-
Hydraulisches Getriebe mit rotierender Zylindertrommel Bei hydraulischen
Getrieben, bei welchen die genau oder annähernd parallel zur Drehachse einer rotierenden
Zylindertrommel gerichteten Zylinder in der üblichen Weise über Kugelstangen von
einem zur Zylinderachse schräg geneigten Triebflansch angetrieben «-erden, wird
die Steuerfläche in der Regel als ebene Steuerfläche senkrecht zur Zylinderachse
angeordnet.
-
Will man bei dieser Getriebebauart eine schädliche Beanspruchung der
Steuerfläche durch Kippkräfte oder Drehmomente vermeiden, ist es nötig, die Mitte
der Steueröffnungen, welche entweder runde Löcher oder längliche Schlitze sein können,
genau oder angenähert auf die Mitte der Zylinderachse zu legen.
-
Strömungstechnisch günstiger wäre es jedoch, die Steueröffnungen wesentlich
näher an die Achse des rotierenden Zylinders heranzulegen oder, wie man sich auszudrücken
pflegt, die Steuerung einzuziehen.
-
Bei der üblichen ebenen Steuerfläche führt dies jedoch zu Kippkräften
oder Drehmomenten, die besondere Maßnahmen erfordern, es, sei denn, daß man sich
auf eine in der Regel unerwünschte sehr kleine Einziehung der Steuerung beschränkt.
-
Genau dasselbe tritt ein, wenn man .bei einem ähnlichen Getriebe mit
kugelförmig gestalteter Fläche, bei welcher die Zylinderachsen Kugelradien darstellen,
die Steuerung einzieht.
-
Bekannt ist es dagegen, daß derartige Kippkräfte vermieden werden
können, wenn man etwa bei der gewöhnlichen ebenen Steuerung in dem Zylindermittel
einen besonderen, in der Regel öldruckbelasteten oder hydraulischen Rückzugkolben
anbringt
oder aber auch, wenn man die Steuerfläche als Kugel ausführt und den Zylinderkörper
in radialer Richtung in der Mitte des Triebflansches in der Triebebene bzw. Ebene
der Kugelzapfen des Triebflansches lagert.
-
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie man auch bei beliebig, jedoch
außerhalb der Steuerfläche radial geführtem Zylinderkörper die Kippkräfte vermeiden
kann, wenn man die Steuerung als Kegel- oder insbesondere auch als Kugelfläche ausführt,
so daß in erfindungsgemäßer Weise eine Vermeidung der Kippbeanspruchungen bei eingezogener
Steuerung möglich ist, ganz gleichgültig, an welcher Stelle der Zylinder, natürlich
außerhalb der Steuerfläche selbst, in radialer Richtung geführt wird.
-
Die Abb. i zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. TW ist die Triebwelle
mit dem in der Regel darauf fest befestigten Triebflansch TF, in welchem die äußeren
Kugelzapfen KZ geführt sind, mit welchen die Kolben KO durch den Triebflansch
TF angetrieben werden bzw. be@irn Ölmotor ihre Bewegungskräfte auf diesen übertragen.
-
In vielen Fällen ist es nun nötig oder wünschenswert, den Zylinderkörper
Z beispielsweise etwa in der Ebene AB, die nicht sehr weit entfernt ist von
dem offenen Ende der einzelnen Zylinder, zu führen.
-
Um nun auch in diesen Fällen eine nach innen gezogene Steuerung, also
etwa die innenliegenden Steuerlöcher in Abb. i, anwenden zu können, ohne schädliche
Kippkräfte auf die Fläche in Kauf nehmen zu müssen, wird die Steuerfläche ST als
Kugel ausgeführt und diese in erfindungsgemäßer Weise so gekrümmt, daß die angenähert
durch die Mitte der Steueröffnung in Richtung der Kugelradien hindurchtretenden,
zu jedem Zylinder gehörenden Ölkräfte O in ihrer Verlängerung sich mit der Achse
der Pleuelstange PL oder angenähert auch der Achse jedes Zylinders in der Ebene
AB schneiden.
-
Der zu der A,bb. i gehörige Kräfteplan (Abb. 2) gibt darüber Aufschluß,
daß :in diesen Fällen die Ölkräfte O, wie sie zu jedem Zylinder bzw. zur Steueröffnung
jedes Zylinders gehören, und die Kolbenkräfte PK nur eine Resultierende haben können,
welche durch den in der Ebene AB gelegenen Schnittpunkt dieser beiden Kräfte
geht. Ist die Größe der Ölkräfte Ö und der Kolbenkräfte PK einschließlich etwaiger
zusätzlicher Spurlagerkräfte in der Steuerfläche so abgestimmt, daß der Zylinder
ohne schädliches Aufschwimmen dichtet, so muß im übrigen die Resultierende dieser
Kräfte R genau senkrecht zu der HauptdrehachseHD der Zylindertrommel verlaufen,
falls ein gewöhnliches zylindrisches Radiallager in der Ebene AB für die
radiale Führung des Zylinders sorgt. Im Falle der Anwendung konischer Lager tritt
eine entsprechende Schräglage der Resultierenden R auf, was jedoch an der Sache
wenig ändert. Vielmehr läßt sich durch die angegebene Bestimmung für die Krümmung
der Kugel bzw. die Lage des Kugelmittelpunktes 1T erreichen, daß bei beliebiger
Lage der radialen Führungsebene AB des Zylinderkörpers die CSlkräfte f7 ohne Entstehung
unerwünschter Kippmomente auf den Zylinder aufgenommen werden.
-
Freilich ist es möglich, durch Anwendung einseitig außerhalb oder
innerhalb der Steueröffnung liegender Spurlager .die Lage der resultierenden Öldruck-
und Spurlagerkräfte O aus der Mitte der Steueröffnungen zu verschieben und damit
eine andere Krümmung der Kugel zu erreichen. Dieses Mittel steht jedoch nur in sehr
begrenztem Umfange zur Verfügung, da größere Spurlagerdrücke aus verschiedenen Gründen
höchst unerwünscht sind und bei den gewöhnlichen eingezogenen ebenen Steuerungen
nur in Kauf genommen werden müssen, um die Kippkräfte aufzunehmen, was aber nur
bei einer geringen Einziehung der Steuerung möglich ist.
-
Demgegenüber zeigt die Erfindung der Anwendung einer Kugel- oder Kegelfläche,
deren Krümmung dadurch bestimmt ist, daß die resultierende Oldruckkraft eines jeden
Zylinders die Kolben- bzw. Pleuelstangenachse in der radialen Führungsebene des
Zylinders schneidet, einen Weg, der eine völlig kippkräftefreie Aufnahme der Ö1.druckkräfte
einer gegebenenfalls stark eingezogenen Steuerung zuläßt, was z. B. die Folge hat,
daß es möglich ist, die Steuerung beispielsweise bei einem 7-Zylindergetriebe so
stark einzuziehen, daß die Öffnungen als runde Löcher ausgeführt werden können oder
auch als Trapeze mit ungefähr gleich großer Summe der gegenüberliegenden Seiten.
-
Die zu jedem Zylinder gehörenden Öldruckkräfte ö sind, obwohl sie
angenähert durch die Mitte der Steueröffnungen bei den üblichen Ausführungen schmaler
Dichtungsstege bestimmt werden, natürlich nötigenfalls auch noch genauer aus der
Schwerpunktslage der .gekrümmten Druckfläche an.jedem Zylinder und: der Lage des
Kugelmittelpunktes 31 zu bestimmen; ebenso ist es auch nur angenähert zulässig,
bei der geometrischen Bestimmung des Kugelmittels bzw. der Kugelebene des Zylinders
die Zylinderachse und die Kolbenstangenachse zu verwechseln, welch letztere bei
völlig reibungsfreien Pleuelstangengelenken genau als die Resultierende der von
dem Triebflansch an dem betreffenden Zylinder übertragenen Kräfte zu betrachten
ist.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende geometrische Konstruktion führt
zunächst zu der in Abb. i dargestellten neuartigen Bauform eines hydraulischen Getriebes
der erwähnten Art, wobei es an sich gleichgültig ist, ob der Triebflansch TF fest
auf einer Welle befestigt ist und mit einer festen oder schwenkbaren Zvlindertrommel
zusammenarbeitet oder aber die Zylindertrommel um eine feste Achse rotiert und der
Triebflansch TF etwa unter Vermittlung eines Kardangelenkes oder Kegelradantriebes
oder anderer bekannter ?Mittel beweglich zu einer festen Hauptgetriebeachse, die
vielfach mit der Zylinderachse zusammenfällt, angeordnet ist.
Die
Bauweise nach Abb. z ergibt dabei die Möglichkeit, eine stark eingezogene Steuerung
bei einem Getriebe mit einer geringen Zylinderzahl auszuführen, bei welcher zwischen
den Zylindern kein genügender Platz ist, um diese beispielsweise durch einen Kugelzapfen
in bekannter Weise in der Kugelzapfenebene KK des Triebflansches TF zu führen.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende geometrische Bestimmung der eine
kippkräftefreie Lagerung des Zylinders ergebenden Kugelgröße -zeigt aber, daß es
auch möglich ist, noch eine Reihe anderer, bisher unbekannter Bauformen eines derartigen
Getriebes mit kippkräftefreier Ausführung des Zylinderkörpers herzustellen. Abb.
3 zeigt beispielsweise eine derartige Getriebehauform, bei welcher die meisten Baubestandteile
dieselbe Aufgabe, dementsprechend auch dieselben Bezeichnungen wie bei dem Getriebe
nach Abb. r haben. Geändert ist jedoch die radiale Führung des Zylinders, wozu hier
die Tragstange TS dient, die etwa in der näher der Steuerfläche gelegenen Ebene
AB den Zylinder führt. Die Tragstange TS ist dabei beispielsweise einerseits
im Triebflansch TF durch eine Kugel, andererseits in der feststehenden Steuerfläche
St durch einen zylindrischen Zapfen gelagert; anstatt dessen kann auch ein Tragzapfen
TZ Anwendung finden, der beispielsweise in der meist bei gewöhnlichen Getrieben
üblichen Weise als starrer, biegungssteifer Tragzapfen in der Steuerfläche steckt
(vgl. Abb. d.). Durch die durch die Erfindung gegebene Möglichkeit der Anwendung
einer kippkräftefreien Kugelsteuerung bei beliebiger Lage der radialen Führungsebene
AB des Zylinderkörpers ist es ebenfalls bei der Ausführung nach Abb. 4 sehr
gut möglich, einen recht kleinen Krümmungsradius der Kugelfläche zu erreichen, was
in vielen Fällen wohl wünschenswert sein kann; denn man sieht, daß die Krümmung
der Kugelfläche von selbst größer wird, wenn man die radiale Führungsebene genügend
nahe an die Steuerfläche St heranrückt. Letztere Ausführung, wie sie in Abb.
q. dargestellt ist, gestattet es dabei auch noch, oberhalb des Tragzapfens TZ einen
kleinen Raum etwa für die Unterbringung einer nach Art eines Kardangelenkes wirkenden
Mitnahmevorrichtung anzuordnen, während die Ausführung nach Abb. 3 in der Regel
für eine Mitnahme des Zylinderkörpers mittels der Kolbenstange selbst od. dgl. bestimmt
ist.
-
Für die Erfindung ist es dabei unwesentlich, ob nun die Auflagerung
des Zylinderkörpers in der radialen Führungsebene AB in einem Kugelzapfen,
also gelenkig, oder in einer Zylinderfläche, etwa ziemlich fest geschieht, wofür
sich beispielsweise die Ausführung nach Abb. 3 eignet, während bei der Ausführung
nach Abb.4 der Lauf des Zylinders auf dem feststehenden Zapfen von selbst eine gewisse
Beweglichkeit oder einen gewissen Einlauf heim Auftreten von Zwängungen infolge
von Achsfehlern gestattet.
-
Eine Ausführung nach Abb. 3, bei welcher man beispielsweise entgegen
der Darstellung nachAbb.3 die Länge der zylindrisch gestalteten radialen Führung
des Zylinderkörpers auf der Tragstange TS größer ausführt, ergibt andererseits eine
gewisse Überbestimmung in der Lage des Zylinders, die jedoch zur besseren Aufnahme
von zusätzlichen Kräften bzw. des Gewichts bei Leerlauf sehr gut sein kann. Andererseits
ist bereits bei dieser Ausführung und bei sämtlichen bisher beschriebenen die Aufnahme
des Gewichts bei horizontaler Zylindertrommeldrehachse schon ziemlich gut und jedenfalls
besser als bei einer radialen Führung des Zylinders in der Triebebene KK. Es ist
also auch möglich, durch die angegebene neuartige Bauform den Zylinder in genügende
Nähe seines Schwerpunktes zu führen und ihn dabei nach Belieben etwa kugelig beweglich
zur Vermeidung aller Zwängungskräfte oder aber mit beschränkter Beweglichkeit durch
zylindrische Führung oder Lagerung auszuführen. Die bisher .dargestellten Bauformen
ergeben eine konkave Steuerfläche an der Zylindertrommel, in welcher übrigens auch
bei der Ausführung nach Abb. t nach Belieben noch ein Tragzapfen TZ zur Aufnahme
von Gewichtskräften oder zur besseren schleuderfreien Führung der Kugel angeordnet
werden kann, wobei dieser Tragzapfen entweder in der Zylindertrommel oder in der
Steuerfläche oder in beiden mit einer geeigneten Lagerung laufen kann.
-
Es ist nun aber auch möglich, konvex gekrümmte Steuerflächen in derselben
Weise mit kippkräftefreien Kugeln auszuführen. Die Abb. 5 zeigt eine derartige Anordnung,
bei welcher .diese konvexe Steuerfläche offenbar eine kippkräftefreie Steuerung
ergibt, wenn die Steuerung nach außen gezogen wird, was in besonderen Fällen, z.
B. zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem 01, zweckentsprechend sein
kann. Verlegt man die radiale Führung nach der anderen Seite der konvexen Steuerfläche
der Zylindertrommel, beispielsweise durch einen in der Zylindertrommel fest befestigten
Tragzapfen TZ in der Ebene AB der Abb. 6, so ergibt sich aus derselben
Überlegung, wie sie auch den Grundgedanken der übrigen Bauformen des Getriebes darstellt,
wieder eine nach innen gezogene Steuerung gerade bei dieser konvexen Steuerfläche;
denn hierbei wird wieder die wesentliche dieser Erfindung zugrunde liegende Bedingung
erfüllt, daß die verlängerte Kolben- bzw. Pleuelstangenachse mit den resultierenden
ÖIdruckkräften Ö in der radialen Führungsebene AB des Zylinders sich schneidet.
-
Die bekannte Bauform der gewöhnlich mit nicht eingezogener Steuerung
versehenen Getriebe mit ebener Steuerfläche ergibt sich als sogenannte triviale
Lösung des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung für eine Kugelfläche mit unendlich
großem Radius.
-
Die vorliegende Erfindung zeigt daher, wie man bei einem Getriebe
den Zylinder auch außerhalb der Triebebene KK durch Anwendung einer nach
einer bestimmten Vorschrift gekrümmten Kugel so führen kann, daß keine schädlichen
Kippkräfte auftreten. Dieselben Lösungen ergeben sich auch darin,
claß
man Getriebe ausführt, beiwelchendieZylinderachsen oder Pleuelstangenachsen mehr
oder weniger stark gegeneinandergeneigt sind, da auch in diesem Falle eine Führung
des Zylinders an beliebiger Stelle angeordnet werden kann und trotzdem die Steuerung
aus .der Zylinderachse .bzw. Pleuelstangenachse herausgerückt werden kann, wenn
man als Steuerfläche eine in .der oben angegebenen Weise bestimmte Kugel ausführt.
-
Wird von der üblichen Zylindertrommel mit daranhängender Steuervorrichtung
letztere als besondere Steuerplatte abgetrennt, so geiten für diese dieselben Überlegungen.
Abb. 7 zeigt z. B. eine auf einem festen Zapfen oder einer festgeführten Achse festgelagerte
Zylindertrommel, bei welcher die abgetrennte Steuerplatte z. B. durch Ringe R gedichtet
wird. In diesem Falle wird die Steuerplatte SP durch die Ringe R radial geführt,
wenn diese nur Längsbewegungen und kleine Winkelabweichungen gestatten; andernfalls
kann man die Steuerplatte irgendwie anders, etwa ähnlich den Zylindern nach :ebb.
r, 3, q. und 5 oder 6 radial führen. Gemäß vorliegender Erfindung können wieder
die Kippkräfte auf die Steuerfläche vermieden werden, wenn man die Steuerfläche
als Kugel so krümmt, daß die Ö1-druckkräfte Ö sich mit den durch ,die Zylinderachsen
oder genauer mit den möglicherweise gegen die Zylinderachsen versetzten Ringachsen,
etwa nach innen versetzten Ringachsen, gegebenen Zylinderkräften in derjenigen Ebene
schneiden, in welcher die irgendwie geartete radiale Führung der Steuerplatte liegt.
Diese :"usführung ist für hohe Drehzahlen besonders geeignet; denn außer der auch
bei anderen Ausführungen möglichen Einrichtung der Steurung können die Steueröffnungen
besonders groß ausgeführt werden, wenn ,der dichtende Ringdurchmesser größer als
der Kolbendurchmesser ist; auch die ganz feste Lagerung des Zylinders ist für hohe
Drehzahlen vorteilhaft.