DEP0028345DA - Flüssigkeitsgetriebe mit Exzenterverstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsgetriebe, das als Flüssigkeitspumpe oder Motor und auch in einer Flüssigkeitskupplung anwendbar ist.

Die Bewegung der Kolben wird im allgemeinen bei diesen Maschinen durch eine exzentrische Verstellung der Kolbenführung gegenüber dem Zylinderstern erzeugt. Die Kolbenkräfte wirken sich auf Elemente aus, die für das Getriebe sehr wichtig sind. So wird der Kolbendruck von dem Mittelzapfen aufgenommen, der als Lagerstelle für den Zylinderstern dient. Jede Verformung dieses Mittelzapfens wirkt sich schädlich aus, sodaß der Betriebsdruck durch die Belastbarkeit dieses Zapfens begrenzt wird. Die Leistung der Flüssigkeitspumpen und Motore wird durch ihr Schluckvermögen bei einer Umdrehung, ihrem zulässigen Betriebsdruck und die Drehzahl bestimmt. Es wird ein möglichst großes Schluckvermögen angestrebt. Bisher sind die Getriebe der oben genannten Art nur mit einer Kolbenreihe gebaut worden, sodaß der Aufwand an Raum und Material für eine bestimmte Leistung sehr groß war.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Mängel zu beheben, was erfindungsgemäß grundsätzlich durch Anordnung mehrerer Kolbenreihen nebeneinander in einem gemeinsamen auf dem Mittelzapfen gelagerten, die Zylinderbohrungen aufweisenden Drehkörper (Zylinderstern) und durch eine besondere gegenseitige Versetzung der Exzentrizitäten der Aufführungen und Lagerungen für die Köpfe der Kolben der verschiedenen Kolbenreihen erreicht wird.

Zur Erläuterung dieser grundlegenden Merkmale der Erfindung und weiterer vorteilhafter Einzelheiten seien nachstehend verschiedene Ausführungsformen von Getrieben nach der Erfindung und verschiedene Einzelteile an Hand der Abbildungen 1 bis 8 beschrieben.

Die Abbildungen zeigen im einzelnen:

Abb. 1 ein Getriebe, mit einer Doppelreihe von Kolben im Radialschnitt,

Abb. 2 einen Achsialschnitt zu Abbildung 1,

Abb. 3 ein Kräfteschema des Getriebes mit einer Doppelreihe von Kolben,

Abb. 4-7 Kräfteschemata für Getriebe mit verschiedenen Zahlen von Kolbenreihen,

Abb. 8 einen Radialschnitt durch ein Getriebe mit drei Doppelreihen von Kolben,

Abb. 9 u. 10 Querschnitte durch den Mittelzapfen,

Abb. 11 Abwicklung des Mittelzapfens mit Entlastungskammern,

Abb. 12 einen Teilschnitt durch Mittelzapfen und Zylinderstern,

Abb. 13 eine schematische Darstellung der Anordnung der Kolben bei einem Getriebe mit drei Doppelreihen von Kolben.

In Abb. 1 ist ein Getriebe mit Kolbendoppelreihe dargestellt. Der Zylinderstern 1 ist auf der Steuerbüchse 2 aufgeschrumpft. Diese ist auf dem Mittelzapfen 3 gelagert, welcher die Kanäle 4 und 5 mit den Steuerschlitzen 6 und 7 zur Leitung der Flüssigkeit enthält. Der Mittelzapfen ist im Gehäuse fest eingesetzt und bietet mit seiner vorderen Bohrung 8 eine zusätzliche Lagerung für die An- oder Abtriebswelle 10. Im Zylinderstern sind die Zylinderbohrungen eingearbeitet, in welchen die Kolben 11 geführt sind. Die Kolben stützen sich mit ihren Köpfen gegen den Innenring eines Wälzlagers 12 ab, der zur Anlage der Kolbenköpfe entsprechend schräg geschliffen ist (vgl. Abb. 3). Das Wälzlager ist bei regelbaren Getrieben in einem Schieber 13 (vgl. Abb. 2) aufgenommen, der in dem Gehäuse 8 verstellbar ist. Ist eine Regelung nicht erforderlich, was vor allen Dingen bei Motoren der Fall ist, so wird das Wälzlager 12 im Gehäuse 8 exzentrisch zum Mittelzapfen fest gelagert. Die Welle 10 ist in dem Gehäusedeckel 14 gelagert, sie leitet die Energie über eine Ausgleichkupplung 15 von oder zu dem Zylinderstern 1. Ist, wie in Abbildung 2 dargestellt, das Wälzlager gegenüber dem Mittelzapfen versetzt, so führen bei einer Drehung des Zylindersterns die Kolben, die infolge ihrer Zentrifugalkraft oder infolge eines erhöhten Niederdruckes auf die Saugseite gegen den Innenring des Wälzlagers gedrückt werden, eine Pumpenbewegung aus. Die Größe des Kolbenhubes ist von der Größe der Exzenterstellung abhängig, welche, wie aus Abb. 2 hervorgeht, durch die Gewindespindel 16, die Mutter 17 und den Stellhebel 18 erfolgt.

Die Kolben werden durch Flüssigkeitsdruck und Zentrifugalkraft gegen das Wälzlager gedrückt, wobei die seitlichen Kräfte von je zwei auf ein Wälzlager arbeitenden Kolben gegenseitig aufgehoben, während die radialen Kräfte von dem Wälzlager aufgenommen werden. Die radialen Kräfte sind in Abb. 3 für einen Kolben mit P-halbe bezeichnet; auf das Wälzlager wirkt die ganze Kraft P. In Abb. 4 ist diese Kraft als Reaktionskraft auf den Mittelzapfen angegeben, welche im Abstand a von der Einspannung in dem Zapfen das Biegungsmoment P x a auslöst. Werden erfindungsgemäß mehrere Wälzlager mit mehreren Kolbenreihen angeordnet, und diese gegenseitig derart exzentrisch versetzt, daß die Kolbenkräfte von beiden Seiten auf den Mittelzapfen wirken, so kann durch geeignete Versetzung der Exzentrizitäten im Zusammenhang mit einer entsprechenden Anordnung der Kolben das schädliche Biegungsmoment aufgehoben werden. In Abb. 5 bis 7 sind hierfür Beispiele aufgeführt. Bei drei und vier Wälzlagern mit je einer Doppelreihe von Kolben wird das Biegemoment = 0 (Abb. 5 und 6), bei fünf Doppelreihen nach Abb. 7 wird das Biegemoment nur P x a, also nicht größer als das Biegemoment bei einer Doppelreihe nach Abb. 4.

Damit ist bewiesen, daß durch die erfindungsgemäße Anordnung mehrerer Kolbenreihen bzw. Doppelreihen die schädlichen Biegungsbeanspruchungen auf 0 oder zumindest auf einen ganz geringen Betrag reduziert sind, obschon die Maschinenleistung entsprechend der Kolbenreihenzahl vervielfacht worden ist.

In Abb. 8 ist eine Maschine mit drei Wälzlagern und drei Doppelreihen von Kolben dargestellt. Entsprechend dem im Bild 5 angegebenen Kräfteschema liegen zwei Lager nach der einen Seite, dagegen ein Lager nach der anderen Seite exzentrisch zum Mittelzapfen. Hierbei ist es gleichgültig, ob die Exzentrizität verstellbar oder fest ist. Die Verstellung kann, wie aus Abb. 8 ersichtlich, durch die gleichen Elemente vorgenommen werden, wie bei der Anordnung mit nur einer Doppel- reihe von Kolben und einem Wälzlager entsprechend Abb. 2. Lediglich sind die beiden Verstellmuttern 17 durch Stirnräder 19 oder andere Elemente miteinander zu verbinden, damit die gleichmäßige Verstellung aller Exzentrizitäten gewahrt bleibt.

Durch die Verlegung der Exzentrizitäten bei der Anordnung von mehreren Wälzlagern bzw. Kolbenreihen von der einen nach der anderen Seite des Mittelzapfens ist auch eine Verlegung der Druckkanäle und Steuerschlitze erforderlich. In Abb. 9 und 10 sind Querschnitte durch den Mittelzapfen hergestellt. Der oben liegende Steuerschlitz 6 in Abb. 9 ist mit dem Kanal 4 verbunden, während in Abb. 10 derselbe mit dem Kanal 5 verbunden ist. Demgemäß sind die nach unten liegenden Steuerschlitze 7 einmal mit Kanal 5 und einmal mit Kanal 4 verbunden.

Der Flüssigkeitsdruck in den Steuerschlitzen versucht die Steuerbüchse 2 von dem Mittelzapfen 1 abzudrängen und erzeugt damit auf die gegenüberliegende Seite einen beträchtlichen Lagerdruck. Um diesen aufzuheben, werden auf dieser Seite beiderseits von den Steuerschlitzen Entlastungskammern 20 angebracht, welche durch Nuten 21 mit den Steuerschlitzen 6 und 7 verbunden sind. In Abb. 11 ist dieses in der Abwicklung dargestellt. In der Abwicklung sind drei Kolbendoppelreihen dargestellt. Die wechselseitige Anordnung ist durch Schraffur der Flächen zu erkennen.

Zwischen den Steuerschlitzen und ihren Entlastungskammern sind Ringnuten 22 ausgearbeitet, welche die durch die Dichtungen tretende Flüssigkeit über Bohrungen 23 und eine zwischen den Zylinderstern 1 und der Steuerbüchse 2 liegende Nute 31 abfliessen lassen, wie in Abb. 12 dargestellt.

Durch diese Anordnung wird eine stetige Erneuerung der Flüssigkeit gewährleistet, die gleichzeitig die Schmierung des Zapfens übernimmt. Durch den dauernden Umlauf der Flüssigkeit wird der Mittelzapfen gut gekühlt.

Bei den Flüssigkeitsgetrieben, wie sie vorstehend geschildert sind, wird im allgemeinen eine ungerade Kolbenzahl bevorzugt, damit nicht zwei Kolben gleichzeitig in ihrer

Totpunktlage liegen und dadurch die Laufruhe stören.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung mehrerer Kolbenreihen tritt noch ein zusätzliches Moment auf. Während bei dieser Getriebeart stets ein Kolbenpaar zusammen arbeitet und diese mit einer bestimmten Kreisteilung entweder 5, 7, 9 und mehr von einem gemeinsamen Wälzlager gesteuert werden, wird die daneben liegende Kolbendoppelreihe um eine durch die Anzahl der Kolbendoppelreihen geteilte Teilung versetzt. Dadurch wird die Frequenz um die Anzahl der Kolbenserien erhöht. In Abb. 13 ist dieses für drei Kolbendoppelreihen dargestellt. Durch diese Anordnung wird der Versatz 1/3 der Teilung T. Es wird hiermit erreicht, daß der sonst übliche Abstand x von einer Doppelkolbenreihe zur anderen sich auf Z vergrössert und zu <Formel> wird, was sich günstig auf die Zylinder-Festigkeit bzw. auf die Größe des Kolbendurchmessers auswirkt. Man kann auch ohne auf die Gleichmäßigkeit der Fördermenge zu achten, jede Kolbenserie um 1/2 T versetzen, was sich am günstigsten auf den Kolbendurchmesser auswirkt, da hierbei der Abstand Z = <Formel> ist.

Die vorstehenden Erläuterungen des Erfindungsgedankens waren an Hand einer besonderen Bauart des Getriebes gegeben, nämlich einer Bauart, bei der von vornherein Doppelreihen von Kolben auf ein Wälzlager arbeiten. Selbstverständlich ist der Erfindungsgedanke auch bei anderen Bauarten von Getrieben anwendbar, beispielsweise auch dann, wenn nur eine Kolbenreihe auf ein Wälzlager arbeitet. Es ist auch nicht notwendig, daß die Pumpenbewegung der Kolben durch das Anlaufen der Kolbenköpfe an dem Innenring des Wälzlagers, welches exzentrisch zum Mittelzapfen angeordnet ist, erzeugt wird. Das Wichtige der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch Anordnung mehrerer Kolbenreihen die Leistung des Getriebes vergrößert wird und daß trotzdem durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kolbenreihen und der Exzentrizitäten die auftretenden Kräfte, Momente usw. niedrig gehalten werden.

Claims (7)

1.) Flüssigkeitsgetriebe mit Exzenterverstellung, bei denen der Kolbendruck von einem Mittelzapfen aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kolbenreihen nebeneinander in einem gemeinsamen auf dem Mittelzapfen gelagerten, die Zylinderbohrungen aufweisenden Drehkörper (Zylinderstern) angeordnet sind.

2.) Flüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrischen Führungen oder Lagerungen für die Köpfe der Kolben der verschiedenen Kolbenreihen durch gegenseitige zum Mittelzapfen tangentiale Versetzung - vornehmlich durch Versetzung um 180° - einzeln oder gruppenweise derart angeordnet sind, daß sich die auf den Mittelzapfen wirkenden Kräfte möglichst gegenseitig aufheben und ein möglichst geringes Biegemoment erzeugen.

3.) Flüssigkeitsgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen mit verschiedener Exzentrizität angeordneten Führungen oder Lagerungen gemeinsam verstellt werden.

4.) Flüssigkeitsgetriebe nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschlitze zur Flüssigkeits-Zu- und Abfuhr von den Kanälen des Mittelzapfens zu den Zylindern entsprechend der verschiedenen Exzentrizität der Kolbenreihen angeordnet sind.

5.) Flüssigkeitsgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerschlitzen diametral gegenüber aus dem Mittelzapfen Druckentlastungskammern ausgearbeitet sind, die durch Nuten oder Kanäle mit den zugehörigen Steuerschlitzen in Verbindung stehen.

6.) Flüssigkeitsgetriebe nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Entlastungskammern eines jeweiligen Steuerschlitzes eine Nute angeordnet ist, welche durchtretende Flüssigkeit über Bohrungen und Nute ausfließen läßt.

7.) Flüssigkeitsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenreihen um einen Bruchteil der Teilung versetzt angeordnet sind.