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Gebrauchsmusteranmeldung
| D 4 |
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| j-4/4 |
| wi,PUMPE BZW HYDRAULISCHER MOTOR- |
| Priorit der britischen Anmeldung, Patent Application Nr 6562/59 |
| vom 5. März 1959 |
| Die Neuerung betrifft ein eine hydraulische Pumpe und einen
hy- |
draulischen Motor aufweisendes Druckflüssigkeitsgetriebe, insbesondere für hydrostatische
Kraftübertragungen.
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Es ist bekannt, in Ölpumpen bzw Ölmotoren der Axialkolbenbauart den
Flüssigkeitsdruck dazu zu verwenden, die Zylindertrommel in Axialrichtung hydraulisch
so zu belasten, dass sie in einem Gleichgewichtszustand an einer festen Tragplatte
anliegt, so dass sowohl die Leckverluste als auch der Verschleiss der tragenden
Flächen vermieden oder zumindest stark herabgesetzt werden. Üblicherweise sind ein
oder mehrere Achslager vorgesehen, die die an der Zylindertrommel angreifenden Radialkräfte
aufnehmen. Es liegt auf der Hand, dass bei einer solchen Ausführung die Mittelachsen
der Lager möglichst genau mit der Drehachse der Steuerfläche der Zylindertrommel
fluchten und senkrecht zur Steuerfläche der Tragplatte verlaufen müssen.
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Die Verwirklichung dieser Forderungen wird dadurch erschwert, dass
die auf die Zylindertrommel einwirkenden axialen und radialen Kräfte in ihrer Grösse
stark schwanken, wobei insbesondere die axialen Kräfte den Gleichgewichtszustand
zwischen den Steuerflächen der Zylindertrommel und der Tragplatte beeinflussen.
Die durch den Ölfilm zwischen diesen beiden Flächen hervorgerufene, die Flächen
voneinander trennende Kraft verändert sich, wenn auch nicht in der Grösse, so doch
entsprechend der Frequenz der Axialbewegungen der Zylindertrommel. Eine Änderung
der Axialbelastung der Zylindertrommel, die sich in einer Veränderung der Trennkraft
äussert, ist 2 2 gleich dem Verhältnis D : d, wobei D den Zylinderdurchmesser und
d den Kanaldurchmesser bedeuten. In der Praxis ist dieses Verhältnis etwa 4 : 1
bis 6 : 1, was bedeutet, dass etwa 75 bis 83 % der Axialkraft von der Tragplatte
aufgenommen werden müssen, wodurch schwierige Lagerungsprobleme an einer in ihrer
geometrischen Form verwickelten Berührungsfläche auftreten.
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In einer solchen Axialkolbenmaschine sind hochwertige Lagerwerkstoffe
und ausserordentliche Sorgfalt bei der Herstellung Voraussetzung. Das ist gleichbedeutend
mit hohen Herstellungskosten. Trotzdem erfordern Verschleiss und Leckverluste im
allgemeinen eine häufige Wartung der Anlagen.
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Es ist Aufgabe der Neuerung, den Aufwand an Herstellungsgenauigkeit,
teurer Lagerwerkstoffe, Wartung sowie den Verschleiss und die Leckverluste stark
herabzusetzen. Das äussert sich in niedrigen Herstellung-und Unterhaltungskosten.
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Die Neuerung beschäftigt sich mit einem insbesondere für Druckflüssigkeitsgetriebe
geeigneten hydraulischen Motor oder mit einer hydraulischen Pumpe in Axialkolbenbauart,
deren Zylindertrommeln in zwei Lager geführt sind, von denen eines als vereinigtes
Radial-und Axialdrucklager ausgebildet ist. Anstelle der sonst üblichen festen Tragplatte
liegt
ein Flüssigkeits-Verteilerventil an der Steuerfläche der Zylindertrommel an. Dieses
Bauteil ist innerhalb gewisser Grenzen universalgelenkig ausgeführt, so dass es
Ungenauigkeiten im fluchtenden Sitz der Lager und Winkelfehler in Bezug auf die
Drehachse des Steuerspiegels ausgleichen kann. Es können daher bei der Bearbeitung
grössere Toleranzen zugelassen werden.
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Ein weiterer Vorteil der Neuerung ist eineverringerung des hohen Lagerdruckes
auf der Berührungsflache von Zylindertrommel und Ventilkörper.
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Dies wird erreicht, indem der Axialdruck auf die Zylindertrommel,
die durch den Ölfilm zwischen Zylindertrommel und Steuerfläche des Ventilkörpers
hervorgerufene Trennkraft und der Axialdruck auf die Rückseite des Ventilkörpers
miteinander in Gleichgewicht gebracht werden.
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Der Axialdruck und das Ausmass der Belastungsschwankungen der Zylindedrommel
aind abhängig son der e der Trommel und der Arbeitsbedingungen. Diese sind aber
bekannt, so dass die Grösstwerte des Axialdruckes errechnet werden können. Die Steuerflächen
der Zylindertrommel und des Flüssigkeits-Verteilerventils können so ausgelegt werden,
dass die durch den Druckölfilm zwischen diesen beiden Flächen hervorgerufene
| Trennkraft in ihrer Grösse gleich, in ihrer Richtung aber entgegengesetzt |
| ist einem Druc) iwert, der zwischen dem. kleinsten und dem
grössten Wert |
der Druckbelastung der Zylinder trommel liegt.
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Die Differenz zwischen der Trennkraft und dem Axialdruck der Zylindertrommel
muss von dem vereinigten Radial-und Axialdruck-Lager aufgenommen werden. Um eine
vollkommene Druckentlastung einer Pumpen-oder Motoreinheit herzustellen, muss die
Rückseite des Verteilerventil-Körpers so bemessen werden, dass der Flüssigkeitsdruck
auf diese Seite eine Kraft ausübt, die in ihrer Grösse gleich, aber in ihrer Richtung
entgegengesetzt ist der zwischen den Steuerflächen auftretenden Kraft, wobei der
Angriffspunkt der Resultante dieser Kraft übereinstimmt mit dem Angriffspunkt der
Resultante aus der zwischen den Steuerflächen auftretenden Trennkraft.
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Eine Richtungsumkehr des Druckflüssigkeitsstromes verändert zwar die
Grösse dieser Trennkraft nicht, der Angriffspunkt der Resultante dieser Trennkraft
wird aber um 1800 versetzt.
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Die Rückseite des Ventilkörpers muss so konstruiert werden, dass zwei
flächengleiche Abschnitte entstehen, auf denen die jeweiligen Angriffspunkte der
Resultanten aus den Druckkräften den gleichen Abstand von der Drehachse der Pumpe
bezw des Motors haben, d. h. von dem geometrischen Mittelpunkt der Fläche des Ventilkörpers.
Diese Flächenabschnitte sind öldicht gegeneinander abgeschlossen, wobei auf den
einen Abschnitt Hochdruck, auf den anderen Niederdruck einwirkt.
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Um die Bearbeitung und Abdichtung zu vereinfachen und eine geschlossene
Bauweise zu erhalten, weist die Rückseite des Flüssigkeits-Ventilkörpers zwei zylindrische
Stufen von Radius R und r auf. Die Stufe mit dem Radius R liegt konzentrisch zur
Achse der Pumpe und zur Steuerfläche. So können
| ,-Z 2 2 |
| diese zwei gleichen Flächen durch die Gleichung ?/r = (R-r)
ausge- |
| drückt werden. Mit y ist der Abstand des zum Kreis mit dem
Radius r ge- |
| hörenden Kreismittelpunktes vom geometrischen Mittelpunkt bezeichnet. |
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Es folgt, dass (rty) kleiner ist als R, wenn sich die beiden Kreise
nicht berühren. Durch diese Konstruktion werden automatisch gleiche Abstände der
Druck-Angriffspunkte von dem geometrischen Mittelpunkt des Ventilkörpers erhalten.
Die Grösse der Exzentrizität y ist allerdings begrenzt.
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Damit die Druck-Angriffspunkte auf der Steuerfläche und auf der Rückseite
des Ventilkörpers übereinstimmen, muss auf die Steuerfläche des Ventilkörpers ein
Druck so einwirken, dass die Resultante dieses Druckes und die Resultante des auf
die Rückseite des Ventilkörpers wirkenden Druckes auf den jeweiligen Flächen durch
Punkte gehen, die senkrecht übereinander liegen. Das wird durch Anordnung von blinden
Kanälen, die entweder radial innerhalb oder ausserhalb der Hauptkanäle liegen, auf
der Steuerfläche des Ventilkörpers bewirkt. Die Grösse der Trennkraft wird dadurch
nicht beeinflusst.
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Die Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Wert dieser
Trennkraft ist sehr klein im Verhältnis zu der von der Lagerfläche aufzunehmenden
Kraft ; an den Werkstoff der Steuerflächen brauchen daher keine grossen Anforderungen
gestellt zu werden. Die Herstellung wird vereinfacht und die Kosten werden gesenkt.
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Die Neuerung ist ferner anwendbar auf hydrostatische Getriebeanlagen,
die eine Ölpumpe und einen Ölmdbr enthalten, deren Flüssigkeitskreisläufe über zwei
Flüssigkeits-Verteilerventile miteinander verbunden sind, deren Ventilkörper aneinander
anliegen.
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Die Neuerung wird anhand der Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Flüssigkeitsgetriebe,
das einen Ölmotor und eine ölpumpe gemäss der Neuerung aufweist, Fig. 2 eine Ansicht
eines Pumpenventilkörpers, mit Bezug auf Fig. 1 von links gesehen, Fig. 3 eine Ansicht
des Pumpenventilkörpers, mit Bezug auf
| Fig. 1 von rechts gesehen. |
| Eine hydrostatische Pumpe weist eine Zylindertromunem, die
in Radial- |
| und Axialdrucklagern 2 und 3 in einem Gehäuse 4 gelagert ist,
auf. Kon- |
| zentrisch zur Drehachse der Zylindertrommel l ist eine Mehrzahl
von |
Zylindern 5 angeordnet, deren Längsmittelachsen parallel zur Drehachse der Zylindertrommel
verlaufen können. In den Zylindern 5 gleiten Kolben 6, deren kugelförmig ausgebildete
Enden von an einer Taumelscheibe 8 anliegenden Gleitschuhen 7 aufgenommen werden.
Die Zylinder 5 münden in Kanäle 5a am Ende der Zylindertrommel 1. Hieran schliesst
sich der Körper 9 eines Verteilerventils an, in dem die Kanäle 5a in Form von Durchlässen
10 und 11 ihre Fortsetzung finden, die, entsprechend der Drehrichtung oder der Anstellung
der Taumelscheiben, im Druck-oder Saugflüssigkeitskreislauf liegen. Der Körper 9
besteht aus zwei zylindrischen, zueinander abgesetzten Teilen und ist gleitbar in
einem Tragkörper 12 geführt.
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Zwischen dem Ventilkörper 9 und dem Tragkörper 12 werden Druckflüssigkeitskammern
9a und 9b gebildet, die sowohl gegen die freie Atmosphäre als auch gegeneinander
durch Rundschnurringe 13 und 14 abgedichtet werden. Blinde Kanäle 30 und 31 sind
durch Bohrungen 10a und lla mit den Hauptdurchlässen 10 und 11 verbunden. Der Tragkörper
12 liegt weiterhin an einem Gehäuse 15 an, in dem in Radial-und Axialdrucklagern
16,17 eine Zylindertrommel 18 eines Flüssigkeitsmotors gelagert ist. Die Zylindertrommel
18 enthält eine Mehrzahl von im Abstand zueinander angeordneten Zylindern 19, deren
Achsen parallel zur Drehachse der Zylindertrommel 18 verlaufen können. In den Zylindern
19 gleiten Kolben 20, deren kugelförmig ausgebildete Enden von an einer Taumelscheibe
22 anliegenden Gleitschuhen 21 umfasst werden. Die Zylinder 19 münden in Kanäle,
die sich bis an die innere Stirnseite der Zylindertrommel 18 erstrecken, die an
einem Verteiler-Ventilkörper 23 anliegt, der durch Rundschnurringe 24,25 abgedichtet
und gleitbar in dem Tragkörper 12 geführt ist. Durchlässe 26,27 verbinden die Zylinder
19 mit Druckflüssigkeitskammern 28,29, die in der gezeichneten Stellung mit den
Kammern 9b und 9a in Verbindung stehen. Blinde Kanäle 32,33 sind durch Bohrungen
26a, 27a mit den Durchlässen 26 und 27 verbunden. Der Ventilkörper 23 wirkt daher
in der gleichen Weise wie der Ventilkörper 9.
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Die Zylindertrommel l soll ein Teil einer Axialkolbenpumpe in einem
hydrostatischen Getriebe sein. Wenn sie in Drehung versetzt wird, werden ein Druck-und
ein Saugflüssigkeitskreislauf gebildet. Unter dem Einfluss des so erzeugten Flüssigkeitsdruckes
wird die Zylindertrommel mit einer Kraft, deren Grösse eine Funktion der Stirnfläche
der Zylindertrommel 1 und des Flüssigkeitsdruckes ist, gegen das Radial-und Axialdrucklager
3 gedrückt.
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Diese Kraft schwankt zwischen einem Kleinst-und einem Grösstwert bei
einer Frequenz, die eine Funktion der Drehzahl und der Anzahl der Zylinder 5 ist.
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Die aufeinander gleitenden Flächen der Zylindertrommel und des Ventilkörpers
9 sind so ausgelegt, dass der durch den Flüssigkeitsdruck zwischen diesen Flächen
erzeugte Flüssigkeitsfilm eine die Flächen voneinander trennende Kraft ausübt, die
dem axialen Druck der Zylindertrommel l entgegenwirkt, wodurch das Lager 3 ganz
oder teilweise von dem Axialdruck der Trommel 1 entlastet wird, bzw
die
Lager 2 und 3 in beliebigem Verhältnis nur noch die Differenz zwischen dem Axialdruck
und der Trennkraft aufzunehmen haben. Der zwischen den einander benachbarten Flächen
der Zylindertrommel und des Ventilkörpers 9 auftretende Druck wirkt in einem den
Ventilkörper 9 von der Stirnseite der Zylindertrommel l wegdrückenden Sinn. Diesem
Bestreben muss entgegengearbeitet werden, um Leckverluste zu vermeiden. Zu diesem
Zweck sind die Druckflüssigkeitskammern 9a und 9b so ausgelegt, dass der in diesen
Kammern herrschende Druck eine Kraft ausübt, die zwar in ihrer Grösse gleich, in
ihrer Wirkungsrichtung aber der trennenden Kraft entgegengesetzt ist. Der Ventilkörper
9 wird dadurch in Bezug auf die Zylindertrommel l in einem Gleichgewichtszustand
gehalten, so dass jeglicher Verschleiss vermieden und die Leckverluste äusserst
klein werden. Herstellungsungenauigkeiten und Abweichungen von der fluchtenden Lage
der Lager 2 und 3 sowie Winkelfehler in Bezug auf die Drehachse der Steuerfläche
der Zylindertrommel 1 rufen ein Taumeln dieser Steuerfläche hervor, was zu erhöhtem
Verschleiss und Leckverlusten führt. Die Anordnung der Rundschnurringe 13 und 14
an dem Ventilkörper 9 erlaubt Kippbewegungen, die dem Taumeln der Steuerfläche angepasst
sind, so dass erhöhter Verschleiss und Leckverluste hier vermieden werden. Es können
grössere Toleranzen in Bezug auf das Fluchten der einzelnen Teile und für die Bohrungsdurchmesser
zugelassen werden.
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In gleicher Weise wie die Ölpumpe ist auch der Ölmotor des hydrostatischen
Getriebes aufgebaut. Abweichungen von der beschriebenen Ausführung sind selbstverständlich
möglich, solange sie im Rahmen des Neuerungsgedankens liegen. So können beispielsweise
die gezeigten Lager durch ein einzelnes, mehrreihiges Wälzlager ersetzt werden.
In den gezeigten Ventilkörpern 9 und 23 liegen die blinden Kanäle näher am Mittelpunkt
der Körper als die Hauptdurchlässe. Sie können natürlich auch einen grösseren radialen
Abstand vom Mittelpunkt der Körper aufweisen als die Hauptdurchlässe. Die Ölpumpe
und der Ölmotor sind in einer Lage gezeigt, in der ihre Drehachsen miteinander fluchten.
Sie können aber auch in beliebiger Lage zueinander angeordnet werden.
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Die Ventilkörper 9 und 23 können auch, statt in einem hydrostatischen
Getriebe, in einer einzelnen Ölpumpe oder in einem einzelnen Ölmotor verwendet werden.
/Schutzansprüche