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Flüssigkeitsgetriebe bzw. Flüssigkeitspumpe oder -motor mit sternförmig
angeordneten umlaufenden Zylindern Bekannte Flüssigkeitsgetriel)e Flüssigkeitspumpen
oder -motoren mit stirnförmig angeordneten umlaufenden Zylindern steuern den Zu-
und Abfluß der Flüssigkeit zu den Druckkörpern, d. h. zu den Körpern, in denen der
Druck erzeugt bzw. abgegeben wird, dadurch, daß der Druckkörper und eine als. Drehschieber
wirkende Welle oder der Druckkörper und ein ihn entweder umfassender oder sonstwie
dicht an ihn angeschlossener, als Drehschieber ausgebildeter Teil Relativbewegungen
gegeneinander ausführen. Dabei werden die Reibungsarbeitsverluste schon bei mittleren
Drücken und Drehzahlen zu groß. Hohe Drücke und Drehzahlen sind jedoch erforderlich,
um eine kleine Baugröße zu erhalten. Da ferner der Druck zwischen dem Drehschieber
und dem Druckkörper einseitig auf der Druckseite des Getriebes herrscht, kommen
in die Pumpe bzw. den Motor einseitige Kräfte, die eine einseitige Abnutzung und
unter Umständen ein Fressen zur Folge haben. Dieses ist um so gefährlicher, als
die Dichtflächen in einem gegenüber dem Druckkörper rotierenden Drehschieber aus
konstruktiven Gründen klein gehalten werden müssen.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, daß zur
Steuerung des Zu- und Abflusses am Druckkörper mit diesem umlaufende Steuerorgane
angeordnet sind. Dabei wird jedem Kolben des Druckkörpers ein Steuerorgan zugeordnet,
wie es bei Pumpen. mit nichtumlaufenden Zylindern bekannt ist. Eine sehr gute Dichtung
auch bei hohen Drücken läßt sich dadurch erzielen, daß die Steuerorgane als Kolbenschieber
ausgebildet sind.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung sind
die Kolbenschieber
in dem die Arbeitszylinder enthaltenden Druckkörper angeordnet. Die Verbindungsleitungen
zwischen dem Arbeitszylinder und den Steuerzylindern bestehen aus Bohrungen im Druckkörper.
Die Anordnung der Kolbenschieber im Druckkörper ist an sich beliebig. Eine vorteilhafte
Ausführungsart besteht u. a. darin, daß die Achse der Kolbenschieber parallel zu
den Pumpenachsen liegt. Sie kann aber auch radial oder in irgendeiner Weise schräg
zur Achse des Druckkörpers liegen. Eine radiale Anordnung hat dabei insbesondere
den Vorteil, daß 'kein einseitiger durch Zentrifugalkräfte bewirkter Reibungsdruck
auf die Dichtungsflächen erfolgt.
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Bei Anwendung einer Taumelscheibe als Betätigungsmittel für die Kolbenschieber
wird die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß die Kolbenschieber ständig gegen
die Taumelscheibe gedrückt werden und die Taumelscheibe hohlkegelartig oder sonstwie
rotationskonkav ausgebildet ist, so daß sie stets auf die Kolbenschieber eine radial
nach innen gerichtete Druckkomponente ausübt.
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Bei der Verwendung derartiger Betätigungsorgane, z. B. Taumelscheiben,
in Flüssigkeitsgetrieben wird das Betätigungsorgan der Kolbenschieber des einen
Teils, z. B.. der Pumpe, auf einem umlaufenden Teil drehbar gelagert, während das
Betätigungsorgan des anderen Teils, z. B. des Motors, auf einem feststehenden Teil
drehbar gelagert ist. Um bei Flüssigkeitsgetrieben bzw. Flüssigkeitspumpen oder
-motoren mit sternförmig angeordneten Kolben und einem die Kolben steuernden Leitring
die Kolben von der Übertragung des Drehmomentes zu entlasten, hat man bereits zwischen
den Leitring und den Druckkörper eine das Drehmoment übertragende Kreuzgelenkkupplung
eingeschaltet. Infolge der stets vorhandenen Elastizität der Baustoffe ist jedoch
durch dieses Mittel allein eine vollständige Befreiung der Kolben vom Drehmoment
nicht möglich.
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Die Erfindung hat sich jedoch gerade dieses zur Aufgabe gesetzt und
erreicht ihr Ziel durch die Anwendung eines Kreuzgelenkes in Verbindung mit einem
nachgiebigen Glied am Kolben, welches eine Drehmomentübertragung gar nicht zuläßt.
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Das nachgiebige Glied des Kolbens, welches die Übertragung eines Drehmomentes
durch die Kolben unmöglich machen soll, kann beispielsweise darin bestehen, daß
die von den Kolben getragenen Rollplatten, auf denen die Walzen aufliegen, gegenüber
den Kolben mindestens in einer zur Drehachse senkrechten Ebene kippbar sind. Zweckmäßig
ist es, die Rollplatten auf den Kolben mit einer Kugelfläche aufliegen zu lassen,
wie es in anderem Zusammenhang bereits bekannt ist. Die entsprechende Auflagefläche
der Kolben kann ebenfalls kugelförmig oder aber auch kegelförmig ausgebildet sein.
Schließlich ist es auch möglich, statt der Kugelfläche eine zylindrische Rückfläche
der Rollplatten zu wählen.
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Um eine günstige Verbindung zwischen Rollplatte und Kolben zu erzielen,
weist die Rollplatte oder der Kolben einen sich nach innen erweiternden Hohlraum
auf und hat der Kolben oder die Rollplatte eine Bohrung in einem in den Hohlraum
der Rollplätte oder des Kolbens eindringenden zapfenartigen Ansatz, dessen rohrartiges
Ende geschlitzt ist. In dem Hohlraum der Rollplatte oder des Kolbens ist eine Kugel
o. dgl. vorgesehen, die den geschlitzten Rohrteil beim Zusammenpressen von Rollplatte
und Kolben spreizt. Ist der geschlitzte Rohrteil einmal gespreizt, so lassen sich
Rollplatte und Kolben trotz der gegenseitigen Beweglichkeit nicht wieder auseinandernehmen.
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Durch die gleichzeitige Anwendung der Steuerung des Zu- und Abflusses
durch mit dem Druckkörper umlaufende Steuerorgane und eines Kreuzgelenkes in Verbindung
mit nachgiebigen, Drehmomentübertragungen nicht zulassenden Gliedern an den Kolben
ist es möglich, den Wirkungsgrad von Flüssigkeitsgetrieben bzw. Flüssigkeitspumpen
oder -motoren, insbesondere größerer Leistung gegenüber dem Wirkungsgrad aller bekannten
Maschinen dieser Art, erheblich zu steigern. Doch kann auch jedes dieser Mittel
für sich erfolgreich angewendet werden.
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Bekannte Flüssigkeitsgetriebe mit in Druckkörpern sternförmig angeordneten
Kolben, die sich gegen Exzenter abstützen, leiten die unter Druck stehende Flüssigkeit
von einem rotierenden durch einen feststehenden Teil in einen mit anderer Drehzahl
rotierenden Teil. Dies verursacht Reibungs-und Undichtigkeitsverluste.
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Bei einem bekannten Getriebe sind die Druckkörper an Pumpe und Motor
mittelbar über drehstarr miteinander gekoppelte Kolbenträger verbunden. Dies hat
den Nachteil, daß das Drehmoment durch die Kolben auf die Zylinderwandung übertragen
wird.
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Die Erfindung vermeidet auch diese Nachteile, so daß ein Getriebe
nach der Erfindung besonders geeignet ist, mit hohen Drücken, großen Drehzahlen
und besserem Wirkungsgrad zu arbeiten, also die von der Praxis gestellten Forderungen
besser als die bekannten Getriebe zu erfüllen. Erfindungsgemäß sind die Druckkörper
beider Aggregate miteinander unmittelbar drehstarr durch eine Welle o. dgl. verbunden,
in der sich die Verbindungsleitung befindet. Hierdurch wird eine Ausbildung möglich,
bei der zwischen Pumpendruckkörper und Motordruckkörper kein Übergang der Druckflüssigkeit
zwischen zwei gegeneinander bewegten Teilen notwendig ist, denn die Verbindungsleitung
zwischen den Arbeitszylindern der beiden Druckkörper kann nun durch die die Druckkörper
unmittelbar drehstarr verbindende Welle o. dgl. geführt werden. Das Druckgebiet
des Flüssigkeitsstromes eines solchen Getriebes liegt also ausschließlich in einem
geschlossen umlaufenden Körper, nämlich dem Pumpe und :Motor gemeinsamen Druckkörper.
Diese Anordnung bietet weiterhin den Vorteil, daß die Leistung bei gleicher Drehzahl
von Pumpe und Motor ausschließlich durch mechanische Reaktionswirkung ohne hydraulischen
Leistungsverlust und ohne zusätzliche Getriebe,
z. 13. Zahnradgetriebe,
übertragen wird. Selbstverständlich bleibt der Vorteil der unmittelbar drehstarren
Verbindung derä beiden Druckkörper auch dann erhalten, wenn die Steuerung der Arbeitszylinder
in anderer Weise als oben angegeben erfolgt, oder wenn zwischen Arbeitskolben und
Leitring das oben beschriebene nachgiebige Glied fehlt.
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Die Exzentrizität des Leitringes des einen Aggregates, z. B. des Motors,
kann stufenlos verstellbar sein, so daß das Übersetzungsverhältnis des Getriebes
stufenlos veränderlich ist. Dies wird am einfachsten in der Weise verwirklicht,
daß der den Leitring tragende Teil in einem senkrecht zur Getriebeachse verstellbaren
Rahmen drehbar gelagert ist.
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Die Zeichnung bringt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; und zwar
zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch ein hydraulisches Getriebe nach der Erfindung,
wobei der Druckkörper nach Linie A-B-D der Fig. 2 und der übrige Teil nach der Linie
A-B-C der Fig. 2 geschnitten ist, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie E-F der Fig.
i, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie G-H der Fig. i und Fig. 4 einen Schnitt durch
das Ende eines Arbeitskolbens und das zugehörige nachgiebige Glied.
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In dem Gehäuse i läuft die Welle 2 in den Lagern 4 und 25. Das rechte
Lager 39 stützt sich über die Hohlwelle 40 und das Lager 41 im Gehäuse i ab. Die
Hohlwelle 4o besitzt zwei Exzenter 38 und 31, die durch den Rahmen 32 verbunden
sind. Auf diesen beiden Exzentern läuft in den Lagern 30 und 37 ein Mantel 45, der
hier den Leitring darstellt, der innen zwei Winkelringe 34 trägt. Genau dieselben
Winkelringe io trägt der linke Mantel 9. Aus F ig. 2 ist zu ersehen, daß diese Winkelringe
34 tangentiale Abflachungen besitzen, auf welchen die Platten 17 der Kolben 15 sich
verschieben können, und daß der Mantel 9 ebenso wie der Mantel 45 auch @,ier tangentialeFlächen
besitzt, auf denen die Rollen 16, gegen die die Platten 17 der Kolben 15 durch Federn
47 gedrückt werden, hin und her rollen können. Der Mantel 9 ist bei 5 und 8 in dem
Rahmen 6 gelagert. Dieser Rahmen ist in den Zapfen 7 verschiebbar in dein Gehäuse
i angeordnet. Kolben 15 und Platte 17 ist in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab gezeigt.
Die Platte 17 besitzt einen Ansatz 61 finit einer Kugelfläche 62 und einen sich
nach innen erweiternden Hohlraum 63. Kolben 15 besitzt eine der Kugelfläche 62 entsprechende
Kugelfläche und einen zapfenartigen Ansatz 65, der oben angebohrt und geschlitzt
ist. Eine zwischen Platte 17 und Kolben 15 gelegte Kugel 6o verursacht bei einem
Zusammenpressen eine Spreizung und bleibende Verformung des rohrartigen Endes 64
des zapfenförmigetl Ansatzes 65. Die Platte 17 und der Kolben 15 sind dann nicht
mehr auseinanderzunehmen.
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Aus I^ ig. 2 ist zu ersehen, daß die Kolben 15 durch Bohrungen 5o
mit Längsbohrungen in Verbindung sind, in denen Steuerkolben i9 durch in nicht aus
Bohrungen in einem massiven Druckkörper Kugellager 21 drehbar gelagerten Taumelscheibenringen
2o hin und durch Federn 12 her bewegt werden. Die Federn 12 drücken über den Sprengring
13 die Steuerkolben i9 mit ihren Kuppen 29 auf die hohlkegelartig oder sonstwie
rotationskonkav geformte Innenseite der Taumelscheibenringe 2o, derart, daß immer
eine radial nach innen auf die Steuerkolben 15 wirkende Komponente auftritt. Die
Steuerkolben i9 besitzen in der Mitte einen dünnen Hals und bewerkstelligen bei
einer Verschiebung nach rechts eine Verbindung der Bohrung 50 über die Bohrung
48 mit der Bohrung 18 und bei einer Verschiebung nach links eine Verbindung der
Bohrung 5o über die Bohrung 48 mit der Bohrung3. Der rechte Druckkörper 44, der
nur in Ansicht gezeigt ist, besitzt genau dieselben Bohrungen, und der entsprechende
Taumelscheibenring betätigt die entsprechenden, jedoch nicht gezeichneten Steuerkolben.
Er ist auf den fest mit dem Exzenter31 verbundenen Rohrstück 28 mit Kugellager 21
drehbar gelagert. Die zwei Mäntel 9 und 45 sind mit den Druckkörpern 14 und 44 durch
Kreuzgelenkscheiben 49 verbunden. Der Mantel 45 rotiert immer mit derselben Exzentrizität
um die Hauptachse, während der Mantel 9 eine verstellbare Exzentrizität hat. Fest
auf der Welle 2 sitzt das Zahnrad io6 und auf der Welle 4o das Zahnrad
103.
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Wird die Welle 4o angetrieben, so verursachen ihre beiden Exzenter
38 und 31 zunächst eine oszillierende Bewegung des Mantels 45, wodurch Kolben im
rechten Druckkörper 44, die jedoch nicht gezeichnet sind, aber ganz denen des linken
Druckstückes 14 entsprechen, gegen die Flüssigkeit gedrückt werden. Der Reaktionsdruck
dieser Kolben auf den Mantel 45 versucht diesen zu drehen. Dieses Drehmoment wird
durch die Kreuzgelenkscheibe 49 auf das Druckstück 44 und damit auf die abtreibende
Welle 2 weitergeleitet. Durch die Reaktion wird also ein Teil der Leistung immer
direkt auf die abtreibende Welle 2 übertragen, d. h. daß stets eine Leistungsverzweigung
stattfindet, wenn nicht bei einem bestimmten Betriebszustand die ganze Leistung
unter Umgehung der hydraulischen Übertragung direkt übertragen wird.
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Der Flüssigkeitszufluß erfolgt von rechts durch die hohle Welle 42.
Der Abfluß der durch die Kolben unter Druck gesetzten Flüssigkeit erfolgt durch
das. hohle Verbindungsstück 46 der beiden Druckkörper 44 und 14. Der Steuerkolben
i9 wird durch den Taumelscheibenring 20 so betätigt, daß der Zufluß zu einem Kolben
15 durch die Bohrungen 48 und 50 dann freigegeben wird, wenn sich der Arbeitskolben
nach außen bewegt, und entsprechend der Abfluß, wenn der Arbeitskolben sich nach
innen bewegt. Der Flüssigkeitsdruck, der auf die Kolben 15 drückt, verursacht eine
Drehung des Mantels 9, die durch die Kreuzgelenkscheibe 49 auf den Druckkörper 14
und damit auf die abtreibende Welle 2 übertragen wird. Die Steuerung des rechten
Druckkörpers 44 erfolgt durch einen Taumelscheibenring auf gleiche Weise wie die
des linken.
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Die meisten Vorteile der Erfindung bleiben natÜrlich auch dann erhalten,
wenn die Arbeitszylinder
bestehen, sondern andere Form haben. Unter
dem Begriff Druckkörper ist daher jeweils die Gesamtheit der Zylinder eines Kolbensternes
zu verstehen.