DE2022846A1 - Hydraulische Foerderer zur Erzielung eines hoechst gleichmaessigen und temperaturunabhaengigen Gesamtfoerderstromes fuer eine geschlossene als auch halboffene Kreislauffoerderung durch Doppelreihenverdraenger mit Phasenverschiebung - Google Patents

Description

• Beschreibung zur Schutzrechtsanmeldung.
• Hydraulische Förderer zur erzielung eines hdchst - gleichmäßigen und tempoeratur - unabhängigen Gesamtförderstromes, für eine geschlossene als auch halboffene Kreislaufförderung durch Doppel-Teihenverdränger mit Phasenverschiebung.
• Die heute im Handel vertriebenen schnellaufenden hydr. Förderer (Pumpen u. otore) der Radial - als auch der Achsialbauart er -wirken bei ihrer Förderung noch zu große Förderungsschwankungen im Gesamtförderstrom. Letztere sind hochfrequent und ergeben im gleichen Rhytmus - und je nach Kolbenzahl - Druckschwankungen, deren Spitzen bis zu loo A über dem mittleren Leistungsdruck liegen. Die hochfrequenten und noch stark überhöhten Druckschwankun -gen verursachen dauernd undichtigkeiten im Leitungssystem, setzen die Dauerfestigkeit der Bauelemente, insbesondere die der Rohr -u. Schlauchleitungen stark herab, erwirken durch ihre hochfre -quente Molekularverschiebungsarbeit im Förderstrom eine unötige Erwärmung und setzen dadurch auch den Leistunseffekt stark herab.
• (Hierzu siehe Zeitschrift : Fluid 1/69 - Hydraulik heute und 1972.) Eine größere Kühleinrichtung wird erforderlich. Die Druckschwan -kungen verursachsen häufig auch ein Schlagen der Ventile.
• ÄlLs Konsequenz stellt sich die Aufgabe: Hydr. Förderer mit einem größe - gleichmäßigen Förderstrom durch Vergrößerung der Anzahl der Hubeinheiten bei entsprechender Verkleinerung der Hubvolumina zu erreichen. Dieses ist aber so ohne weiteres nicht möglich.
• Konstruktive Einengung der Ansangquerschnitte und damit erhöhte Strömungswiderstände sind die Folge Die Erfindung zeigt,wie man diese nachteiligen Behinderungen umgehen kann. Hierzu Aufsatz: Neue Wege in der Entwicklung hydro -statischer Antriebe ....... in o + p - 11/69.
• Es ist bekannt, daß man einen schnellaufenden hydr.Fdrderer aus mehreren unsarzahligen Einzelverdränger im Kreisring verteilt, erstellt, weil das unpaarzahlige System einen bedeutend gleichmä.-ßigeren Förderstrom erwirkt, als ein solches mit einer sergleichbar anliegenden Paarzahl, und Je höher die Kolbenzahl ist, desto gleichmäßiger wird der Förderstrom. Beim Durchfahren eines Kolbenteilungs - # (eines unpaarzahligen Systemes) wird die Gesamtförderkurve durch zwei hintereinanderliegende etwa sinusförmige Bogen abgegrenzt, d.h-. die Förderung hat innerhalb eines Kolben -teilungs - # zwei mal ihr Maximum und zwei mal ihr Minimum.
• Die Bogenüberhöhungen und damit die prozentualen Förderschwen -kungen. - Je nach Kolbenzahl - kann man rechnerisch ermitteln.
• Das durch die Bogenüberhühung sich periodisch ergebende Mehrvo -lumen muß von dem Druckvolumen mit aufgenommen werden und verur -sacht somit eine gleich - periodische Drucksteigerung. Letztere ist also abhängig von der Größe der Mehrvolumina aus der kinema -tischen Förderungsungleichheit.
• Eine zweite periodische Druckschwankung bzw. ein Druckgefälle entsteht, wenn ein durch den volumetrischen effekt vermindertes Ansaugevolumen (Kolbenhubvolumen von geringer Dichte) in die Druckzone gelangt. Hier findet ein Druckausgleich. also ein Druekgefälle statt. Eine Vordruckpumpe, mit der das Ansaugevolumen mit einem kleinen Vordruck in die Druckzone gelangt, leistet hier wertvolle Dienste und bewirkt ein kleineres Druckgefälle. Bei der Betrachtung eines einzelnen hydr. Föderers tritt beim Durchfahren eines Kolbenteilungs - einmal ein ansaugbedingtes Druckgefälle und zweimal eine kinematischbedingte Drucksteigerung ein. Daraus geht hervor, daß die Frequenz der kinematischbedingten Drucksteigerung doppelt so hoch ist, wie die des solume trischbe dingten Druckgefälles.
• Diese hochfrequenten Druckgefälle bzw. Drucksteigerungen sind noch zu groß - die Nachteile wurden eingangs erwähnt - und ergeben zu große Systeresis - Verluste ( hochfrequente Molekularverschie -bungsarbeit ) im Förderstrom, erzeugen eine unötige Erwärmung des treiböles und setzen dadurch den Leistungseffekt stark herab.
• oin höchstgleichmäßiger Förderstrom kann aber nur durch eine vertretbare Höchstzahl von Einzelförgliedern erreicht werden. Bei den herkömmlichen Bauweisen treten aber der Realisierung aieser Zielsetzung konstruktive u. nachteilige Schwierigkeiten entgegen, sie machen die Ausführung sogar unmöglich Bei der Radialbauart, bei der die Kolben radial in einer Schei -benebene sternförmig, und bei der Achsialbauart, bei der die Kolben in einem Mantelring angeordnet sind, ist die Wahl einer hohen Kolbenzahl konstruktiv begrenzt. Außerdem ergeben sich noch ungünstige Kontinunitätsverhältnisse zwiscehn den Kolbenquerschnit tera und den kleineren Ansaugquerschnitten an der Steuerachse bzw.
• mm Steuerspiegel. Es entstehen somit schädliche (Übergangs-) Räume, die außerdem noch eine bauliche Vergrößerung - vor allem radial - bedingen. Die Volumina der schädlichen Räume werden unnütz gespannt u. entspannt, erzeugen unmötig Wärme und ver -zehren dadurch Arbeit und beeinflussen den volumetrischen Effekt negativ.
• Um mit einfachen Mitteln eine Verdrängereinheit für eine hüchsterreichbar - gleichmäßige Forderung mittels einer vertretbaren Höchstzahl an Kolben unter Ausschaltung der sonst hinzunehmenden nachteile zu erstellen geht die Erfindung einen anderen Weg.
• Hierzu Aufsatz: Neue Wge ......... aus o. + p 11/69 Bei der Radialbauweise werden statt der einrethigen sternförmig angeordneten Verdrängereinheiten, mehrreihige - vorzugsweise eine doppelstermförmige Verdrängereinheit mit der doppelten Anzahl an Radialkolben mit halben Flächenquerschnitt fir gleichgroßes Fördervolumen angeordnet. Die beiden unmitter nebeneinanderliegen den Sternreihen werden tangential derart versetzt, daß die momentane max. Förderung der einen Reihe, mit der momentan minimalen Förderung der anderen Reihe zusammenfällt Und dadurch eine Kom -pensierung der internen Förderungsschwankungen herbeiführt.
• Dem gemeinsam erzeugten Förderstrom verbleiben nur noch 1/4 der Förderschwankungen gegenüber der vergleichbaren einreihigen Ausführung. Da bei der doppelsterningen Ausführung die kolbenflächen halb so groß werden, kann man die Kolbenubrähme ohne Querschnittsveränderung bis zur Steuerachse durchführen. Damit kommen die unterwünschten schädlichen Räume in Fortfall, und man baut dadurch radial kleiner.
• Da die doppelsternige Ausführung des Hauptförderers nur unwesentlich achsial länger baut liegt der Gedanke nahe die erforderliche Vordruckpumpe (mit kleineren Kolben) auf die' gleiche Weise un -mittelbar neben der Hauptpumpe anzuordnen. Dadurch erzielt man eine bessere Raumausnützung und erspart die sonst erforderlichen Antriebsmittel und Rohrleitungen für die Vordruckpumpe.
• Eine solche Ausführung ist- in den nachstehenden Abb. zu erkennn.
• Abb. 1. zeigt einen Längsschnitt durch zwei hydr. Verdränger-Hauptpumpe mit Vordruckpumpe u. dem Motor für eine geschlossene Kreislaufförderung in der Form eines Regelgetriebes.
• Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch die Hauptpumpe nach Abb.l Abb. 3 " " " " " " Vordruckpumpe, welche unmit telbar neben der Hauptpumpe in der gleichen Kolbentrommel angeordnet ist.
• Abbs4 zeigt einen Längsschnitt durch einen hydr. Förderer -Hauptpumpe mit Vordruckpumpe für eine halboffene Kreislaufförderiing Abb.5 zeigt einen Schnitt durch die Hauptpumpe nach Abb. 4 Abb.6 zeigt einen Schnitt durch die Vordruck - bzw. Ergänzungs-Hauptpumpe pumpe, welche ebenfalls unmittelbar neben der/in der gleichen Kolbentrommel angeordnet ist.
• Abb. 7 zeigt die quadratische Anfräsung der Kolbenhubräume an der Mündung zur Steuerachse.
• Abb.8 zeigt die Stirnansicht X zur quadratischen Anfräsung nach Abb. 7 Zu den Abb. 1-3 Abb. 1+ 2 . Hier ist eine geschlossene hydr. Kreislaufförderung durch die bei 0 angetriebene Pumpe P und den bei Q abtreiben -den Motor M in bekannter Weise als hydr. Regelgetriebe dargestellt.
• Pumpe P und Motor M sind als Doppelreihenverdränger mit Phasen -versatz ausgebildet, d.h. die eine Kolbensternreihe ist gegenüber der anliegenden um 1/4 des Kolbenleisdtungs - # tangential versetzt.
• Dadurch werden die internen Förderungsschwankungen zum größten Teil kompensiert, und es verbleiben nur noch 1/4 der Förderungsschwankungen gegenüber einer vergleichbaren einreihigen Ausführung.
• Die Radialkolben 1 + 1' der Pumpe P und des Motors M sind in den Kolbentrommeln 2 + 2' in 3 Je zwei nebeneinanderliegenden Sternreihen radial geführt und stützen sich in ihrer äußeren Begrenzung auf den Innenringen 3 + 3' der Wälzlager 4+4' ab. Die Kolbentrommeln 2 + 2' sind ihrerseits in Wälzlagern 5+ 5' hintereinanderliegend in dem gemeinsammen Getriebegehäuse 10 drehbar gelagert.
• In den Bohrungen der Kolbentrommeln 2+ 2' ist die gemeinsame Steuerachse 6 mit den internen Hanpt- Kanälen 7 hydraulisch aus -geglichen, aber nichtdrehbar gelagert . Die Pumpe P und der Motor M sind rmnr über die hydr. Förderung durch die Kanäle 7 mit einander gekoppelt, sonst sind sie unabhangig von einander drehbar.
• Das motorseitige Wälzlager 4' ist in einer Schwinge 8 gelagert.
• Letztere stützt sich über die Achse 9' im Gehäuse 10 ab und ist über die Arretierung 11' auf eine vorgegebene größte Exzentrizi tat fest eingestellt. Bei der Drehung des rotors M bzw. der Kolbentrommel 2' machen daher die Kolben 1t stehts den größten Hub.
• Das pumpenseitige Wälzlager 4 ist in der Regel- Schwinge 8 golagert. Letztere ist bei 9 drehbar und bei 11 mittels des Steuerhebels 12 steuerbar, d.h. sie kann aus der Mittellage nach beiden Seiten bis zur größten Exzentrizität ausgeschwenkt werden.
• Bei der Drehung der kolbentrommel 2 machen dann die Kolben 1 dem jeweiligen Schwingenausschlag entsprechend eine Hubbewegung, und fördern somit in bekannter Weise einen Ölstrom zu dem Motorteil - dieser beginnt zu drehen- im Kreislauf. Letzter ist durch Überdruckventile 13 abgesichert. Die Förderung ist beiderseits von o - ma¢. regelbar.
• Daß man in vorliegendem Fall den geschlossenen Förderkreis mit -tels einer Vordruckpumpe V speist, ist bekannt. Das markante ist hier, daß dieselbe -wie Abb. 3 zeigt - gleichsinnig wie die Hauptpumpe P in einem kleinen Abstand nebenan einsternig und in der gleichen Kolbentrommel 2 angeordnet ist. Die Radialkolben 14 stützen sich in ihrer äußeren Begrenzung auf dem feststehenden Exenterring 15 ab- machen stehts einen konstanten Rub; - Bau -gen er den Kanal 16 bei dem Rückschlagventil 17 an und drucken das angesaugte Öl über den kanal 18 (ebenfalls über R. V. -7entile) in die Hubkanäle 7. Der Förderstrom der Vordruck -pumpe ist ebenfalls wie der Hauptförderstrom durch ein Überdruck -ventil 19 abgesichert.
• Die Arbeitsweise ist die gleiche wie die der übringen hydr. Re -gelgetriebe . Durch Schwenken der Steuerschwinge 8 aus der Mittellage bis zur größten Exzentrizität machen die Kolben 1 eine dem Schwingenausschlag entsprechende Hubbewegung, fördern dadurch einen Ölstrom durch die Kanäle 7 zum rotor M . Dieser beginnt sich zu drehen und fördert gleichzeitig das drucklose zur Pumpe P zurück Die Schwenkrichtung der Schwinge 8 bestimmt die Förderrichtung des Ölkreislaufes und damit die Drehrichtung des Motors M - Beide Drehrichtungen des Motors M sind von o - Maximum stufenlos regelbar.
• Zu den Abb. 4 B 6 Der Aufbau der Regelpumpe P1 nach Abb. 4 ist der gleiche wie der, der Regelpumpe P nach Abb. 1 . Lediglich die Steuerschwin -ge 8 und die Steuerchse 11 erhalten eine geringe Abwandlung ihrer Funktion. Die Steuerschwinge 8 wird stehts mittels einer Feder 20 auf eine der größten Exzentrizität gehalten. Mit Hilfe eines Steuerkolbens 21, der mit Drucköl beaufschlagt wird, wird bei einer vorgegebenen Drucküberschreitung die Steuerschwinge 3 zur Mittellage hin verschoben, sodaß in einem gewissen Bereich, der Feder - Charakteristik entsprechend auf konstante Leistung geregelt wird.
• Die hier bei einer nichtgeschlossenen Kreislaufförderung erstmal angewandte Vordruckpumpe V1 hat den zweck, das Ansaugevolumen der Hauptpumpe Pq , welches um den volumetrischen Effekt normaler Weise vermindert wird, kurz vor dem Ende der Ansaugperiode über die Leitung 22 und den Kanalschlitz 23 zu ergänzen und darüber hinaus noch, auf einen kleinen Vordruck zu bringen.
• Hierdurch entsteht beim Eintritt der Ansaugevolumen in der' Druck zone ein kleineres Druckgefälle, und damit verbunden werden auch die Itysteresis - Verluste verringert.
• Die Vordruck -für diesen Fall auch Ergänzungspumpe Vi hat den gleichen Aufbau wie die Vordr.-p V- nach Abb. 1 u.3. Sie saugt über den Kanal 24 an und druckt das angesaugte Öl von einem nicht gezeichneten Überdruckventil abgesichert - über den Kanal 22 und den Steuerschlitz 23 zu den vorbeigleitenden Kolbenvolumen der Hauptpumpe P1, saugt uber das Filter 25 und den Kanal 25 Ol an und drückt es uber den Kanal 27 zum Anschluß der Druckleitung 28 Die quadratischen Anfräsungen der Kolbenubräume an der Mündung zur Steuerachse - Abb. 7 u.3 bewirken günstigere Öffnungs- und Schließverhältnisse in den Totlagen. Sie begegnen den evtl. auftretenden Druckquetschungen bei 9lus - Toleranzen. Bei der Vor -druckpumpe V1 sind die quadratischen Anfräsungen vorteilhaft insofern, als die Volumen - Ergänzungszufuhr auf einem kleinen Dreh - Sektor der Hauptpumpe erfolgt.
• Da Prinzip der Doppelreihenverdränger mit Phasenverschiebung läßt sich auch bei der Achsialkolbenbauart mit einem kostspie -liegeren Aufwand anwenden. Man benötigt dazu eine zweite Kolbentrommel. Die Kolbentrommeln wurden bei der Boxeranordnung hintereinander phasenversetzt und bei der Parallelausführung neben -einer phasenversetzt angeordnet.

Claims (7)

Schutzrechtsansprüche

1. Hydraulische Fördereinheit, bestehend aus einer unterteilten Hauptpumpe, die in mehr als in einer Ringreihe oder Scheibenreihe verteilt angeordneten Verdrängereinheiten besitzt und einer Vordruckpumpe, mit denen im Zusammenwirken, unbeschadet von Temperatureinflüssen, ein größt- gleichmäßiger Gesamtförderstrom mit geringsten Druckschwankungen und daher mit geringsten Hyste -resis- Verlusten erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpumpe (P) als Nehrreihen- Verdränger, vorzugsweise als mehrgliedriger Doppelreihen - Verdränger a0isgebildet ist, bei der die eine reihe gegenüber der anderen inbezug auf Phasenförderung derart tangential versetzt ist, daß sich die internen kinema -tisch- bedingten Förderungsschwankungen zum größten Teil kompen sieren, und dadurch einen bedeutend - gleichmäßigeren Gesamt -förderstrom erwirken, zusammen mit der Vordruckpumpe (V), die bei einer geschlossenen Kreislaufförderung, den Kreislauf in bekannter weise aiif einen vorgegebenen Druck speist, in einer gemeinsamen Kolbentrommel (2) unmittelbar nebeneinanderliegend angeordnet sind und gemeinsam angetrieben werden.

°. Hydraulische Fördereinheit, bestehend aus einer unterteilten Hauptpumpe, die in mehr als in einer Ringreihe oder Scheiben -reihe verteilt angeordneten Verdrängereinheiten besitzt und einer Vordruckpumpe, mit denen im Zusammenwirken, unbeschadet von Temperatureinflüssen, ein größt- gleichmäßiger Gesamtförderstrom mit geringsten Druckschwankungen und daher mit geringsten Hysteresis- Verlusten erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpumpe (P1) als Mehrreihen- Verdränger, vorzugsweise als mehrgliedriger Doppelreihen - Verdränger ausgebildet ist, bei der die eine Reihe gegenüber der anderen inbezug auf Phasenförderung derart tangential versetzt ist, daß sich die internen kinematisch - bedingten Förderungsschwankungen zum größten Teil kompensieren, und dadurch einen bedeutend - gleichmäßigeren Gesamtförderstrom erwirken, zusammen mit der Vordruckpumpe (V ) die bei einer halboffenen Kreislaufförderung, die Ansaugvolumina der Hauptpumpe (P1 ) kurz vor Beendigung der Ansaugperiode über den Kanal (22 ) und den Steuerschlitz (23 ) durch Ergänzungs -zufuhr auf einen einstellbaren Vordruck bringt, in einer gemein -samen Kolbentrommel (2") unmittelbar nebeneinanderliegend ange -ordnet sind und gemeinsam angetrieben werden.

3. Hydraulische Fördereinheit nach Anspruch 1 u.2 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erstellung eines hydraulischen Regelgetriebes- bestehend aus einer Pumpe (P) und einem Motor ( < M-für die Förderung im geschlossenen oder auch halboffenem Kreis -lauf, der Motorteil (M) als Doppelreihenverdränger mit Phasenverschiebung ausgebildet ist.

4. Hydraulische Fördereinheit nach Anspruch 1 - 3 dd.gek.

daß bei dem Doppelreihen -Verdränger der Phasenversatzwinkel 1/4 des Kolbenteilungswinkels beträgt.

5. Hydraulische Fördereinheit nach Anspruch 1 -3 dd.gek. daß bei einem Dreireihen - Verdränger der Phasenversatzwinkel l/o des Kolbenteilungswinkels beträgt.

6. Hydraulische Fördereinheit nach Anspruch 1 -3 dd. gek., daß die Kolbenhubräume der Kolben (1,1' 1", 14 u. 14") an deren Mündungen zur Steuerachse (6 u. 6'). zur Erreichung günstiger Öffnungs - und Schließverhältnisse beim Wechsel der Druckseiten durch quadratische Anfräsungen, mit zwei gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung der Kolbentrommeln (2 2' u. 2") liegend, ausgebildet sind.

7. Hydraulische Fördereinheit nach Anspruch 1- 6 dd. gek. daß zur Vermeidung der schädlichen Räume die Radialkolben (1 1' 1" l4 u. 14" ) bei größter Exzentrizität sich bis zur Steuerachse 6 u.6') bewegen.

L e e r s e i t e