DE907970C

DE907970C - Hydraulisches Axialkolben-Pumpen-, Motor- oder Getriebeaggregat mit im Kreise angeordneten parallelen Kolben

Info

Publication number: DE907970C
Application number: DEE3495A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Ebert
Original assignee: HEINRICH EBERT DR
Current assignee: HEINRICH EBERT DR
Priority date: 1951-03-22
Filing date: 1951-03-22
Publication date: 1954-04-01
Also published as: CH303022A

Description

Hydraulisches Axialkolben-Pumpen-, Motor- oder Getriebeaggregat mit im Kreise angeordneten parallelen Kolben Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Axialkolbenaggregate mit im Kreise angeordneten parallelen Kolben, die allein als hydraulische Pumpe oder als hydraulischer Motor oder gemeinsam als hydraulisches stufenloses Getriebe Verwendung finden können, und zwar auf solche Aggregate, bei denen zwei einander zugeordnete Kolbentrommeln vorgesehen sind, deren Kolben in bezug auf die auftretenden Axialkomponenten der Kolbenkräfte entgegengesetzt zueinander liegen und auf eine gemeinsame Triebwelle wirken.
Bei den bisher bekannten Ausführungen sind die Axialkräfte der Trommel auf der Steuerseite hydraulisch ausgeglichen, jedoch müssen die auf den Wellenflansch der Antriebswelle wirkenden Axialkräfte über ein Axialkugellager aufgenommen «-erden.
Mit Rücksicht auf die Lebensdauer dieser Lager können die Arbeitsdrücke im Dauerbetrieb nicht so hoch getrieben werden, wie es vom Gesichtspunkt eines möglichst guten Wirkungsgrades aus erwünscht wäre. Dadurch werden die durch die Zentrifugalkraft der Kolben ausgeübten, auf die hin und her gehenden Kolben wirkenden Reibungskräfte im Vergleich zu den hydraulischen Kolbenkräften verhältnismäßig groß, so daß der Wirkungsgrad dementsprechend herabgedrückt wird. Die verhältnismäßig kleinen Drücke bedingen aber auch verhältnismäßig große Aggregate bei verhältnismäßig großem Flüssigkeitsumlauf. Alles in allem wird dadurch der Wirkungsgrad sehr nachteilig beeinflußt.
Unabhängig davon werden aber trotz des an und für sich sehr kleinen Reibungskoeffizienten der Kugellager bei den hier in Frage kommenden kleinen Anstellwinkeln der Kolbentrommeln auch die Reibungsmomente der Lager im Verhältnis zu dem aus denAxialkräften derKolben resultierenden wirksamen Moment auf die An- und Abtriebswelle derartig groß, daß auch von dieser Seite her der Wirkungsgrad sehr nachteilig beeinträchtigt wird.
Um den Wirkungsgrad hochzutreiben, werden an Stelle einer Kalb.entrommel zwei Kolbentrommeln vorgesehen, deren Kolben in bezug auf die auftretenden Axialkomponenten der Kolbenkräfte entgegengesetzt zueinander liegen und auf eine gemeinsame Treibwelle wirken und gemäß der Erfindung so zueinander angeordnet und so gesteuert sind, daß sich ihre Kolbenkraftkomponenten in Richtung der Treibwelle kraft- und momentenmäßig gegenseitig ganz oder nahezu ganz aufheben und mindestens eine Kolbentrommel hohl ausgebildet ist und die An- bzw. Al>triebswelle durch die Trommeln hindurchgeführt ist.
Bei dieser Anordnung wirken auf die Lager der Treibwelle lediglich Radialkomponenten wie bei einem normalen Kurbeltrieb.
Bei der vorgeschlagenen Anordnung können größere und teuere Axiallager wegfallen. Außerdem kann ohne Rücksicht auf die sonst durch die großen Axialkräfte beschränkte Lebensdauer dieser Lager bei der vorliegenden Anordnung der Arbeitsdruck auch im Dauerbetrieb hoch gehalten «-erden, so daß insbesondere bei Übertragung einer konstanten Leistung von einer Pumpe auf einen Motor mit großem Abtriebsdrehzahlbereich der Motor bis auf den kleinsten Anstellw inkel der Motortrommeln (kleinste Untersetzung oder Übersetzung) bei konstant hohem Druck mit bestem Wirkungsgrad arbeitet, bei gleichzeitig kleinstmöglicher Baugröße der Pumpe mit möglichst konstanter größter Anstellung der Pumpenkolbentrommeln.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Abb. i stellt einen Schnitt durch ein Pumpen-bzw. Motoraggregat gemäß der Erfindung dar. Die Antriebs- bzw. Abtriebswell:e i ist im Gleitlager 2 im Aggregatgehäuse 3 gelagert. Die Pleuelflanschwelle 6 ist zwischen den beiden Kolbentrommeln i9 und 2o angeordnet. Die Pleuelflanschwelle 6 ist mittels der Lager 7 und 8 im Aggregatgehäuse 3 drehbar gelagert und trägt an ihren Enden die aufgekeilten und mit den Muttern 13 und 14 festgeschraubten Wellenflansche 9 und io sowie die Halteringe ii und 12. Die Pleuel 15 und 16 sind in den von den Wellenflanschen und Halteringen gebildeten Kugelpfannen kardanisch beweglich festgehalten und an ihrem anderen Ende an den Kugelpfannen der Kolben 17 bzw. 18 gelagert.
Die Kolbentrommeln i9 und 2o sind hohl ausgebildet und im Gehäuse 3 spiegelbildlich zu einer Ebene senkrecht zur Pleuelflanschwelle drehbar gelagert.
Die Arbeitsflüssigkeit wird durch die nierenförmig ausgebildeten Steuernuten 21, 22, 23 und 24 und in Verbindung mit den am Ende jeder Kolbenbohrung angebrachten Durchbrüchen in bekannter Art und Weise gesteuert.
Der An- bzw. Abtrieb erfolgt durch die durch die hohl ausgebildeten Trommeln hindurchlaufende Welle i, die zu diesem Zweck an ihrem rechten Ende mit einem Keilwellenprofii in entsprechende Nuten der Pleuelflanschwelle 6 eingreift und an ihrem linken Ende im Gleitlager 2 im Gehäuse 3 gelagert ist. Die Steuernuten 21 und 22 sowie 23 und 24 stehen mit nicht gezeichneten Kanälen gegenseitig in Verbindung, von denen einer an eine Druckleitung, der andere an eine Saugleitung anzuschließen ist.
Die hier fest angestellt gezeichneten Kolbentrommeln können in bekannter Weise anstatt direkt im Gehäuse auf entsprechenden Schwenkkörpern gelagert sein, so daß sich ihre Anstellung von einem negativen bis zu einem positiven Anstellw inkel verändern läßt.
Die Verstellung kann in einer bekannten Weise erfolgen, sei es von Hand über einen Hebel oder über ein Handrad mittels eines Gestänges oder einer Spindel, über ein Kegel- oder Schneckengetriebe oder hydraulisch über einen Kolben od. dgl. mehr.
Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Schnitt, bei dem die spiegelbildlich angeordneten Trommeln i9 und 2o hohl ausgebildet sind und die Pleuelflanschwelle, bestehend aus den Hohlwellen 6 und 6', durch beide Trommeln hindurchläuft und in den Lagern 7 und 8 rechts und links von den Kolbentrommeln außerhalb im Gehäuse gelagert ist, so daß sie gleichzeitig als Treibwelle i dienen kann.
In dem Ausführungsbeispiel ist für beide Einzelaggregate außerdem nur ein Wellenflansch 9 vorgesehen, der auf seinen beiden Seiten zusammen mit den Halteringen ii und 12 Kugelpfannen zur Lagerung der Pleuel 15 und 16 bildet. Mittels der Schrauben 13 sind die Hohlwellen 6 und 6', der Wellenflansch 9 sowie die Halteringe ii und 12 zu einem Ganzen zusammengeschraubt.
Diese Ausbildung des Pleuelwellenflansches eignet sich bei spiegelbildlicher Anordnung insbesondere für feste Anstellung der Kolbentrommeln. Bei schwenkbar ausgeführten Kolbentrommeln wird bei gleicher Ausbildung der Pleuelflanschwelle statt eines Pleuelflansches ein zweiter mit vorgesehen, der zweckmäßig einen ganzen Durchmesser der Schwenkachslagerung von dem ersten entfernt liegt.
Es versteht sich von selbst, daß bei hohlen Kolbentrommeln mit durchgehender Welle die Kolbentrommeln, spiegelbildlich angeordnet, natürlich auch zwischen den Pleuelflanschen liegen können, d. h. also, daß die Kolbenkräfte auch umgekehrt wie in den gezeichneten Beispielen wirken können. Die auszugleichenden Axialkomponenten wirken dann auf die durchgehende Welle als Zugkräfte, die sich ebenfalls nach außen hin gegenseitig aufheben. In diesem Falle wird die durchgehende Welle dann zweckmäßig aus Biegesteifigkeits- oder aus Biegeschwingungsgründen, aber auch aus Festigkeitsgründen noch durch ein drittes Lager zwischen den Kolbentrommeln unterstützt. Die Antriebswelle kann dabei auch aus zwei Stücken bestehen, die dreh- und zugfest verbunden sein können.
Wie schon zum Ausdruck gebracht, können in allen Beispielen die Trommeln fest angestellt oder mit bekannten Mitteln schwenkbar ausgeführt sein. Wesentlich ist, daß die Komponenten der Kolbenkräfte in Richtung der Triebwelle kraft- und momentenmäßig ganz oder nahezu ganz ausgeglichen sind, so daß durch sie etwa vorhandene Axialkugellager möglichst wenig belastet werden, die durch sie verursachten Verluste durch Axialkugellagerbelastung möglichst verschwinden und die Arbeitsdrücke ohne Rücksicht auf die sonst durch die ziemlich hohe Axialbelastung der Lager beschränkte Lebensdauer aus Wirkungsgrad- und Gewichtsgründen auch im Dauerbetrieb erhöht werden können.
Arbeitet ein derartiges Pumpenaggregat auf ein derartiges Motoraggregat, so dürfte wohl klar sein, daß sich damit stufenlos einstellbare Getriebe kleinster Abmessungen bei bestem Wirkungsgrad selbst bei größten Untersetzungsbereichen ergeben.
Zweckmäßig wird hierbei die Pumpe so dimensioniert, daß sie bei vollem Anstellwinkel mit höchstem Druck die volle zu übertragende Leistung aufnimmt, so daß sie lediglich zum Anfahren verstellt wird. Das Motoraggregat wird demgegenüber zweckmäßig so dimensioniert, daß es, konstante Antriebs- bzw. Abtriebsleistung vorausgesetzt, bei vollem Anstellwinkel und dem gleichen Druck wie die Pumpe das größte erwünschte Untersetzungsmoment bei der dazugehörigen kleinsten Untersetzungsdrehzahl abgibt und eine Verringerung der Untersetzung durch Erniedrigung des Kolbentromm,elanstellw-inkels des Motoraggregats allein erreicht wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat, bei dem jeweils zwei einander zugeordnete Kölbentrommeln vorgesehen sind, deren Kolben in bezug auf die auftretenden Axialkomponenten der Kolbenkräfte entgegengesetzt zueinander liegen und auf eine gemeinsame Treibwelle wirken, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kolbentrommeln zueinander so angeordnet und gesteuert sind, daß sich ihre Kolbenkraftkomponenten in Richtung der Treibwelle kraft- und momentenmäßig gegenseitig ganz oder nahezu ganz aufheben und mindestens eine Kolbentrommel hohl ausgebildet und die An- bzw. Abtriebswelle durch diese Trommel hindurchgeführt ist.
2. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Pleuelflansche (9, io), gegen die @si,ch einerseits die Kolbenpleuel (15, 16) abstützen und die andererseits mittelbar oder unmittelbar mit der An- bzw. Abtriebswelle (1, 6) in Verbindung stehen, zwischen den beiden Kolbentrommeln (i9, 2o) im Aggregatgehäuse (3) gelagert sind.
3. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder :Motoraggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolbentrommeln (i9, 2o) hohl ausgebildet und zwischen den Lagern (7, 8) der durch beide Trommeln (19, 2o) hindurchgehenden Treibwelle (1, 6, 6') angeordnet sind.
4. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuel'flansche (9, io) zwischen den beiden Kolbentrommeln (19, 20) auf der drehenden 'Treibwelle (1, 6) angeordnet sind.
5. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Kolbentrommeln (19, 2o) nur ein Pleuelflansch (9) dient, an den auf beiden Seiten Kolbenpleuel (15, 16) angelenkt sind.
6. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohl ausgebildeten Kolbentrommeln (19, 20) zwischen den Pleuelflanschen (9, io) angeordnet sind, wobei gegebenenfalls für die Welle (1, 6, 6') zwischen den Kolbentrommeln (i9, 2o) noch ein drittes Lager vorgesehen ist.
7. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbentrommeln (i9, 2o) fest angestellt sind. B.
Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolbentrommeln (i9, 2o) auf Schwenkkörpern gelagert sind, die um Achsen senkrecht zur Treibwelle (1, 6) schwenkbar sind, wobei in bekannter Weise die Schwenkachsen selbst als Arbeitsflüssigkeitsleitung ausgebildet sind.
9. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der beiden Kolbentrommeln (i9, 20) schwenkbar und die andere dagegen fest angestellt ist. io. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder Motoraggregat nach einem der Ansprüche i bis 6 oder 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkkörper mittels eines Gestänges von einem hydraulischen Kolben aus verstellt werden, wobei letzterer durch einen Drehzahl- oder sonstigen Regler hydraulisch gesteuert sein kann. i i. Hydraulisches Axialkolben-Pumpen- oder größeres Motoraggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein verstellbares oder fest angestelltes Pumpenaggregat mit einem verstellbaren oder fest angestellten kleineren, gleich großen oder größeren Motoraggregat als hydraulisches Getriebe zusammen arbeitet.