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Flüssigkeitsgetriebe Die Erfindung bezieht sich .auf .ein Flüssigkeitsgetriebe
mit in Zylindern einer umlaufenden Kol.bentrömmel .angeordneten Arbeitskolben. Bei
Getrieben dieser Art wirken die abgeschrägten Enden der Arbeitskolben mit einer
umlaufenden, schräg .zu den Kolbenachsen verlaufenden, exzentrisch angeordneten
ringförmigen Laufbahn zusammen und werden auf diese Weise in ihren Zylindern: bewegt.
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Bei bekannten Getrieben dieser Art besteht der Nachteil, daß die Arbeitskolben
einer erheblichen Reibung und daher Abnutzung ausgesetzt sind, zumal solche Getriebe
in der Regel mit hoher Drehzahl umlaufen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese starke Reibungsabnutzung
der Arbeitskolben zu vermeiden; erfindungsgemäß wird dieser Erfolg dadurch erzielt,
daß eine Laufbahn zur Anwendung kommt, die die mit ihr zusammenwirkenden Enden der
Arbeitskolben ständig nur auf einer Seite der durch die Kolbenachsen gelegten Ebene
berührt. Bei dieser Bauart drehen sich die Arbeitskolben während des Umlaufs der
Kolbentrommel um ihre Achsen. Diese Drehbewegung erfolgt aller im Gegensatz zu den
bekannten Getrieben nicht ständig in der gleichen Richtung, sondern wechselt vielmehr
während eines vollständigen Umlaufs der Zylindertrommel, derart, daß jeder Kolben
sich während der einen Hälfte der (?@nla.@zfl@@:u;c:,rfung der Trommel in der einen
Richtung, während der andern Hälfte der Umlaufbewegung jedoch in entgegengesetzter
Richtung dreht. Dadurch wird der Erfolg erzielt, daß eine rein gleitende Reibung
der Kolben in ihren Zylindern vermieden ist und sich eine besonders gute Schmierung
zwischen Kolben und Zylinderwandung erreichen läßt.
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Die vorstehend geschilderte Aufgabe läßt sich mit den bisher bekanntgewordenen
Getrieben der hier in Frage kommenden Art deswegen nicht erzielen, weil entweder
bei diesen bekannten Bannarten Arbeitskolben nicht ständig einseitig mit der sie
berührenden Laufbahn zusammenwirken oder weil diese bekannten Getriebe nicht mit
einer exzentrisch angeordneten, die Arbeitskolben bewegenden Laufbahn ausgestattet
sind.
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Bei einem bekannten Getriebe der letzterwähnten Bauart wirken zwar
;auch die Köpfe von Arbeitskolben mit einer schräg zu den Kolbenachsen verlaufenden
Steuerfläche zusammen; diese schräge Steuerfläche ist aber ortsfest und, wie schön
erwähnt, nicht 'exze-ntrisch zur Zylindertrommel angeordnet. Überdies wirken die
Köpfe der Arbeitskolben nicht nur mit der erwähnten Steuerfläche, sondern auch mit
.der Achse der Zylindertrommel zusammen, und zwar um ein Schiefdrücken zu vermeiden.
Infolgedessen findet eine verhältnismäßig rasche Relativbewegung zwischen den Köpfen
der Arbeitskolben und dieser
T rommelächse statt was zu starken
Reibungsabnutzungen zwischen den einzelnen Getriebeteilen führt.
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Bei einer Ausführungsform des neuen Getriebes sind die Zylinder der
Arbeitskolben in bekannter Weise radial in der Zylinde.#-° trommel angeordnet, wobei
die mit den Kot='-benenden zusammenwirkende Laufbahn die Zylindertrommel in bekannter
Weise exzentrisch umkreist.
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Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung zweier auf der
Zeichnung veranschaulichter Ausführungsformen dargestellt.
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Fig. i ist ein mittlerer Längsschnitt durch die mit einer kegelförmigen
Ventilwelle versehene Pumpe; der Schnitt verläuft nach der Linie i-i der Fig. 2.
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Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. i.
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Fig.3 veranschaulicht ein Bild, das die Wirkung der Pumpenkräfte zeigt.
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Fig. d. ist,ein mittlerer Längsschnitt durch eine Pumpe mit einer
geraden Ventilwelle. Der Pumpenmechanismus ist in einem ortsfesten Gehäuse i untergebracht,
dessen vorderes Ende durch einen entfernbaren Kopf 2 verschlossen und an dessen
hinterer Wand ein Ansatz 3 befestigt ist. Der Ansatz 3 weist zwei radiale Kanäle
q. und 5 auf, mittels deren die Pumpe an die Leitungen 6 und 7 eines äußeren hydraulischen
Stromkreises angeschlossen werden kann.
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Das Gehäuse enthält einen Schlitten 8, der an einer Vorwärtsbewegung
durch den vorderen Kopf 2 gehindert ist. Eine senkrechte Bewegung des Schlittens
ist durch Seitenplatten g und io verhindert; der Schlitten kann jedoch quer zum
Gehäuse durch .ein Handrad i i bewegt werden. Innerhalb des Schlittens 8 ist ein
zylindrisches Gehäuse 12 angeordnet, das auf Lagern 13, 14. drehbar ist. Diese Lager
sitzen auf den Naben des Schlittens B.
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In dem Absatz 3 ist der hintere Teil einer Ventilwelle 15 starr befestigt.
Der. vordere kegelförmige Teil der Welle 15 ragt in das Gehäuse 12 hinein. Die Welle
oder der Zapfen 15 weist zwei obere Längskanäle 16 und zwei untere Längskanäle 17
auf: Die hinteren Enden der Kanäle 16 und 17 stehen mit den radialen Kanälen d.
und 5 des A.zsatzes 3 in Verbindung; die vorderen Enden der Kanäle 16 und 17 sind
an die beiden Ventilkanäle 18 und ig angeschlossen, die diametral einander gegenüberliegend
an deni.kegelförmigen Teil des Zapfens 15 vorgesehen sind und durch eine Brücke
:I1, .I2 getrennt werden.
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Auf dem kegelförmigen Teil des Zapfens 15 ist eine Zylindertrommel
2o drehbar; sie wird durch eine Welle 21 angetrieben, die auf zwei Lagern 22 und
23 ruht. Die beiden Lager sitzen auf dem vorderen Kopf 2 bzw. dein inneren Ende
des Zapfens 15. Auf das innere Ende der Welle :2i ist ein Treiber 2.4 aufge-?; @V;tzt.
Dieser Treiber ist über eine Mehrzahl t@'i Schraubenfedern 25 mit der Zylindertrom-2o
verbunden, so daß zwischen der Trom-' le, und der Welle eine biegsame Antriebsverbindung
besteht.
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Die Zylindertrommel 2o ist mit mehreren radialen Zylindern 26 versehen,
die in drei Reihen angeordnet und an mehrere Zylinderkanäle 27 angeschlossen sind.
Die Zylinderkanäle 27 sind in zwei Reihen angeordnet. Jeder Zylinderkanal kommt
bei der Drehung der Zylindertrommel abwechselnd mit den beiden Ventilkanälen i8
und ig in Verbindung. In jeden Zylinder ist ein Kolben 28 eingepaßt,dessen äußeres
Ende normalerweise mit der kegelförmigen inneren Fläche des .einen von drei Laufbahnen
29, 30 und 31 in Eingriff steht. Die Ringe 29, 30 und 31 sind an der
Innenseite des Gehäuses 12 befestigt. jeder Ring steht mit allen Kolben der einen
Zylinderreihe in Eingriff.
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Wenn sich die Zylindertrommel dreht und die Achse des Gehäuses 12
gegenüber der einen Seite der Zylindertrommelachse versetzt ist, können sich die
Kolben bei einer halben Umdrehung der Zylindertrommel nach außen bewegen, während
sie bei der anderen halben Umdrehung der Zylindertrommel durch das Gehäuse nach
innen geschoben werden. Dabei wird Flüssigkeit aus den Zylindern herausgepreßt,
so daß die Pumpe Flüssigkeit in der einen Richtung fördert. Wenn durch das Handrad
i i die Achse des Gehäuses auf die andere Seite der Zylindertrommelachse gebracht
wird, dann fördert die Pumpe Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung.
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Wenn die Maschine als Pumpe benutzt werden soll, könnten die Kolben
durch Zentrifugalkräfte oder auf irgendeine andere Art, z. B. mittels eines von
einer Hilfspumpe erzeugten Druckes, nach außen bewegt werden; diese Hilfspumpe könnte
dabei Flüssigkeit in den Einlaßkanal des Zapfens fördern. Benn dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das treibende Rad 32 einer Zahnräderpumpe auf der Triebwelle 21 befestigt. Das
getriebene Zahnrad 33 sitzt auf einem Wellenstumpf 3-., der an dem vorderen Kopf
2 angeordnet ist. Beide Getrieberäder liegen in einer Pumpenkammer, die in dem vorderen
Kopf gebildet ist. Die Zahnradpumpe ist durch ein Ventil und nicht dargestellte
Kanäle an die Einlaßseite der Förderpumpe angeschlossen.
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Jeder Kolben steht mit einer Laufhahn an einer einzigen Stelle in
Eingriff, die gegenüber der Kolbenachse versetzt ist. Damit diese Stelle einen erheblichen
Abstand von der Kolbenachse erhalten kann, ist jeder Kolben
mit
einem Kopf 35 (Fig. 3) versehen, der eine kegelförmige oder gebogene, jedoch nicht
kugelige Lagerfläche 36 aufweist. Diese Fläche 36 wird in der üblichen Weise durch
Abschrä=: gung der äußeren Fläche des Kopfes hergestellt, worauf dann diese kegelige
Fläche ent=# sprechend der inneren Kegelfläche der mit dem Kolbenkopf in Berührung
stehenden Laufbahn abgeschliffen wird. Die Fläche 36 ist .auf diese Weise im Querschnitt
etwas bogenförmig, so daß zwischen ihr und der Laufbahn annähernd eine Punktberührung
besteht.
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Da die Pumpenkräfte auf jeden Kolben durch eine einzige Stelle übertragen
werden, ist der Durchmesser eines jeden Kolbens durch den Flächendruck dieser Stelle
beschränkt. Das volumetrische Fassungsvermögen der Pumpe wächst mit der Anzahl der
Kolben.
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Die Pumpkraft wird im Winkel zur Kolbenachse in der durch die Linie
37 in Fig. 3 dargestellten Weise auf jeden Kolben übertragen. Die Flüssigkeit im
Zylinder reagiert auf den Kolben parallel zur Kolbenachse, wie durch die Pfeile
38 angezeigt ist. Diese Kräfte greifen an einer Stelle 39 an, die auf der Kolbenachse
zwischen den Enden des Zylinders liegt, so daß die seitliche Komponente der Pumpenkraft
auf die Wand des Zylinders im rechten Winkel reagiert, wie durch den Pfeil q.o angegeben
ist. Der Kolben liegt somit gerade an der Zylinderwand an, so daß eine überrnäßige
Abnutzung vermieden ist.
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Dreht sich die Zylindertrornmel2o, dann läuft das Gehäuse 12 infolge
der Reibverbindung zwischen den Kolbenköpfen und den Laufbahnen 29, 30 und
31 ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit auf den Lagern 13 und 1q. um. Wenn
die Achse der Laufbahn gegenüber der Zylindertrommelachse versetzt ist, bewegt sich
jeder Kolbenkopf während eines Teils einer Umdrehung der Zylindertrommel schneller
als ein bestimmter Punkt auf der Laufbahn und während eines Teils einer Umdrehung
langsamer als dieser Punkt. Infolgedessen wälzt sich jeder Kolbenkopf an der Laufbahn
ab; der dazugehörige Kolben dreht sich im Zylinder zunächst in der einen Richtung
und sodann in der andern, wenn sich der Kolben nach innen und nach außen bewegt.
Dadurch fällt jede gleitende Reibung zwischen dem Kolbenkopf und der Laufbahn fort,
so daß zwischen- dem Kolben und der Zylinderwand eine gleichmäßige Schmiermittelschicht
aufrecht erhalten werden kann.
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Wenn die Pumpe mit einem kegelförmigen Zapfen versehen ist, befindet
sich die Berührungsstelle zwischen einem jeden Kolbenkopf und der Laufbahn auf der
nach dem kleinen Ende des kegelförmigen Zapfens hin liegenden Seite der Kolbenachse,
wige aus Fig. i hervorgeht, so daß die seitlichen Komponenten der Pumpenkräfte die
Zylindertrommel nach dem großen Ende des kegelförmigen Zapfens hin pressen und somit
die Trommel '.auf dem Zapfen festhalten.
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Die Wirkurig dieser seitlichen Komponenten auf die Zylindertrommel
wird zum. Teil durch den Druck der zwischen der Zylindertrommel und dem Zapfen befindlichen
Flüssigkeitsschicht ausgeglichen. Dieser Druck wirkt auf die projizierte Fläche
der Berührungsfläche zwischen der Zylindertrommel und dem Zapfen; er sucht die Zylindertrommel
nach dem kleinen Ende des Zapfens hin zu pressen, jedoch sind der Abstand, um den
jede Berührungsstelle gegenüber der Kolbenachse versetzt ist, und die Kegelsteigung
des Zapfens so bemessen, daß bei einem bestimmten niedrigen Pumpendruck die Summe
der Kräfte, welche die Zylindertrommel nach dem großen Ende des Zapfens hin preßt,
um einen geringen Betrag die Kraft überschreitet, welche die Trommel nach dem kleinen
Ende des Zapfens hin drückt. Infolgedessen ist das Spiel zwischen der Zylindertrommel
und dem Zapfen bei einem bestimmten niedrigen Druck durch die Viskosität der Flüssigkeit
bestimmt.
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Wenn -die Flüssigkeit beispielsweise durch Erwärmung dünner wird,
erfolgt durch die Überlegenheit der die Zylindertrommel auf das große Ende des Zapfens
hinpressenden Kraft eine Verringerung des Spiels zwischen der Zylindertrommel und
dem Zäpfen, so daß dadurch eine Vergrößerung des Pumpenschlupfes als Folge einer
Verringerung der Viskosität der Flüssigkeit vermieden ist.
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Steigert sich der Pumpendruck, dann überschreitet -die Summe der Kräfte,
welche die Zylindertrommel auf das große Ende des Zapfens preßt, die entgegengesetzte
Kraft in einem größeren Maße, so daß das Spiel zwischen der Zylindertrommel und
dem Zapfen verringert wird. Dadurch ist bei einer Steigerung des Pumpendruckes eine
Vergrößerung des Pumpenschlupfes verhindert.
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Die in Fig. q. dargestellte Pumpe ist mit einerh geraden Ventilschaft
oder -zapfen 15a versehen, auf dem eine Zylindertrom.mel2oa drehbar ist. Die Zylindertrommel
ist nAt mehreren Zylindern 26 versehen. In jeden Zylinder ist ein Kolben 28 eingepaßt.
Die Zylinder, die in zwei Ringreihen angeordnet sind, werden von mehreren Zylinderkanälen
27 aus versorgt, die in einer einzigen Ringreihe angeordnet sind. Wenn eine größere
Anzahl von Zylindern vorgesehen werden soll, dann müßten die Zylinderkanäle 27 so
angeordnet werden, daß die Phase der Pumpe in .der oben beschriebenen Weise aufgeteilt
ist. ' Die Kolbenköpfe der beiden Zylinderreihen
stehen mit zwei
Laufbahnen So und 51 in Eingriff, die in einem zylindrischen Gehäuse i2a festgemacht
sind und durch einen Ring 52 im Abstand voneinander gehalten werden. Die Laufbahn
So steht mit sämtlichen Kolbenköpfen der einen auf der einen Seite der Kolbenachse
gelegenen Reihe und die Laufbahn 51 mit sämtlichen Kolben der auf der andern Seite
der Kolbenachsen gelegenen Reihe in Eingriff, so daß die seitlichen Komponenten
der Pumpenkräfte gegeneinander wirken und die Zylindertrommel in einer bestimmten
Lage auf dem Zapfen halten.
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Die Kolben könnten durch Zentrifugalkräfte oder eine von einer Hilfspumpe
geförderte Flüssigkeit in Berührung mit den Laufbahnen gehalten werden. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel werden diese Kolben mit den Laufbahnen durch zwei innere untergreifende
Sicherungsglieder 53 in Berührung gehalten, die mit den kegelförmigen Unterseiten
der Köpfe 35 in Eingriff stehen und federnd ausgebildet sind, so daß sie ein wenig
ausweichen können, wenn die Kolbenköpfe längs der kegelförmigen Innenfläche der
Laufbahn abrollen. jeder einzige Ring 53 wird mit den unteren Flächen der Kolbenköpfe
durch mehrere Schrauben 54 in Eingriff gehalten, die in entsprechenden Aussparungen
angeordnet sind und einen flachen Ring 55 gegen das Ende des Ringes 53 pressen.