswinkel groß ist, so daß ein Festsitzen nicht eintreten
kann. Durchmesserveränderungen. an der Flüssigkeitsiibertragungssteile, die bei
Temperaturschwankungen eintreten, werden durch axiale Verlagerung des Kegels ausgeglichen.
Die Anordnung der umlaufenden "feile der Pumpe auf einer h°meinsamen Welle und die
Ausführung d.°r Lagerstelle im Pumpenkörper gestattet die notwendige axiale Beweglichkeit.
DiF Scliulr kolben, die den einlaufenden Teil der Pump an die kegelige Flüssiglzeitsiii)ertraguilgsstelle
andrucken, sind in ihrem Durchmesser so bemessen, d,aß die Schubkraft der auf sie
«-irkenden Druckflüssigkeit etwas größer ist als die Kraft, mit der der einlaufende
Teil der Pumpe von. der kegeligen Flüssigkeitsübertragungsatelle eb°nfalls durch
@it@ckflüssigk:it weggedrückt wird, so daß stet.. eine einwandfreie und dichte Anlahe
der Dichtflächen an der Flüssigkeitsübertragungs-#5telle gesichert ist.
Der
Erfindungsgegenstand und seine Arbeitsweise sind nachstehend an Hand des in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen veranschaulichen:
Abb. I einen Längsschnitt durch die Pumpe, Abb. II einen Querschnitt an der Stelle
A-B der Abb. I, Ab;b. III denselben Querschnitt wie Abb. II mit Nullstellung des
Läufers, Abb. IV einen Querschnitt an der Stelle C-D der Abb. I.
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Die Pumpe besteht ,aus -dem Pumpenkörper i, in dem sich, durch die
Antriebsw elle 2 angetrieben, das umlaufende Gehäuse 3 und der mitumlaufende Läufer
dreht. Entgegengesetzt der Antriebswelle schließt sich der mitumlaufende Stirndeckel
5 an, der die Flüssigkeitszu- und -ableitungen z. B. 7 und 8 der einzelnen Arbeitsräume
der Pumpe enthält. Die Antriebswelle 2, die mit ihrer Verlängerung, dem Zapfen 13,
in das Innere des umlaufenden Gehäuses hineinragt, der Stirndeckel 17, das Gehäuse
3 und der Stirndeckels sind miteinander starr verbunden. Indem ruhenden Pumpenkörperd.eckel
6 sind die Sammelräume 9 und io für die Flüssigkeit untergebracht. Von diesen Sammelräumen
führen die ruhenden Flüssigkeitszuun@d -ableitungen i i und 12 der Pumpe nach außen.
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Das Gehäuse 3 läuft mittig zur Antriebswellenmitte. Auf dem ebenfalls
mittag ]aufenden Zapfen 13 der Antriebswelle 2 ist eine ruhende außermittige Laufbüchse
14 gelagert, die nach außen mit der Steuerwelle 15 in Verbindung steht. Auf dieser
außermittigen Laufbüchse 14 ist der mitumlaufende Läufer q. gelagert. Zwischen den
Lagerstellen sind zur Verringerung des Reibungswi-derst.andes Lagernadeln 16 eingelegt.
Die Laufbüchse 1,4 kann von außen her durch die Steuerwelle 15 unabhängig von den
übrigen Bewegungen der Pumpe zum Zwecke der Steuerung verdreht werden.
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Der Läufer ist mit dem. G.ebäus.e durch an sich bekannte gelenkartig
eingelagerte starre Flügelkolben 18 verbunden. Zwischen den Flügelkolben und dem
Gehäuse und dem Läufer entstehen die sichelförmigen Arbeitsräume i9. Die Flügelkolben
18 haben beiderseitig walzenförmige Köpfe, die an, der einen Seite in dem Läufer
eingelagert sind und am anderen Ende von Gleitschuhen 2o umschlossen werden. Die
Gleitschuhe sind in entsprechenden Schlitzen 2i des Gehäuses geführt und machen
die durch die außermittige Lagerung des Läufers bedingte radiale Bewegung mit. Auf
diese Weise wird eine gute Abdichtung der einzelnen. Arbeitsräume gegenseitig gewährleistet.
Eine zum schnellen Verschleiß führende Kantenpressung an den Flügelkolben wird vermieden.
Die in den Schlitzen 21 befindliche Flüssigkeit kann durch die Kanäle 22 zufließen
oder entweichen. Der Läufer q. wird von dem Gehäuse 3 über die Flügelkolben 18 mit
angetrieben. Läufer und Gehäuse laufen mit gleicher Drehzahl uni. Der Reibungswiderstand
und Verschleiß wird infolge der ,geringen gegenseitigen Bewegungen an d en bewegten
Dichtflächen auf ein gcringes Maß herabgedrückt.
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Von jedem Arbeitsraum. .der Pumpe geht j e ein Kanal z. B. 7 oder
8 durch den Stirndeckel 5 nach den Sammelräumen 9 und i o. Die Trennstege 23 und
24 dichten den Saugraum gegen den Druckraum im Pumpenkörperdeckel6 ab. Die Flüssigkeitsübertragungsstelle
25 ist kegelig ausgeführt und auf einen möglichst kleinen Durchmesser beschränkt,
um den-Reibungswiderstand_ gering zu halten. Der größere Durchmesser des Kegels
ist nachdem Pumpeninnern gerichtet.
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Von den Flüssigkeitssainrrielräumen 9 und io aus, die abwechselnd
Saug- oder Druckraum sein können, je nachdem wie die Pumpe geschaltet ist, führt
je ein Kanal 26 und 27 nach den Schubkolben 28 und 29. In jeden Kanal ist
ein Rückschlagventil 30 und 31 eingebaut. Die Druckflüssigkeitsräume hinter
,den Schubkolben 32 und 33 sind durch einen Kanal 34. miteinander verbunden. Die
Rückschlagventile haben den Zweck, die Druckflüssigkeit wohl aus jedem jeweiligen
Druckraum der Sammelräume nach den Schubkolben zufließen zu lassen, jedoch ein Zurückfließen
nach dem jeweilig gegenüberliegenden Saugraum zu verhindern. Die Antriebswelle 2
ist in Rollenlagern 35 und 36 gelagert, die eine geringe axiale Verschiebung zulassen..
Die zwei gegenüberliegenden Schubkolben 28 und 29 schieben unter Einwirkung der
Drucl@flüssi:gkeit den gesamten urnlaüfenden Teil der Pumpe nach der kegelig ausgeführten
Flüssigkeitsübertragungsstelle zu und bringen dort die umlaufenden Dichtflächen
zur dauernden gleichmäßigen dichten Anlage.
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Die Regelung und Umschaltung !des Flüssigkeitsstromes der Pumpe wird
durch Verdrehen der außermittigen Laufbüchse 14 an der Steuerwelle 15 bewirkt. Ist
die Laufbüchse z. B. in die Stellung gebracht, wie sie in Abb. I I dargestellt ist,
und wird die Pumpe im Uhrzeigersinn angetrieben, dann wird von den Arbeitsräumen
der Pumpe Flüssigkeit aus dem Sainnielrau.m io angesaugt und in den Sammelraum 9
hineingedrückt. Eine Verdrehung der Laufbüchse i-. um i8o° würde einen. entgegengesetzten
Lauf der Flüssigkeit in der Pumpe zur Folge haben. Bei Mittelstellung der Laufbüchse,
wie in Abb. III dargestellt, fördert die Pumpe weder in der
einen
noch in der anderen Richtung, die wirkliche Förderleistung ist gleich Null. Der
Flüssigkeitsinhalt der einzelnen Arbeitsräume gleicht sich gegenseitig aus in der
Nullstellung.
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In dem Bereich der Stellung der Laufbüchse von der \ ullstellung bis
9o° nach links oder rechts wird die Förderleistung der Pumpe von Null bis zum Größtmaß
in der einen oder anderen Förderrichtung stufenlos geregelt.
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In umgelehrter Wirkungsweise ist die in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel
dargestellte und beschriebene Pumpe auch als hydraulischer Motor zu verwenden. Pumpe
und Motor ergeben zusammen ein stufenlos regelbares und umschaltbares hydraulisches
Getriebe.