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Als Pumpe, Motor oder Pumpen- bzw. Motoreinheit eines Flüssigkeitsgetriebes
verwendbare Sternzylinder-Kolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Sternzylinder-Kolbenmaschine,
die als Pumpe oder Motor verwendbar ist und sich insbesondere für Flüssigkeitsgetriebe
eignet, d.ie aus Pumpe und Motor zusammengesetztsind. Sie besteht aus einemZylinderstern
oder aus mehreren gleichachsig zusammengeschlossenen Zylindersternen und sie hat
eine Drehschiebersteuerung, welche jeden Zylinder oder jeden Sammelraum, der von
in Achsenrichtung nebeneinanderliegenden ständig verbundenen Zylinderräumen gebildet
wird, abwechselnd mit der Saugleitung und mit der Druckleitung verbindet. Die Drehschieber
sind dabei parallel zur Pumpenachse und im Abstand von dieser gelagert. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, die Maschine so auszubilden, daß sich bei möglichst
gedrängter und einfacher Bauart große Durchgangsquerschnitte für die Flüssigkeit
ergeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drehschieber
in den Zwischenräumen der sternförmig angeordneten Zylinder angeordnet sind und
zwei benachbarte Drehschieber jeweils einen Zylinderkopfraum eines Zylinders einschließen
und gemeinsam steuern. Hierdurch unterscheidet sich die Erfindung von einer bekannten
Maschine, bei .der die Drehschieber in den Zylinderköpfen angeordnet sind und daher
einen wesentlich größeren Durchmesser der Maschine ergeben.
Vorzugsweise
wird der Einläß eines jeden Zylinders-"dürch andere Drehschieber gesteuert als der
Auslaß. Das bedeutet, daß bestimmte Drehschieber nur für den Einlaß und andere Drehschieber
nur für den Auslaß vorgesehen sind. Auch hierin liegt ein Vorteil gegenüber der
bekannten Maschine, bei der .ein und derselbe Drehschieber den ihm zugeordneten
Zvlinderraum abwechselnd mit dem Einlaß und Odem Auslaß verbindet, was zu einem
häufigen Druckwechsel innerhalb der Drehschieber und damit zu einer erhöhten Gefahr
der Ausscheidung gelöster Gase oder Dämpfe und damit der Schaumbildung führt.
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Eine besonders einfache Bauart ergibt sich bei Anordnung mehrerer
gleichachsig zusammengeschlossener Zylindersterne dann, wenn ein und derselbe Drehschieber
mehrere Zylinderpaare bedient, die verschiedenen Sternen angehören. Liegen beispielsweise
zwei Zylindersterne nebeneinander, dann kann ein und derselbe Drehschieber vier
Zylinder bedienen, nämlich die ihm benachbarten des einen Sterns sowie die ihm benachbarten
des anderen Sterns.
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Bei der bekannten Maschine sitzt jeder Drehschieber in einer besonderen
Bohrung des Gehäuses. Eine wesentlich einfachere Anordnung ermöglicht die vorliegende
Erfindung, indem die Drehschieber in einen zur Maschinenachse gleichachsigen Ringspalt
eingesetzt ;sind, in den die Zylinder münden und der ,stirnseitig durch einen Deckel
abgeschlossen ist.
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Werden die Kolben durch eine Nockenwalze mit mehr als zwei Erhöhungen
angetrieben, dann können die Drehschieber ebensoviel Steueröffnungen erhalten, wie
Nockenerhöhungen vorgesehen sind. Bei Verwendung einer - Vierfachnockenwal,ze können
also Drehschieber mit je vier Öffnungen vorgesehen sein, wobei die Schieber mit
:der gleichen Geschwindigkeit wie die Nockenwalze umlaufen. Wesentlich größere Steuerquerschnitte
lassen sich aber in diesemFall dadurch erreichen, däß dieDrehschieber mittels eines
Ühersetzungs.getriebes mit der mehrfachen Umlaufzahl der \Tockenwalze angetrieben
werden. Dann läßt sich :die Zahl der Steueröffnungen entsprechend verringern.
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Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung
veranschaulicht. In dieser zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch ein Flüssigkeitsgetriebe
mit stillstehenden Sternzylindergehäusen des Pumpen- und Motorteiles, Fig. 2 den
Schnitt nach der Linie A-B der Fig. i, Fig. 3 den Schnitt nach der Linie C-D der
Fig. i, Fig. 4 den Schnitt .nach -der Linie E-F der Fig. !i und Fig. 5 einen Längsschnitt.
durch ein Flüssigkeitsgetriebe mit geteilter Leistungsübertragung, bei welchem das
Sternzylindergehäuse umläuft.
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Das in Fig. i gezeigte Flüssigkeitsgetriebe besteht aus einer Pumpeneinheit,
die, durch die Welleu angetrieben wird, und aus einer .dadurch gespeisten Motoreinheit,
die ihrerseits die Abtriebswelle i9 treibt. Dabei ist die Fördermenge !der Pumpeneinheit
stetig regelbar, um das Übersetzungsverhältnis verändern zu können. Obgleich es
an sich möglich ist, auch das Schluckvermögen des Motorteiles regelbar zu machen,
ist im vorliegenden Fall davon abgesehen worden.
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Zunächst sei die links von .der Schnittfläche E-F liegende Pumpeneinheit
des Pumpengetriebes erläutert.
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Auf der Antriebswelle i sind innerhalb des Sternzylindergehäuses tro
zwei im Querschnitt elliptische Nocken 3 und 4 durch Mittel befestigt, welche eine
der Einstellung der Fördermenge dienende gegenseitige Winkelverstellung ermöglichen.
Diese Mittel bestehen aus einer Hohlwelle 2, die durch Keilnuten auf der Welle i
längs verschiebbar geführt i,st und auf ihrer Außenseite zwei kurze Steilgewinde
von entgegengesetzter Steigung trägt. Auf diesen Steilgewinden sitzen die Nocken
3 und 4, die im Gehäuse io gegen axiale Verschiebung gesichert -drehbar gelagert
sind. Über einen Flansch der Hohlwelle 2 greift ein ihrer axialen Verstellung dienender
Lagerring 12, der mit einem nicht näher gezeigten Stellhebel verbunden -ist. Verschiebt
man die Hohlwelle 2 mittels dieses Hebels, so werden die beiden Nocken 3 und 4 gegenüber
der Welle i in entgegengesetzten Richtungen verdreht.
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Die Zylinder sind in zwei Sternen zu je sieben Stück angeordnet. Die
in ihnen gleitenden Kolben 5 ragen nach innen aus den Zylindern heraus und tragen
dort Kolbenbolzen b, -die beiderseits je mit einer Laufrolle 7 versehen sind. Diese
läuft auf dem zugeordneten Nocken 3 bzw. 4. Die Enden der Kolbenbolzen werden von
federnden Ringen 8 umfaßt, und dadurch werden die Rollen 7 in ständiger Anlage an
den Nocken 3 und 4 gehalten.
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Das Gehäuse vo der Pumpeneinheit hat einen zur Welle i gleichachsigen
zylindrischen Spalt 9, der nach außen durch den seitlichen Gehäusedeckel abgeschlossen
wird. Außerdem ist das Gehäuse,io mit in :dem Spalt 9 verlaufenden axialen Bohrungen
versehen, die in den Sternzwischenräumen zwischen den Zylindern vorgesehen sind
und je einen Drehschieber ii aufnehmen. Durch diese Schieber wird der Ringspalt
in sieben Zylinderkopfräume unterteilt. jeder dieser Räume verbindet ständig zwei
in Achserrichtung nebeneinlanderliegendeZylinder, die den beiden Sternen angehören,
wie der obere Teil der Fig. i zeigt. Die Drehschieber i i sind hohl ausgebildet.
In einem Sternzwischenraum sind zwei solcher Drehschieber angeordnet, so :daß insgesamt
acht vorhanden sind (Fi:g.2). Zwischen diesen beiden ist der Ringspalt 9 durch eine
Alydichtung verschlossen. Vier dieser Drehschieber stehen mit Querbohrungen 15 in
Verbindung, die unter sich verbunden sind und. die Saugseite des Pumpenteile;. bilden.
Die anderen vier Drehschieber stehen mit Querbohrungen 1'15 in Verbindung, die ebenfalls
unter sich verbunden sind und die Druckseite bilden. Dabei ist jeder zweite Drehschieber
an die Bohrung 15 angeschlossen (Fig. 4).
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Wie Fig. 2 erkennen läßt, hat jeder Drehschieber zwei einander gegenüberliegende
Reihen von Öffnungen, so daß er bei seinem Umlauf das ihm
zugeordnete
Kanalsystem 15 bzw.16 vorübergehend zweimal mit den ihm benachbarten Abschnitten
des Ringraumes g verbindet. Die Drehschieber werden im Gleichlauf mit .der Welle
i in Umlauf versetzt. Zu diesem Zweck hat jeder Drehschieber einen Kurbelarm, der
außerhalb des seitlichen Gehäusedeckels liegt. Alle Kurbelarme haben übereinstimmend
eine Länge, die der Exzentrizität eines auf der Hohlwelle 2 sitzenden Exzenters
1q. entspricht. Das Exzenter ist durch nicht näher veranschaulichte Mittel so im
Maschinenrahmen gelagert, d@aß es an Verschiebungen der Hohlwelle :2 nicht teilnimmt.
Es ist auf der Hohlwelle durch axial verlaufende Keilnuten geführt, so daß eine
Verschiebung der Hohlwelle 2 keine Winkelverdrehung des Exzenters i4. gegenüber
der Welle i zur Folge hat. -Auf dem Exzenter 14 ist eine Pleuelscheibe i 3 gelagert
(Fig. 3), welche Bohrungen zur Aufnahme der Kurbelzapfen der Drehschieber
hat. Diese Pleuelscheibe hat dieselbe Wirkung wie Kuppelstangen, welche die Drehschieber
einzeln mit der Welle i kuppeln würden.
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Da die im Ausführungsbeispiel eingezeichnete Doppelnockenwalze ein
doppeltes Ventilspiel je Umdrehung .der Welle erfordert, der Exzenter aber nur eine
Umdrehung der Drehschieber je Umdrehung der Welle ergibt, sind die Drehschieber
mit je zwei sich auf i8o' gegenüberliegenden Ventilöffnungen versehen. Das hat die
Wirkung, daß jeder Zylinder über einen Kurbelwinkel von etwa go` hin an die ihm
zugeordnete Saugleitung angeschlossen bleibt, für die folgenden 9o' von der Saugleitung
abgetrennt wird, über den anschließenden Kurbelwinkel von 9o' aber wieder mit ihr
verbunden wird, um alsdann die restlichen 9o' wie-der von der Saugleitung getrennt
zu werden. Entsprechendes gilt für den Anschluß an die Druckleitung. In Fig.2 nehmen
die beiden elliptischen-Walzen 3 und .1. nicht die Grundstellung für die höchste
Fördermenge ein, sondern sind zueinander zum Zweck der Verringerung der Fördermenge
verdreht. @#,'iirden sie sich in der Grundstellung befinden, so m-ürde ;der Kolben,
der sich in der Mitte des linken oberen Ouadranten befindet, gerade den äußeren
Totpunkt durchlaufen. Dem entspricht es, daß von den beiden zugeordneten Ventilen
sich das eine gerade öffnet, während das andere gerade geschlossen ist. Bei Verwendung
einer Dreifachnockenwalze müssen die Drehschieber je drei auf je 120' verteilte
Ventilöffnungen erhalten. Bei Verwendung einer Vierfachnockenwalze können statt
Drehschiebern mit je vier Öffnungen solche mit zwei Öffnungen verwendet werden.
Dann ist der Exzenter 14 nicht starr auf der Pumpenwelle anzubrin',en, sondern drehbar,
und es muß ihm durch ein Zahnradvorgelege eine entsprechende zusätz. liehe Drehung
gegenüber der Pumpenwelle erteilt werden.
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Die veranschaulichte Ausbildung der Ventilstz-uerttn:g zeichnet sich
dadurch aus, -daß sie gute .\lidichtung und leichte Einstellung ermöglicht, Bringe
Strömungswiderstände ergibt und zu einer bedrängten und billigen Bauart führt, bei
welcher der vorhandene tote Raum ausgenutzt wird. Dieser gestattet es, die Drehschieber
i i so zu bemessen, daß der Ouerschnitt .der Ventilspalte größer wird als die ztigehöriamen
Kolbenflächen. Auch der Antrieb der Drehschieber durch das Ringpleuel ist einfach,
billig, zuverlässig und raumsparend.
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Flüssigkeitsgetriebe gemäß derErfindung können so gebaut werden, daß
:die Leistung der Antriebsmaschine in der Pumpe insgesamt in einen Flüssigkeitskraftstrom
umgewandelt wird, der dem Flüssigkeitsmotor zugeführt wird und diesen antreibt.
Hierfür ist in Fig. i ein Beispiel dargestellt. Hierin hat die rechts von der Ebene
E-F liegende Motoreinheit dieselbe Ventilsteuerung und einen ähnlichen Aufbau wie
die beschriebene Pumpeneinheit, nur mit dem Unterschied, daß an die Stelle der Elemente
i bis d. die Abtriebswelle i9 mit einem einzigen im Querschnittelliptischen Nocken,i8
tritt. Auf dieser `Felle ist :das Exzenter'i4 der Motoreinheit starr befestigt.
Der durch die Bohrungen 15 gegebene Raum der Pumpeneinheit .steht mit dem entsprechenden
Raum der Motoreinheit in Verbindung. Diese Verbindung ist dadurch hergestellt, daß
die mit diesem Kanalsystem in Verbindung stehenden, die Drehschieber uli aufnehmenden
Bohrungen von rechts nach links hindurchgeführt sind, wie Fig. i unten erkennen
läßt. In entsprechender Weise sind die Kanalsysteme 16 miteinander verbunden.
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Es ist jedoch auch möglich, bei einer der beiden das Flüssigkeitsgetriebe
bildenden Sternzylindermaschinen die Nockenwalzen und bei der anderen das Gehäuse
umlaufen zu lassen.
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Flüssigkeitsgetriebe gemäß der Erfindung können auch nach .dem an
sich bekannten sog. Prinzip der geteilten Leistungsübertragung gebaut -,werden.
Es werden dann Pumpe und Motor nicht allein hydraulisch durch den Flüssigkeitskraftstrom,
sondern gleichzeitig auch durch mechanischen Zusammenschluß der umlaufenden Teile,
d. h. durch Zusammenscbluß von Pumpen- und Motorwelle bei still -stehendem Pumpengehäuse
oder von Pumpen- und Motorgehäuse bei stillstehender Pumpenwelle gekuppelt. In der
Pumpe wird dann die Antriebsdrehzahl, im Motor die relative Drehzahl, .die sich
als Unterschied zwischen den Drehzahlen der Antriebswelle und der Abtriebswelle
ergibt, wirksam. Damit wird erreicht, daß der Gesamtübersetzungsbereich zugunsten
des Schnellganges verschoben wird und das Getriebe im :direkten Gang als Kupplung
arbeitet.
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Hierfür ist in Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Pumpen-
und Motorgehäuse bildet hier wiederum einen einheitlichen Block io, 17, der in einem
äußeren Gehäuse drehbar gelagert ist. Zu seiner Lagerung dient pumpenseitig ein
Tragrohr 20, das starr am Getriebegehäuse befestigt ist und auf seiner Außenseite
in Längsnuten verschiebbar .die Hohlwelle 2 trägt. Motorseitig trägt der Block einen
Deckel 21, der mit einzelnen Füßen an den Deckel des Blockes angeschraubt ist und
seinerseits auf einer Buchse des äußeren Gehäuses gelagert ist. Die :@iitriehswelle.i
geht durch das Rohr 2o hindurch
und ist reit dem umlau-fenden Stern-zylinderblock
Rio, 17 starr verbunden.. Die übrigem Getriehsteile stimmen samt ihren Bezugszeichen
mit denen der Fig. i bis 4 überein.
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DieWirkungsweise ist folgende: Durch. die Drehzahl der Antriebswelle
(i wird die Fördermenge der Pumpeneinheitzi.o bestimmt, und dieseFördermenge bestimmt
ihrerseits die relative Drehzahl, welche die Motoreinheit zwischen dem umlaufenden
Gehäuse 17 und der Abtriebswelle ig herbeiführt.
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Selbstverständlich können Abtriebs- und Antriebswelle miteinander
vertauscht erden, so daß die Leistung durch die Welle i9 in .das Getriebe eingeführt
und durch die Welle i von ihm a'bgenomrnen wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß der Raum in den Sternzwischenräumen gut ausgenutzt wird. Dabei löst die
Erfindung die Frage .des Antriebes der Drehschieber in so einfacher, zuverlässiger
und raumsparender Weise, daß sich mit geringem konstruktivem Aufwand ventilgesteuerte
Flüssigkeitsgetriebe mit einwandfreien Strömungsverhältnissen ergeben.