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Flüssigkeitsgetriebe Es sind zwei Hauptarten von Flüssigkeitsgetrie-1>en
bekannt, und zwar die Trommelgetriebe, bei denen die im Kreise angeordneten parallelen
Kolben sich auf Taumel- oder Schiefscheiben abstützen, und die Sterngetriebe, bei
denen die Kolben senkrecht zur Drehachse angeordnet sind und sich gegen eine exzentrisch
angeordnete Führung abstützen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein als Pumpe oder Motor verwendbares
Flüssigkeitsgetriebe der Trommelbauart, das die Nachteile der beiden Ilauptarten
vermeidet und' -deren Vorzüge zu-:ammenfaßt. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß das Kopfende der im Kreise angeordneten parallelen Kolben auf einer Kegelscheibe
abrollt, deren _\chse parallel zu der Achse des Kolbenkreises und im Abstand von
ihr liegt. Diese Bauart ermöglicht die Anordnung einer planparallelen Steuerfläche.
Zur Ermöglichung einer Regelung kann die Kegelscheibe parallel zur Achse der die
Kolben aufnehmenden Trommel in der Weise verschoben werden, daß in der Nullstellung
die Achse der Kegelscheibe mit der Trommelachse zusammenfällt. Beim Verschieben
darüber hinaus wird die entgegengesetzte Exzenterlage erreicht. Das wirkt sich beim
Betreiben als Pumpe dahin aus, daß sich die Fördermenge von einem Höchstwert in
der einen Förderrichtung über Null auf einen Höchstwert in der .anderen Förderrichtung
ändert. Fördert die Pumpe zu einem Flüssigkeitsmotor gleicher oder ähnlicher Bauart,
so wirkt sich die Verstellung in einem Drehsinnwecnsel und, bei einer Förderung
z. B. zu dem Zylinder einer hydraulischen Presse in der Änderung der Bewegungsrichtung
des Preßkolbens aus. Die trfindung gestattet, Pumpe und Motor in einfachster Weise
hintereinander
zu ein cm Getriebe zusammenzubauen und durch Veränderung der exzentrischen Lage
der Kegelscheibe oder der Kegelscheiben die Geschwindigkeiten zu ändern oder die
Drehrichtung umzukehren.
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Weitere bemerkenswerte Einzelheiten ergeben sich aus den Zeichnungen,
die ein als Flüssigkeitsmotor verwendbares einfaches Flüssigkeitsgetriebe und eine
mit einem Flüssigkeitsmotor zusammengebaute Flüssigkeitspumpe als Getriebeeinheit
als Beispiele zeigt.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. i den waagerechten Längsschnitt, in Fig.
2 den senkrechten Längsschnitt durch eine Flüssigkeitspumpe, in.
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Fig. 3 ein aus Flüssigkeitspumpe und -Motor bestehendes Getriebe im
waagerechten Längsschnitt, in Fig.4 eine Seitenansicht bei abgenommener Seitenwand,
in Fig. 5 einen Schnitt nach A-B der Fig. 3, in Fig. 6 die Ansicht auf den Steuerflächenträger,
in Fig.7 einen Querschnitt durch den Steuerflächenträger, in Fig. 8 die Ansicht
auf die Lagerfläche des die Kegelscheibe tragenden Lagerkörpers, in Fig. 9 eine
Umsteuervorrichtung, in Fig. io einen Schnitt nach C-D der Fig. 4, in Fig. i i einen
Längsschnitt durch einen aus zwei Teilen bestehenden Trommelkörper, in Fig. 12 eine
andere Ausbildung eines zweiteiligen Trommelkörpers.
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Gemäß Fig. i und 2 ist der Trommelkörper a, der die Bohrungen für
die auf einem Kreis angeordneten parallelen Kolben b aufweist, mit der Getriebewelle
c fest verbunden. Die Kolbenköpfe stützen sich gegen die als Hohlscheibe ausgebildete
Kegelscheibe d ab, deren Achse I-I parallel und im Abstand zu der Getriebeachse
II-II der Getriebewelle c liegt. Die Kegelscheibe d ist somit exzentrisch zum Kolbenkreis
angeordnet. Das Kugellager e ist im Gehäusedeckel f, der mit dem Gehäuse g des Getriebes
verschraubt ist, gelagert. Die planebene Seite des Trommelkörpers a enthält die
Bohrungen für die Zu- bzw. Ableitung der Betriebsflüssigkeit zu den Zylindern der
Kolben b. Sie gleitet auf der Gegenfläche des Gehäuses g, die als Steuerfläche für
die Zu- bzw. Abfuhr der Betriebsflüssigkeit ausgebildet ist. Die Betriebsflüssigkeit
wird bei h zu- und bei i abgeleitet. Die planebenen Steuerflächen
unterscheiden sich in ihrer Wirkungsweise im vorliegenden. Falle nicht von denen
anderer Flüssigkeitsgetriebe der Trommelbauart mit planebener Steuerfläche.
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Die Abb.3 bis io zeigen den Zusammenbau einer regelbaren Flüssigkeitspumpe
mit einem nicht regelbaren Flüssigkeitsmotor zu einem Getriebe. Je nach dem Verwendungszweck,
ob die linke Seite als Pumpe und die rechte Seite als Motor oder umgekehrt wirken
soll (im letzteren Falle ist der Motor regelbar und nicht die Pumpe), ist dieWelle
i mit dem Antriebsmotor oder der anzutreibenden Maschine gekuppelt. Sie ist in dem
Gehäusedeckel 2, dem inneren Deckel 42 und .dem Steuerflächenträger_3 unter Vermittlung
der Wälzlager 4, 5 und 6 gelagert. Mit ihr fest verbunden ist der eine Teil 7 des
Trommelkörpers und das Zahnrad; 8 für den Antrieb der Füllpumpe. In dem Trommelkörperteil
7 sind die Kolben 9 mit zylindrischen Bohrungen drehbar und axial verschiebbar gelagert.
Ihre Schmierung erfolgt für die geradlinige Bewegung durch die Ringnut io und für
die Drehbewegung durch :die über den Umfang verteilten Längsnuten i i. Der Trommelkörperteil
7 nimmt alle auf den Kolben 9 wirkenden Kräfte auf, so daß der in die Zylinderbohrung
des Trommelkörperteiles 18 hineinragende Kolbenteil lediglich die Reibung zwischen
18 und dem Steuerflächenträger 3 aufnehmen muß, die sehr gering ist. Das Zahnrad
8 treibt über das Zahnrad, 12 die Zahnradpumpenräder 13 und 14, die als Füllpumpe
dienen, an, wie aus Fig. io näher zu ersehen ist. Die Kolben weisen ballige bzw.
kugelige Köpfe auf, mit denen sie auf die Kegelscheibe 1 5 drücken und mit dieser
zusammen abrollen. Die Kegelscheibe 15 ist lediglich in einem Wälzlager 16 gelagert
und läuft axial mit ihrer Planfläche auf einer mittels Öldruck entlasteten Gleitfläche
des Lagerkörpers 17, der die Axialdrücke der Kegelscheibe 15 aufnimmt. Das andere
Ende der Kolben 9 führt in die Zylinderbohrungen des Trommelkörperteiles 18 und
nimmt diesen mit. Der Trommelkörperteil 18 ist auf der Welle i gelagert und wird
voln Flüssigkeitsdruck gegen die planebene Steuerfläche i9 des Steuerflächenträgers
3 gedrückt. Damit erfolgt die Abdichtung :der Steuerfläche durch die Kolbenkräfte
selbst. Die Steuerfläche des Steuerflächenträgers 3 ist in Fig. 6 besonders dargestellt.
Durch die Bohrungen 2o der einzelnen Zylinder wird die Betriebsflüssigkeit zu den
Zylindern zu- oder von ihnen abgeführt und durch die Schlitze 21 des Steuerkörpers
3 gesteuert. Die Schlitze 21 sind durch Stege 53 in der Weise voneinander getrennt,
daß im Steuerflächenträger eine Hochdruckkammer 23 und eine Niederdruckkammer 22
entstehen. Der besseren Verdeutlichung halber sind in Fig. 3 die Kammern 22 und
23 des Steuerflächenträgers 3 und die Lage der Zahnradpumpe mit ihrem Antrieb um
9o° in die Zeichenebene gedreht gezeichnet. Der Lagerkörper 17 auf der Kegelscheibe
15 ist durch gleich lange Gelenkstangen 24 an den Steuerflächenträger 3 aasgelenkt,
um den Kolbenhub verändern zu können. Die Kolbenkräfte in den Gelenkstangen werden
auf diese Weise durch Zugspannungen aufgenommen. Die Gelenkstangen 24 sind in den
Bolzen 25 des Steuerflächenträgers 3 und den Bolzen 26 des Lagerkörpers 17 gelagert,
der seinerseits zwischen den geraden Führungen 27 des Gehäuses 28 (Fig. 4 und 5)
geführt ist. Durch die Verstellung des Lagerkörpers wird die Kegelscheibe 15 in
ihrer Exzentrizität zur Welle i verändert und damit der Kolbenhub bestimmt. Um den
Lagerkörper verstellen zu können, weist er einen T-Schlitz 29 auf, in dessen Schultern
der entsprechend geformte Kopf der Verstellschraube 30 seitenbeweglich geführt
ist.
Die Mutter 31 ist in (lern mit dem Gehäuse 28 fest verbundenen
Deckel .1i dreh-, aber nicht verschiebbar gelagert und kann durch <las Verstellhandrad
32 betätigt werden.
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Der in den Kammern 22 und 23 auftretende Flüssigkeitsdruck wird durch
die Bohrungen 3.1 des Ste11erflächenträgers 3. 33 der Gelenkbolzeti25. 35 der Gelenkstangen
24, 36 der Bolzen 26 und Bohrung 37 des Lagerkörpers 17 zu den Entlastungskammern
des Lagerkörpers 17 (Fig. 8) geleitet. Die Entlastungskammern 38 und 38' sind durch
je eine 12ingnut 39 miteinander verbunden. Die Größe der Entlastungskammern 38 und'
38' wird den Kolbenkräften, die auf die Kegelscheibe 15 wirken, entsprechend bemessen.
Die Entlastungskammern 38 und 38' sind untereinander durch \ uten 39 verbunden.
Zwischen den auf der einen Seite und den auf der anderen, Seite liegenden Entlastungskammern
besteht jedoch keine Verbindung, was zur Folge hat, daß je nach der Drehrichtung
jeweils nur die Entlastungskammern mit Oberdruck gespeist werden, die dem Flächenteil,
zu dessen Entlastung und Schmierung sie dienen, zugehören, der den stärksten Reaktionsdruck
aus den Kolbenkräften aufzunehmen hat. Der Trommelkörper ist unterteilt und besteht
aus dem die Zylinder für die Kolben 9 aufnehmenden Teil 18, der mit einem Zentriereitisatz
4o über den anderen Trommelteil 7 greift. Zwischen den Teilen 7 und 18 ist ein Spalt
vorgesehen, von dem das Lecköl der Kolben aufgenommen wird, das von da in das Nutensystem
io und i i des Trommelteiles ? gelangt.
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Die Zahnradpumpe mit ihren Förderrädern 13 und 14 (Fig.3 und io) ist
im Gehäusedeckel 2 untergebracht. Der als Pumpendeckel dienende innere Deckel 42
ist mit einer Zentrierung in den Deckel 2 eingelassen und mit ihm verschraubt. Die
von der Zahnradpumpe über die Bohrung 43 angesaugte Flüssigkeit wird über die Kanäle
44 des Gehäusedeckels 2, eine Steuerkammer und Kanal 22" des Gehäuses 28 und des
Steuerflächenträgers 3 der Niederdruckkammer 22 des Steuerflächenträgers 3 (Fig.
7) zugeleitet. Wird die Welle i angetrieben, s0 nimmt sie den Trommelkörperteil
7 und damit den Trommelkörperteil 18 mit. Gleichzeitig Eördert die Zahnradpumpe
13, 14 Flüssigkeit in die iederdruckkammer 22, den zu ihr gehörigen Steuerschlitz
21 und die 13ohrungeti 20 turd damit in die auf Ansaugen stehenden Zylinder des
Trommelkörperteiles 18. Die Kolben 9 werden durch den Druck der von der Zahnradpumpe
geförderten 13etriebsfliissigkeit an die Kegelscheibe 15 gedrückt und nehmen dabei
so viel Flüssigkeit auf, wie es die Stellung der Kegelscheibe 15 zuläßt. Durch die
Drehung der Trommelkörperteile 7 und 18 wird die Flüssigkeit über die Bohrungen
2o und den anderen Steuerschlitz 21 der gleichen Steuerfläche i9 in -die Hochdruckkammer
23 gepreßt, an die ein gleichartig ausgebildeter Flüssigkeitsmotor angeschlossen
ist. Bei einer Einstellung des Lagerkörpers 17 mit ihrer Kegelscheibe 15 in der
Weise, daß die Achse der Kegelscheibe mit der Achse der Welle i zusammenfällt, findet
keine ' Kolbenbewegung und damit auch keine Förderung statt. Die Pumpe läuft also
leer. Die Kolbenbewegung wird um so größer, je weiter die Kegelscheibe 15 aus der
Wellenmitte bewegt wird. Die Förderrichtung ist damit von der Verstellseite abhängig.
Die dem :Motorteil des Getriebes zugewandte Steuerfläche i9 des Steuerflächenträgers
3 ist in der gleichen «'eise ausgestaltet, wie die dem Pumpenteil zugewandte Seite,
auch sie weist die beiden Steuerschlitze 21 auf, von denen jeder mit der zugehöriger
Kammer 22 bzw, 23 verbunden ist. Der in den Fig. 3 und .4 dargestellte Flüssigkeitsmotor
ist im wesentlichen aus den gleichen Teilen zusammengesetzt, wie die vorstehend
beschriebene Pumpe. Die zugehörige Kegelscheibe 15 jedoch ist mit fester Exzentrizität
gelagert, und zwar in dem mit dem Gehäuse 28 fest verbundenen Gehäusedeckel 47 und
damit auch auf die gleiche Weise, wie die Kegelscheibe der Pumpe.
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Die Entlastungsdruckflüssigkeit wird durch die Kanäle 49, 50, 51 und
52 den, Entlastungskammern der Kegelscheibenaxiallagerung zugeführt. Wird durch
Verstellung des Lagerteiles 17 und damit der Kegelscheibe 15 auf der Pumpenseite
die Förderrichtutig und damit die Bewegungsrichtung des Motorteiles umgekehrt, so
wird diie Kammer 23 zur Saugseite und diie Kammer 22 zur Druckseite. Da jedoch die
Zahnradpumpe immer in der gleichen Richtung fördert, ist in den Weg der Förderleitung
zur jeweiligen Saugseite eine Umsteuervorrichtung nach Fig.9 eingeschaltet. Die
Umsteuervorrichtung besteht aus einer zylindrischen Steuerkammer, in der der Kolbenschieber
k mit seinen verdickten Enden l und m in Achserrichtung verschiebbar gelagert
ist. Die verdickten Teile sind bis zu einer gewissen Länge mit Nuten versehen, durch
die die Förderflüssigkeit h-indurchtreten kann. In der gezeichneten Stellung fördert
die Zahnradpumpe in Pfeilrichtung über den Kanal 22a in die Saugkammer 22. Der zur
Druckkammer 23 führende Kanal 23a ist während dieser Zeit durch den Kolbenschieberteil
l abgesperrt, er wird durch den in der Druckkammer 23 herrschenden Druck in der
gezeichneten Lage gehalten.
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Wird die Förderrichtung der Pumpenseite geändert, so fördert die Zahnradpumpe
trotzdem iin der alten Förderrichtung, da die Antriebswelle i ihren Drehsinn nicht
ändert. Im Zeitpunkt der Förderrichtungsumsteuerumg sinkt der Druck in der Kammer
23 unter den Zahnradpumpendruck, während sich in der Kammer 22 ein Überdruck aufbaut.
Das hat zur Folge, daß der Kolbenschieber durch den Zahnrad,#umpendruck nach links
bewegt und durch dien wachsenden Druck der Kaminer 22 in der Linkslage festgehalten
wird. Die Zahnradpumpe fördert jetzt in die als Saugkammer wirkende Kammer 23 über
den Kanal 23a. Die Umsteuervorrichtung der Fig: 9 ist an passender Stelle im Gehäuse
angebracht.
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Die von der Pumpenseite geförderte Flüssigkeit verdrängt die Kolben
in den Zylindern der Motorseite, wodurch eine Drehung erzeugt wird, die von
der
Welle 5.1 auf eine mit ihr gekuppelte Arbeitsmaschine weitergeleitet wird. Aus den
Zylindern der Motorseite gelangt die Betriebsflüssigkeit wieder zur Kammer 22 zurück,
so daß die Zahnradpumpe 13, 14 lediglich die Leckverluste auszugleichen hat.
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Im vorliegenden Beispiel ist die Pumpe mit dein Motor zu einem einheitlichen
Getriebe verbunden. Der Flüssigkeitsmotor braucht jedoch nicht finit der Pumpe verbunden
zu :ein, sondern kann auch durch eine entsprechende Rohrleitung mit den Kammern
22 und 23 im Steuerflächenträger verbunden sein. je nach Belieben können auch mehrere
Motoren an einer Pumpe angeschlossen sein ur.d andererseits mehrere Pumpen zu einem
Motor fördern.
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In den Beispielen ist die Kegelscheibe d bzw. i 5 als Hohlkegel dargestellt;
sie kann aber auch. ohne am Wesün der Erfindung etwas zu änd:i-n, als Vollkegelstumpf
ausgebildet sein. In diesem Falle stützt sich d'ie Kolbenpumpe auf dein Kegelniatitel
ab. Es besteht auch keine Schwierigkeit, die Kolben auf zwei konzentrisch zueinander
angeordneten Kolbenkreisen vorzusehen und die Kolben des inneren Kolbenkreises mit
einem Hohlkegel und die des äußeren mit einem Vollkegel zusammen arbeiten zu lassen,
wobei Hohlkegel und Vollkegel ringförmig auf der Kegelscheibe angeordnet sind. Hierdurch
kann die Leistung bei gleicher Baulänge entsprechend vervielfacht werden. In den
meisten Fällen der Praxis kommt man jedoch mit einfachem Kolbenkreis, gegebenenfalls
bei vergrößertem Kolbendurchmesser, aus.
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Um bei Stillstand eine Anpreßkraft des Trommelkörperteiles 18 an die
Schieberfläche i9 zu erhalten, können beispielsweise Maßnahmen nach Fig. i i oder
12 getroffen werden.
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Gemäß Fig. i i ist zwischen Trommelkörperteil 7' und Trommelkörperteil
t8 eine Druckfeder 48 geschaltet. Die Federspannung wird dabei einerseits von der
planebenen Steuer- bzw. Schieberfläche i9 und andererseits über den Trommelkörperteil
7' und die \\'elle i vom nicht dargestellten Lager 4 (Fig. 3) aufgenommen.
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Sieht man gemäß Fig. 12 bei einer Pumpe hinter verstärkten Kolbenköpfen
49 der Kolben 9' Federn 5o vor, die sich einerseits gegen den Koll}enverstärkungsrand,
andererseits gegen den Trommelkörperteil 18 abstützen, so werden die Kolben dauernd
an die Kegelscheibe 15 gedrückt, wodurch die Kolbenbewegung zwangläufig erfolgt
und die Pumpe selbstansaugend wird. Bei dieser Ausführung kann eine Füllpumpe fortfallen.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich, berühren die kegelig ausgebildeten Kolbenkörper
die Kegelscheibe je nach deren Einstellung auf verschiedenen Radien. Der Kegelscheibe
wird i dadurch eine mittlere Geschwindigkeit erteilt, die theoretisch der Geschwindigkeit
des Trommelkörpers entspricht. Die Differenz in den Radien und damit auch die Differenz
in den Abständen der Berührungspunkte veranlassen die Kolben sich zu drehen, da
ihre Berührungspunkte ja außerhalb der Kolbenachse liegen. Praktisch bleifit jed@@cl;
die Kegelscheibe, wenn auch mir wenig, Hinter der Drehzahl der Trommel zurück, wodurch
sich die Kolben in einer Richtung mit verschiedenen Geschw-indigkeit@n drehen. Diese
Bewegung sichert giinstige Sehrüerungs- und Abnutzungsyerhültnisse der Kolben in
den Zylindern bzw. in den "hromni@lkörp ert:ilen.
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Ein ganz besonderer \-<@rb:il @kr Erfindung 1)esteht darin, daß
im Falle der _\nwendung einer verstellbaren hegels@lr:#il@c und einer planebenen
Steuerfläche Getriebe uad hegelsch:ibenachs< parallel bleiben, w-ähr.nd sonst
liei Trommelgetrieben mit Taumel- oder @chicfscheilx: zur Drehzahl- oder @örderleistun@@sünderung
eine Verschwenkung der T roninicl nötig ist, was Gelenk erforderlich macht und störende
Beschleunigungen und Verzögerungen bewirkt.
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Die Erfindung läßt noch andere Ausführungsmöglichkeiten zu, ohne ain
\\'esen der Erfindung etwas zu ändern. So ist es beisl)ielsweise möglich, den sieh
drehenden Tr@niumelhörlrer auf eitlem feststehenden, der Flüssigke itszu- bzw. -aliführung
und der Steuerung dienenden :\clisz2iIifen anzuordnen und die dabei auftretenden
Axialdrücke durch ein Axiallager aufzunehmen.