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Flüssigkeitsgetriebe mit Schiefscheiben und umlaufenden Kolbenträgern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsgetriebe mit Schiefscheiben, umlaufenden
Kolbenträgern( und darin geführten gegenläufigen achsparallelen Kolben, die zwischen
sich eine Flüssigkeitszelle bilden.
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Die bisher bei solchen Getrieben mit durch Schiefscheiben geführten
Kolbenpaaren und mit einem zylindrischem Steuerspiegel vorgesehenen Mittel zur Entlastung
des Kolbenträgers und der Steuerorgane sind unzureichend.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, sowohl die mechanischen
als auch die hydraulischen Einflüsse von Kolbenträger, Kolben- und Dichtungsflächen
fernzuhalten. Hierfür werden drei Komponenten in Anspruch genommen, einmal die mechanischen
Drucke, wie Kippmoment in der Führung, Durchbiegung- der Getriebewelle, axialer
Schiebungsdruck, andererseits die hydraulischen Einflüsse, deren Einseitigkeit durch
bekannte Entlastungskanäle aufgehoben wird, und. schließlich der radiale Druck der
Antriebswelle auf dem Dichtungsfilm. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung einen vollkommen
entlastetem, unabhängigen Hilfskolbenträger und eine selbstzentrierende Verlagerungskupplung
vor. Durch diese Anordnung kann der Kolbenträger vollkommen frei schwimmend in seinem
Dichtungsfilm gehalten wer-, den. Der Kolbenträger ist deshalb von -der Antriebswelle
losgelöst und wird lediglich durch .die Verlagerungskupplung, etwa eine bekannte
Kreuzschleifenkupplung, zentriert.
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Man hat bei solchen Getrieben schon Druckentlastungen .durch Entlastungskanäle
vorgesehen, auch sind kardanartige Aufhängungen bekannt gewesen, die aber auf die
Dichtungsfläche keinen Einfluß hatten, da dort Steuerspiegel mit ebenen und nicht
mit zylindrischen Flächen verwendet wurden. Diese Einrichtungen haben den Nachteil,
daß wohl cinf Teil der hydraulischen. Einflüsse ausgeschaltet wurde, nicht aber
die axialen Drücke auf Kolbenträger oder Kolben, das Drehmoment, Zahndrücke in Gelenken
o. dgl., so daß die Feinfühligkeit und der Wirkungsgrad des Getriebes durch Verecken
einzelner Teile, durch Druckreibung, Abquetschen des Dichtungsfilms; Seitendrücke
o.,dgl. leiden müssen.
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Die Erfindung betrifft ein solches- Flüssigkeitsgetriebe, bei dem
zur vollständigen hydraulischer. und -mechanischen, Entlastung der angetriebenen
Teile zwischen den Kolben und den Schiefscheiben frei verschiebbare Zwischenstücke
in einem auf der Getriebewelle festen Mitnehmer eingeschaltet und geführt sind,
während der Kolbenträger in bekannter Weise durch `eine Verlagerungskupp-
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besonderer Art von,dieser Getriebewelle selbstzentrierend mitgeführt wird. Die Ausbildung
dieser Zwischenstücke und der Verlagerungskupplung sind weitere Merkanale der Erfindung.
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Der Vorteil der Erfindung- besteht darin, daß die feste Verbindung
des Kolbenträgers mit der Getriebewelle einerseits und die der Druckkolben mit den
Schrägflächen andererseits in eine weiche, nachgiebige so umgebildet ist, daß der
Dichtungsfilm des Steuerspiegels von allen die gleichbleibende Stärke des Films
störenden äußeren. Einflüssen (hydrostatisch und mechanisch), insbesondere Querkräften,
vollkommen frei ist. Hierbei wird der gewissermaßen im Dichtungsfilm schwimmende
Kolbenträger an seinem ganzen Umfang durch den. Überdruck der Druckzellen gleichmäßig
vom Steuerspiegel abgehoben und sich daher innerhalb der zylindrischen Steuerfläche
im Gleichgewicht befinden. Hierdurch wird eine außerordentlich feinfühlige Einsteilbarkeit
der Kammerbüchse erreicht, die fabrikationsmäßig bestmögliche Beschaffenheit (mikro-
und makrogeometrisch): des Steuerspiegels überhaupt erreichbar gemacht und im Rahmen
der bedingten Grenzen aufrechterhalten.
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Die Stärke des Dichtungsfilms kann hierdurch auf jenen mikroskopisch
kleinstmöglichen Wert herabgesetzt werden, wie er durch die unterschiedliche Wärmedehnung
der am Steuerspiegel vereinten Werkstoffe oder Körper bedingt ist.
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Die Ansprüche i und. 3 sind einander nebengeordnete Hauptansprüche,
deren Inhalt sowohl in gegenseitiger Verbindung als auch je für sich allein geschützt
sein soll. Die übrigen Ansprüche sind: Unteransprüche, die nur zweckmäßige Ausbildungsformen
kennzeichnen, denen ein selbständiger Schutz nicht zukommt.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt des Getriebes nach der Linie I-I der
Abbl. 2, Abb.2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Abb. i, 3 und q..
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Abb. 3 ist eine Ansicht der Kammerbüchse in Richtung des Pfeiles III
,der Abb. 2, Abb. q. eine Außenansicht der Kammerbüchse aus der Pfeilrichtung IV
der Abb. 2. Abb.5 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die Verlagerungskupplung
auf der Getriebewelle nach der Schnittebene V-V der Abb. i. '
[email protected] ist eine schematische
Darstellung des Getriebes zur Veranschaulichung einer zweckmäßigen Körperform zur
Erzielung eines möglichst geringen Dichtungsspaltes.
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In den Zeichnungen ist in einem Getriebe gehäuse und einer Kammerbüchse
der Kolbenträger angeordnet, in dem axial arbeitende Druckkolben liegen, die von
Schrägflächen beeinflußt werden. Das Getriebegehäuse i ist vorteilhaft als Hohlzylinder
ausgebildet (Abb.6) und ist beiderseits zweckmäßigerweise mit einstellbaren Führungstassen
2 und 3 ausgestattet, die mittels Gewinde q. auf dem Getriebegehäuse aufgeschraubt
und durch Sicherungsschrauben gegen Verdrehung gesichert sind. Die Rohranschlüsse
6 und 7 dienen für den Zu- und Ablauf der Druckflüssigkeit, und sie sind zweckmäßig
vor Eintritt in die im Getrieb;: gehäuse i drehbare Kammerbüchse 8 schlitzdüsenartig
verbreitert (Abb. i und 2). Die drehbare Kammerbüchse 8 ist mit einer zylindrischen
Bohrung versehen, die der Kolbenträger 9 aufnimmt und diesem als Steuerspiegel dient.
Der Kolbenträger 9 hat die bekannten zylindrischen Bohrungen zur Aufnahme der Kolbenpaare
i o, i o; die auf einem zentrisch liegenden Lochkreis angeordnet sind. Der Antrieb
des Kolbenträgers g erfolgt über eine neuartige Verlagerungskupplung ii von einer
Getriebewelle i2, die dem beiderseitigen An- und Abtrieb dient.
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Diese Verlagerungskupplung i i dient aber in der Hauptsache dazu,
die am Umfang des Kolbenträgers auftretende Flüssigkeitsreibung im Dichtungsfilm
zu überwinden. Si#c ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß eine geringe Verlagerung
der Wellenachse gegenüber der Drehachse des Kolbenträgers 9 möglich ist, wobei trotzdem
in jeder Lage der Paarschluß aufrechterhalten bleibt. Sie ist also dem Wesen nach
ein kardanisches Gebilde mit dem vorliegenden Zweck entsprechenden engbegrenzten
Verlagerungsmöglichkeiten. Sie ist vollkommen symmetrisch ausgebildet, so daß auch
bei höherer Drehzahl exzentrische Massenwirkungen praktisch ausge:schlossen n sind.
Diese Kupplung besteht im wesentlichen aus den beiden Gleitschuhen i i, i i', die
:durch :die freiliegenden Bolzen 13 und die Stellstifte,iq. auf genauem Abstand
zusammengehalten werden (Fig. i und 5). Die einander gegenüberliegenden Flächen
15 der beiden Gleitschuhe wirken: paarschlüssig mit den :entsprechenden an der Getriebewelle
12 angebrachten Gegenflächen zusammen, und die zu den Führungsflächen 15, etwa senkrecht
angeordneten seitlichen Führungsflächen 16 sind in entsprechenden Nuten des Kolbenträgers
9 paarschlüssig geführt. Die gewölbten Außenflächen der Gleitschuhe i i, i i' haben
bei 17 und die Getriebewelle bei 18 ein geringes Lagerspiel. Auch in der Längsrichtung
ist ein kleiner Spielraum (bei i9) vorgesehen, welcher etwaigen Winkelverlagerungen
zwischen der Getriebewelle 12 und dem
Kolbenträger 9 oder den Gleitschuhen
i i, i i' Rechnung trägt.
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Durch diese Anordnungen kann sich -der Kolbenträger 9 in der Bohrung
der Kammerbüchse 8 selbsttätig einstellen., so daß er gewissermaßen in dem Dichtungsfilm
seines eigenen Steuerspiegels schwimmt. Er kann daher mit größter Genauigkeit in
die Bohrung der Kammerbüchse 8 eingeschliffen werden, und seine hydrostatische Einstellung
im Dichtungsfilm des Steuerspiegels erfolgt absolut unabhängig von der Welle und,
wie weiter unten geschildert, auch unabhängig von dem Einfluß der auf die Druckkolben
io einwirkenden Steuerelemente. Die seitliche Führung des Kolbenträgers 9 erfolgt
mit geringem Spiel ant den Stirnflächen 2o der Steuertassen 21, 22.
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Zur Entlastung des Kolbenträgers ist die Bohrung der Kammerbüchse
8 mit symmetrisch angeordneten Entlastungsräumen 23 ausgestattet, damit der Kolbenträger
unter dem Einstelleinfluß der einen (unter Druck stehenden) Kammerbüchsenhälfte
nicht an der anderen, gegenüberliegenden Hälfte des Steuerspiegels (auf der Saugseite)
angepreßt wird und den dort vorhandenen: Dichtungsfilm etwa zusammenquetscht. DieEntlastungsräume
2@3 stehen mit den Schlitzkanälen 24 der Kammerbüchse 8 in wechselseitiger Verbindung.
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In gleicher Weise sind auch am äußeren Umfang der Kammerbüchse 8 Entlastungsräume
25 vorgesehen, die durch Kanäle 26 mit den inneren Entlastungsräumen 23 verbunden
sind (Abb. 2) 3., 4). Auf diese Weise wird die Mantelfläche der Kammerbüchse
8 hydrostatisch zentriert. Für gewisse Fälle kann auf die außenliegenden Entlastungsräume
25 verzichtet werden.
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Nach dem dargestellten Beispiel bestehen die Verbindungen der Entlastungsräume
25 mit den Schlitzkanälen 24 aus Bohrungen 27, die kreuzweise übereinanderliegen,ohne
sich zu schneiden (Abb. i und 4). Die Schlitzkanäle 24 und die Entlastungsräume
23 und 25 müssen flächengleich sein der Belastungsfläche des gegenüberliegenden
Kanals. Da nun die Druckflächen der Entlastungsräume zu den Druckflächen der Schlitzkanäle
symmetrisch angeordnet sind, müssen sie auch gleich breit sein und wegen der gleichen
Länge jeweils halb so breit sein als der gegenüberliegende Schlitzbanal (Abb. 3
und 4). Es empfiehlt sich daher, die Breite der Schlitzkanäle 24 möglichst gering
zu wählen, damit auch die Breite der Entlastungsräume 25 klein bleibt. Auch die
Kammerbüchse 8 ist zwischen den Führungstassen 2 und 3 mit geringem seitlichem Spiel
(bei 28) geführt. Der Spielraum bei 20 wie bei 28 kann durch Nachstellung der Führungstassen
2 und 3 geregelt werden.
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Die Druckkolben io, io' werden in bekannter Weise durch die Schrägflächen
29. gesteuert, die als Bahnen der Wälzlager 30 dienen und in den Steuertassen 22
festsitzen. Den Schrägflächen 29 gegenüber liegen die mitlaufenden Wälzlagerringe
31, die sich auf Kugelflächen der Gelenkkugeln 32 pendelnd abwälzen. Hierbei können
die Kugeln 32 mit entsprechenden Drucktellern ausgerüstet sein, die statt der Wälzbewegung
Gleitbewegungen ausführen müssen. Um diese Gleit- oder Wälzbewegungen auf ein Minimum
zu bringen, ist es aber von Vorteil, wenn die Achsen der Wälzlager 30 und
die Achse der Antriebswelle 12 den Mittelpunkt der Ellipse schneiden, in welcher
die Gelenkkugeln 32 liegen. Dieser Kreuzungspunkt ist in der Abbildung i mit 111
und 1171 bezeichnet. Um das Heraustreten der Gelenkkugeln 32, etwa bei fehlendem
Kraftschluß, aus ihren Lagerpfannen zu verhindern, sind in diese Spreizringe 33
eingesetzt. Die Stirnflächen der Kolben io, io' müssen für den Wälz-, oder Gleitvorgang
eben sein.
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Um .die Verbindung zwischen Druckkolben und Schrägflächen unabhängig
zu gestalten, sind die Lagerpfannen der Gelenkkugeln 32 an einem besonderen Führungskolben
34 angeordnet, dessen Führungsbahn in einem Hilfskolbenträger 35 liegt, der als
Ringkörper auf der Getriebewelle 12 aufgekeilt ist und innerhalb des ringförmigen
Ausläufers 54 des.Hauptkolbenträgers 9, aber unabhängig von diesem umläuft. Sowohl
die Kolben 34 als auch deren Träger 35 sind hinsichtlich Anordnung und Lagerung
vollkommen unabhängig von den Kolben io und io' und auch von dem Kolbenträger 9.
Da sie nur in axialer Richtung kraftschlüssig miteinander in Verbindung stehen,
können sie sich gegenseitig ohne weiteres in geringem Umfange verlagern, ohne sich
in ihrem Laufe zu stören. Die kraftschlüssige Steuerung der Druckkolben io, io'
kann dabei sowohl durch Druckfedern 36 als auch etwa durch eine Vorspannung der
Druckflüssigkeit auf der Saugseite des Getriebes erfolgen. - In der Praxis wird
von der Vorspannung d er Druckflüssigkeit in den unbelasteten Flüssigkeitsräumen
neuerdings immer mehr Gebrauch gemacht, da auf diese Weise die Elastizität aus dem
Flüssigkeitsstrom beseitigt werden kann und die Laufruhe sowie die Schwingungsfreiheit
der Getriebeteile bedeutend erhöht werden. Durch den Kraftschluß der Kolbensteuerung
wird ein praktisch volll-ommien geräuschloser Lauf des. Getriebes erzielt, welcher
durch Paarschluß allein auf die Dauer niemals erreicht werden könnte.
Die
für die Steuerung der Kolben unentbehrlichen Schrägflächen zerlegen .den Kolbendruck
in ein Drehmoment und in längs und quer zur Getriebewelle gerichtete Kräfte. Es
ist daher nötig, daß die beiden letzteren möglichst vorteilhaft abgefangen werden
oder man sie sogar irgendwie verwertet. Nach der Erfindung werden. diese Drücke
derart verteilt, daß sie die Einstellung des Kolbenträgers 9 und der Druckkolben
io und io' in ihren Dichtungsflächen überhaupt nicht stören, während sie auf die
übrigen Laufbahnen des Getriebes die kleinstmögliche Wirkung ausüben.
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Da die Getriebewelle 12 über die Wälzlager 37 und 38. in den Steuertassen
21 und 22 gelagert ist oder, umgekehrt gesagt, die Steuertassen 21 über. die Wälzlagerpaare
37 und 38 durch die Getriebewelle i2 geführt werden, heben sich die von. den Schrägflächen
ausgehenden Querkräfte durch die Kolbenträger 35 und die Steuertassen 2i und 22
innerhalb der Getriebewelle 12 gegenseitig auf. Die Querkräfte können auch durch
Ableitung auf das Getriebegehäuse i anstatt auf die Getriebewelle aufgehoben werden.
In diesem Falle müßten aber die Hilfskolbenträger 35 in anderer Weise gelagert und
gekuppelt sein.
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Es ist vorteilhaft, den Durchmesser der Führungskolben 34 größer zu
wählen als den der hydraulischen Druckkolben io, iö . Man erhält auf diese Weise
eine verhältnismäßig gedrängte Baulänge, da ja die Druckkolben io, io' in die Bohrungen
der Hilfskolbenträger 35 eintreten können, ohne behindert zu werden. Für die Schmierung
der Führungskolben 34 und der Gelenkkugeln 32 ist es erforderlich, daß das Getriebe
geschlossene Form hat, wobei in den Lagerflächen 39 Wellendichtungen (nicht dargestellt)
eingebaut werden können, die auch vorteilhaft bei 40' an einem besonderen Abschlußdeckel
4o für die Steuertassen 21 vorhanden sind. Man kann vorteilhafterw eise die Steuertassen
21, 22 aus dem Getriebegehäuse i, 2, 3 hervortreten lassen (bei 39), so daß auch
ein zentrischer Steuerantrieb der Steuertassen bei 41 und 4-2 ermöglicht wird und
damit keine weiteren Öffnungen im Getriebegehäuse i notwendig werden.
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Die von den Schrägflächen ausgehenden Querkräfte ,werden so durch
die Getriebe-,velle 12 aufgenommen., die von den Schrägflächen ausgehenden Längskräfte
aber übertragen sich über die Steuertassen 21, 22 entweder über besonders gestaltete
Kegelpaare 43, 44 (Abb. i, links) oder über Wälzlager 45 (Abb. i, rechts) nunmehr
auf das Getriebegehäuse i und werden dort zweckmäßigerweise in einem röhrenförmigen
Lagerkörper gegenseitig aufgehoben. Wo eine feinfühlige Regelung oder Verdrehung
der Steuertassen erwünscht ist, empfiehlt sich die Einschaltung eines Wälzlagers
45, während man ein Reibkegelpaar 43, 44 dort anordnen wird, wo etwa bei Handeinstellung
eine selbsttätige Feststellung des eingestellten Zustandes erforderlich ist. Bei
Verwendung eines Wälzlagers 45 versucht die betreffende Schrägfläche, unter dem
Kolbendruck die jeweilige Null-Förderlage der Flüssigkeit anzustreben. Wird sie
aber von außen durch irgendeinen Einfluß an diesem Vorhaben gehindert, so wird sich
eine selbsttätige Regelung der Fördermenge einstellen, und zwar umgekehrt der Drehzahl
in Abhängigkeit von dem inneren Überdruck. Man kann auf diese Weise z. B. zum Antrieb
von Pressen eine verlustlose Druckregelung erzielen; die infolge der überhaupt erreichbaren
Güte der Dichtungsfläche die Anwendung verhältnismäßig hoher Betriebsdrücke gestattet.
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Wird dagegen die Lagerung der Schrägflächen so ausgeführt, daß der
auf sie einwirkende Kolbendruck bis zur Breinsung oder gar Sperrung (durch Anordnung
eines Reibkegelpaares) gesteigert wird, so wird hierdurch auf einfachste Weise eine
selbst-!i hemmende Wirkung auf die Einstellung der betreffenden Steuerkomponenten
des Getriebes erreicht. Da nun das Getriebe die Anwendung zweier Steuerkomponenten
gestattet, lassen sich im gleichen Getriebe beide erwähnten Möglichkeiten vereinigen.
Dieses Bedürfnis tritt etwa überall da auf, wo z. B. der primäre Steuereinfluß von
Hand betätigt wird, während der sekundäre unter dem Einfluß irgendeiner zwangsläufigen
betriebsbedingten Regelung steht, so z. B. bei der Mehrzahl spanlos formender Arbeitsmaschinen
oder bei Flüssigkeitsgetrieben, die eine servomotorartige Wirkung ausüben, wie zuin
Bewegen und Ausrichten: großer umlaufender oder schwingender Massen oder zum Antrieb
schwerer Fahrzeuge oder, Maschinen. Die Lösung derartiger Aufgaben verlangte bisher
eine Reihe zusätzlicher und zuweilen sehr verwickelter Steuereinrichtungen, während
bei Verwendung .des Erfindungsgegenstandes infolge der ihm eigentümlichen Wirkung
nach Art von Differentialgetrieben ein zusätzlicher Aufwand von Steuerelementen
gespart wird.
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Die Führungsfläche der Kammerbüchse 8 in der mittleren geometrischen
Lage wird hinsichtlich der relativen Einstellung der beiden Schrägflächen durch
ein kleines Stirnradvorgelege 46, 47 erreicht, das in einem Verbindungsstück der
Kammerbüchse 8 untergebracht ist. Vorteilhafterweise ist die Kammerbüchse 8 mit
zwei parallelen Bohrungen
46', 47' versehen, die sich etwa in der
mittleren Länge der Kammerbüchse derart be-, rühren, daß die beiden in diesen Bohrungen
lagernden Trieblinge 46 und 47 miteinander kämmen können (Abb. 2 und 3). Die aus
der Kammerbüchse heraustretenden Enden der Trieblingskörper 46, 47 stehen ihrerseits
mit Zahnkränzen 48, 49 (Abb. i) in Eingriff, die an den Steuertassen2i, 22 festsitzen.
Diese Trieblinge 46, 47 wirken somit wie die Umlaufräder eines Planetengetriebes
und übertragen auf diese Weise auf die Kammerbüchs;e Beine Bewegung, die, wie erwähnt,
eine mittlere geometrische Einstellung zu den beiden Schrägflächen bedingt. Es ist
dabei vorteilhaft, sowohl ,die Teilkreise und Zahnteilungen der beiden Zahnkränze
48. und 49 als auch die vier Verzahnungen der beiden Trieblinge 46, 47 gleich groß
zu machen.
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Wie in der Einleitung bereits erwähnt wurde, erfährt die Stärke des
Dichtungsspaltes im . Steuerspiegel erfindungsgemäß ihre untere Begrenzung lediglich
.durch die nach dem jeweiligen Stande der Technik gegebene Bearbeitungsgüte, -
d. h. nach der entsprechend edlen mikro- und makrogeometrischen Beschaffenheit
der sich ih den Dichtungsspalten berührenden Oberflächen und andererseits durch
den Grad der unterschiedlichen körperlichen Aüsd ehnung der benachbartenKörperteile.
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In der Abb.2 stehen die Verbindungsstücke 50, 51 der Kammerbüchse
8 um 9o° verschoben von den Schlitzdüsen 6, 7. Sie können in jede beliebige Lage
zu den Schlitzdüsen 6, 7 beim Zusammensetzen des Getriebes eingesetzt wenden. Man
erreicht dadurch eine Änderung der technischen Wirkung des Getriebes in bezug auf
die Strom- bzw. Drehrichtung derart, daß beim Überfahren der Düsenschlitze durch
die als Scheidewände dienenden Verbindungsstege 5o, 51 sich die Richtungen umkehren.
In der mittleren Stellung 8' ist das Getriebe wirkungslos, da die Saug- und Druckseite
über die Einlaßöfnungen 6,7 miteinander in Verbindung stehen. Erst wenn die
abdichtenden Steuerkanten 52 und 53 sich einander nähern oder überschneiden, tritt
Wirkung ein.
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Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind natürlich nicht nur auf
Flüssigkeitsgetriebe mit stetig veränderlicher Fördermenge beschränkt, sondern können
auch bei einfachen Ausführungsformen der . eingangs erwähnten Gefriebegattung angewendet
werden. In diesem Falle beschränken sie sich allerdings auf die durch den entlasteten
Steuerspiegel bedingten besonderen Eigenschaftem Es können auf diese Weise verhältnismäßig
hohe Betriebsdrücke erreicht, die Spaltverluste vermindert und damit der Gesamtwirkungsgrad
und die Lebensdauer gehoben werden.