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Flüssigkeitsgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsgetriebe,
bei welchem der Pumpenteil oder der Motorteil oder beide Teile Verdrängerzellen
besitzen, die durch eine in Abhängigkeit vom Umlauf stehende Steuer-an g, z. B.
durch einen Drehschieber, abwechselnd an eine Saug- und eine Druckleitung angeschlossen
werden. Die Verdrängerzellen können von Zylinder und Kolben gebildet werden. In
diesem Fall kann man sie sternförmig um eine Kurbel- oder Nockenwelle verteilt anordnen.
Häufig sind auch die Zylinder achsparallel um die, Antriebswelle herum verteilt,
und diese trägt eine dem Antrieb dienende Taumelscheibe. Bei anderen Getrieben dieser
Art werden die Verdrängerzellen von Flügelkolben gebildet, die in Schlitzen eines
Läufers gleiten, der innerhalb eines Gehäuses umläuft (Kapselgetriebe). Alle diese
Flüssigkeitsgetriebe erzeugen ein starkes, mit der Belastung zunehmendes Geräusch,
das häufig ihre Anwendbarkeit einschränkt. Diesen Mangel zu vermeiden ist die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dieses Geräusch im Grunde
dieselbe Ursache hat wie der Auspufflärm von Brennkraftmaschinen. Ebenso wie dort
das Geräusch dadurch bedingt ist, daß bei Öffnung des Motorzylinders in diesem ein
Überdruck herrscht und dann ein plötzlicher, Lärm erzeugender Druckausgleich erfolgt,
so findet auch in dem Flüssigkeitsgetriebe ein plötzlicher Druckausgleich statt,
wenn die Verdrängerzellen an die Saugleitung und die Druckleitung angeschlossen
werden. Solange sie nämlich an die Druckleitung angeschlossen sind, wird ihr Inhalt
unter eine der
Höhe des Druckes entsprechende Spannung gesetzt.
Bei Abschluß der. Verdrängerzelle bleibt diese Spannung erhalten, und sie führt
dann zu einem plötzlichen Druckausgleich, wenn die Zelle unmittelbar darauf mit
der Saugleitung in Verbindung gelangt. Ein Druckausgleich in der umgekehrten Richtung,
der wiederum plötzlich erfolgt und daher mit Geräusch verbunden ist, findet statt,
wenn die Zelle wieder von der Saugleitung abgetrennt und mit der Druckleitung verbunden
wird. Die bekannten Flüssigkeitsgetriebe dieser Art sind nämlich durchweg so ausgeführt,
daß die Umschaltung in der Verbindung einer jeden Zelle von der Saug- auf die Druckleitung
und umgekehrt möglichst in der Totpunktlage erfolgt, d. h. in derjenigen Lage der
Teile, in der die Zelle entweder ihren höchsten oder ihren kleinsten Rauminhalt
erreicht.
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An sich ist ein Flüssigkeitsgetriebe bekannt, bei welchem Verdrängerzellen
abwechselnd an eine Saug- und eine Druckleitung durch eine in Abhängigkeit vom-
Umlauf stehende Steuerung angeschlossen werden, wobei jede Zelle beim Wechsel vorübergehend
geschlossen bleibt, so daß ihr Inhalt nach Abschluß von der einen bis zum Anschluß
an die andere Leitung eine Druckänderung erfährt. Von dieser Anordnung wird nun
erfindungsgemäß bei Flüssigkeitsgetrieben, deren Pumpenteil und (oder) Motorteil
Verdrängerzellen besitzt, in der Weise Gebrauch gemacht, daß die Druckänderung in
-der Zelle während ihres Abschlusses stets im Sinn einer Annäherung an den in der
anzuschließenden Leitung herrschenden Druck erfolgt. Wenn dann die Zelle geöffnet
wird; hat sie bereits mehr oder weniger den der angeschlossenen Leitung entsprechenden
Innendruck, so daß eine Auspuff- oder Einpuffwirkung unterbleibt oder wenigstens
wesentlich verringert .ist. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise das mit der
Belastung wachsende Geräusch wesentlich vermindert wird.
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Wenn der in den Leitungen des Getriebes herrschende Druck starken
Schwankungen unterliegt, ist es erwünscht, den Druckschwankungen auch den: jeweils
erforderlichen Druckausgleich in den Zellen anzupassen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß
der an dem Umlauf nicht teilnehmende Drehschieberteil in der Umlaufrichtung gegenüber
der Totpunktlage um ein von der Höhe des zwischen Saug- und .Druckleitung bestehenden
Druckunterschiedes abhängendes Maß verstellt.
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Handelt es sich um ein Getriebe, bei welchem der Pumpenteil durch
seine Nullage hindurch verstellbar ist, um in verschiedenen Richtungen zu fördern
und den Motorteil daher in der einen oder- der anderenDrehrichtung anzutreiben,
dann ergibt sich beim Motorteil die Schwierigkeit, daß mit der Umsteuerung der Pumpe
auch der Drehschieberteil des Flüssigkeitsmotors verstellt werden muß. Hierfür bestehen
zwei Möglichkeiten: Zwischen der Pumpensteuerung und dem Drehschieberteil des Flüssigkeitsmotors
wird eine getriebliche Verbindung hergestellt, oder die Verstellung des Drehschieberteils
des FlüssigkeitsWotors erfolgt durch die Druckflüssigkeit selbst, die zu diesem
Zweck auf einen Hilfskolben wirkt, der seinerseits die Verstellung des Drehschiebers
bewirkt. Wird das Getriebe an einer Arbeitsmaschine verwendet, bei der das Lastdrehmoment
immer im gleichen Sinn wirkt, unabhängig von der Drehrichtung, wie dies beispielsweise
bei Hubwerken der Fall .ist, so ändern sich die Verhältnisse in dem Pumpenteil bei
Umschaltung von Heben auf Senken und umgekehrt. Denn beim Senken zieht die Last
den Motorteil des Getriebes durch, so daß dieser als Pumpe und der eigentliche Pumpenteil
als Motor wirkt. Im Motorteil des Getriebes ist daher bei Übergang vom Heben auf
Senken und umgekehrt keine Verstellung des Drehschieberteils erforderlich, um den
im Sinn der vorliegenden Erfindung erwünschten Druckausgleich der Zellen herbeizuführen.
Dagegen tritt im Pumpenteil die Notwendigkeit einer Verstellung auf. Diese Verstellung
könnte wiederum dadurch bewirkt werden, daß zwischen dem Pumpensteuerglied und dem
Drehschieberteil der Pumpe eine getriebliche Verbindung hergestellt wird. Erfindungsgemäß
wird jedoch die Lösung auf einem anderen Weg bevorzugt, der z. B. anwendbar ist,
wenn es sich um ein Kapselgetriebe mit Flügelkolben handelt. In diesem Fall erfolgt
die relative Verstellung von Läufer und der äußerer, Kolbenführung bzw. des Gehäuses
des Kapselgetriebes längs einer Bahn, die von der Symmetrieachse der Steuerstege
abweicht. Es tritt aber ebenfalls die Wirkung ein, daß bei Verstellung der Exzentrizität
zwischen Läufer und Gehäuse die Totpunktlagen der Zelle gegenüber den Steuerstegen
wandern.
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Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt. In diesen ist ein Querschnitt durch den Pumpen- oder Motorteil eines
Kapselgetriebes wiedergegeben, und zwar zeigt Fig. i ein derartiges Getriebe mit
zur Symmetrieachse unsymmetrisch gelegenen Steuerstegen, Fig. 2 ein Getriebe mit
zur Symmetrieachse symmetrisch ausgeführten Steuerstegen, bei welchem die Verstellung
zwischen Läufer und Gehäuse auf einer von der Symmetrieachse abweichenden Bahn erfolgt,
Fig. 3 ein ähnliches Getriebe wie Fig. 2, bei dem die Bahn der Verstellung eine
andere Gestalt hat. Um eine Hohlachse io läuft innerhalb eines Gehäuses ii ein Läufer
12 mit Flügelkolben 13. In der Hohlwelle sind ein Saugkanal 1q. und ein Druckkanal
15 ausgespart, die innerhalb des Läufers an der Oberfläche der Achse ro münden.
Diese Mündungen, durch welche die Schnittebene verläuft, sind durch Stege 16 und
17 voneinander getrennt.
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Der Läufer 12 hat sieben radiale Schlitze 18, in denen scheibenförmige
Flügelkolben 13 geführt sind, deren Aufienkanten durch die Fliehkraft oder durch
Federn in Anlage -an der Innenfläche des Gehäuses i i gehalten werden. Diese Innenfläche
kann zylindrisch gestaltet sein; auch kann das Gehäuse zur Verringerung der Reibung
um seine
Achse mit dem Läufer 12 umlaufen. Zwischen den Schlitzen
18 hat der Läufer radiale Kanäle 32. Die. stirnseitigen Wände des Gehäuses i i legen
sich abdichtend an die Stirnseiten des Läufers 12 und der Flügelkolben 13 an.
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Es sind nicht näher gezeigte Verstelleinrichtungen vorgesehen, um
den Achsabstand des Gehäuses i i und des Läufers 12 zu verändern. Beläuft sich dieser
Achsabstand auf Null, so erfahren die im Ringraum zwischen Läufer und Gehäuse durch
die Flügelkolben 13 abgetrennten Zellen keine Änderung ihres Inhaltes, so daß eine
Pumpwirkung nicht eintritt. Haben diese Achsen jedoch einen Abstand, wie es Fig.
i zeigt, so erfährt jede Zelle bei Antrieb des Läufers in der Richtung des Pfeiles
ig eine Verringerung, solange sie mit dem Druckkanal 15 in Verbindung steht, aber
eine Vergrößerung, während sie mit dem Saugkanal 14 verbunden ist. Die Maschine
wirkt daher als Pumpe. Wird dem Kanal 15 durch eine andere Pumpe Drucköl zugeführt,
so sucht der Läufer 12 in der Richtung des Pfeiles 2o als Motor umzulaufen.
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Die relative Verstellung von Gehäuse i i und Läufer 12 erfolgt bei
diesem Ausführungsbeispiel geradlinig längs der Achse 21.
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Bei bekannten Getrieben dieser Art erfolgte nun die Umschaltung einer
jeden Verdrängerzelle von der Saugleitung 1.4 auf die Druckleitung 15 und umgekehrt
in demjenigen Zeitpunkt oder Zeitabschnitt, in welchem die Zelle ihre Totpunktlage
durchlief, d.li. das Höchstmaß oder das Mindestmaß ihres Inhaltes erreicht hat.
Zu diesem Zweck waren die Steuerstege 16 und 17 symmetrisch zur Achse 21 angeordnet,
die durch die Mitten des Läufers 12 und Gehäuses i i gelegt ist. Jede Zelle hatte
daher im Augenblick ihrer Verbindung mit dem Saugkanal 14 denselben Rauminhalt wie
im Augenblick ihrer Trennung vom Druckkanal 15 und umgekehrt. Nach Trennung einer
jeden Zelle von dem einen Kanal fand keine Druckänderung innerhalb der Zelle vor
Anschluß an den anderen Kanal statt. Im Augenblick dieses Anschlusses mußte daher
ein plötzlicher Druckausgleich stattfinden. .Die Strömungen, die infolge dieses
Druckausgleichs erfolgen, hängen vom Maß der Zusammendrückbarkeit des Zelleninhaltes
und von der Elastizität der Zellenwandungen ab. Wenn auch die Zusammendrückbarkeit
von Flüssigkeiten im Vergleich zu derjenigen von Gasen sehr gering ist, so ergeben
sich doch infolge der hohen Drücke immerhin Ausgleichströmungen von starker Heftigkeit
und großem Geräusch. Dieser Mangel ist nun bei dem in Fig. i gezeigten Pumpen- oder
Motorteil durch die unsymmetrische Anordnung der Stege 16 und 17 zur Achse 2i vermieden.
Die Steuerkante 22 ist so gelegen, daß sie jede Zelle vom Saugkanal 1d. trennt,
wenn die Zelle ihre Totpunktlage erreicht, also die beiden sie abgrenzenden Flügelkolben
13 gleich weit von der Achse 21 entfernt sind. Dann beläuft sich der Rauminhalt
der Zelle auf deren Höchstmaß. Der in der Zelle herrschende Druck, der im Augenblick
der Trennung von der Sangleitung mit dem dort herrschenden Druck übereinstimmt,
wird dann beim weiteren Umlauf des Läufers 1.2 erhöht, bevor die Zelle mit dem Druckkanal
15 in Verbindung tritt. In dem in der Zeichnung dargestellten Augenblick hat die
Zelle 23 seit dem Zeitpunkt ihrer Trennung von dem Saugkanal 1.4 bereits den Winkel
ß zurückgelegt. Dabei hat sich ihr Rauminhalt bereits verringert. Eine weitere Verringerung
findet noch während des Durchlaufens des Winkels a statt. Erstdarm wird die Zelle
23 durch die Kante 24 des Drehschieberteils 17 mit dem Druckkanal 15 verbunden.
Infolge der Verringerung des Rauminhaltes ist aber in diesem Zeitpunkt der in der
Zelle 23 herrschende Druck erheblich gestiegen. Die Lage der Steuerkante 24 ist
so gewählt, daß der Druck der Zelle 23 im Augenblick der Verbindung dem Druck der
Leitung 15 möglichst angenähert ist, wenn dieser Druck seine im Betrieb durchschnittlich
auftretende Größe hat.
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In entsprechender Weise wird der in einer jeden Zelle herrschende
Druck nach Abtrennung von der Leitung 15 verringert, bevor die Zelle wieder mit
der Saugleitung 14. in Verbindung tritt.
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Um die Lage des Drehschieberteils 16 bzw. 17 den jeweiligen Verhältnissen
entsprechend einstellen zu können, kann die an dem Umlauf des Läufers 12 nicht teilnehmende
Achse io drehbar und im Winkel einstellbar angeordnet sein. Diese Einstellung kann
dann in Abhängigkeit von dem in der Leitung 15 herrschenden Druck erfolgen, z. B.
mittels eines Kolbens eines Hilfszylinders, bei welchem dieser Druck entgegen einer
Feder wirkt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Achse io in Abhängigkeit
von ihrer Exzentrizität zum Gehäuse i i selbsttätig zu verdrehen. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn die Höhe des Druckes im Kanal 15 von dem Maß dieser Exzentrizität
abhängt.
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In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines der Erfindung entsprechenden
Kapselgetriebes gezeigt, und zwar des Pumpenteils dieses Getriebes. Die einzelnen
Elemente entsprechen denjenigen der Fig. i. Sie sind daher mit denselben Bezugszeichen
versehen worden. Der Unterschied liegt jedoch darin, daß die Steuerstege 16 und
17 symmetrisch zur Achse 21 angeordnet sind. Die relative Verstellung von Läufer
12 und Gehäuse i i erfolgt jedoch nicht auf einer mit der Achse 21 zusammenfallenden
Bahn, sondern längs der Bahn 25, welche die Achse 21 in ihrem Mittelpunkt schneidet.
Die Wirkungsweise entspricht im wesentlichen derjenigen des in Fig. i gezeigten
Ausführungsbeispiels. Betrachtet man die Achse des Läufers 12 als feststehend und
diejenige des Gehäuses i i als verstellbar und zieht man die Lage in Betracht, in
der sich die Achse des Gehäuses i i im Punkt 26 befindet, so nimmt das Gehäuse die
durch die Linien 27 strichpunktiert dargestellte Lage ein. Die Zelle 23, die bei
Umlaufrichtung des Läufers im Gegenuhrzeigersinn unmittelbar vor der Trennung ihrer
Verbindung mit dem Saugkanal 14 steht, hat bereits die Stellung ihres größten Volumens
durchlaufen. Sie erfährt daher eine weitere erhebliche
Abnahme ihres
Inhaltes, bis sie mit dem Druckkanal 15 in Verbindung tritt. Dadurch steigt ihr
Innendruck und gleicht sich dem im Kanal 15 herrschenden Druck an, so daß im Augenblick
der Verbindung kein mit starken Geräuschen verbundener Druckausgleich erfolgt. In
ähnlicher Weise hatte die Zelle 28, die soeben mit dem Saugkanal in Verbindung getreten
ist, zuvor bereits eine wesentliche Vergrößerung ihres Inhaltes erfahren und dadurch
den überdruck verloren, der aus ihrer Verbindung mit dem Druckkanal i5, herrührte.
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Diese Ausführungsform der Erfindung hat also dieselbe Wirkung wie
die an Hand der Fig. i erläuterte Ausführungsform. Sie gelangt dann zur Anwendung,
wenn bei der Verstellung des Pumpenteils durch seine Nullage hindurch ein Wechsel
der Saug- und Druckseite stattfindet. Wenn das nicht der Fall ist, wie bei Hebezeugen,
bei denen auch bei einer Verstellung des Pumpenteils durch die Nullage hindurch
derselbe Kanal 14 bzw. 15 die Saugseite und der andere Kanal die Druckseite bilden,
verwendet man zweckmäßig die in Fig.3 gezeigte Ausführungsform, bei welcher die
relative Verstellung zwischen Läufer 12 und Gehäuse ii nach einer durch die Kurve
29 bezeichneten Bahn erfolgt. Es sei angenommen, daß die Achse des Gehäuses sich
im Punkt 3o befindet. Dann hatte die Zelle 2$ vor ihrem Anschluß :an ,den Saugkanal
14, der soeben erfolgt ist, bereits eine wesentliche Vergrößerung ihres Inhaltes
erfahren, und dadurch war die gewünschte Angleichung ihres Innendruckes an den Druck
des Saugkanals 14 erfolgt.
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Die Kurve 29 verläuft durch die Achse des Getriebes, so daß in der
Nullstellung Läufer i2 und Gehäuse i i gleichachsig zueinander liegen und die Zellen
beim Umlauf keine Veränderung ihres Inhaltes erfahren. Die relative Verstellung
von Läufer und Gehäuse nach der Kurve 29 kann jedoch aus konstruktiven Gründen unerwünscht
sein. Es ist nun auch möglich, die Verstellung nach einer zur Achse 21 parallelen,
durch die Grenzlage hindurchlaufenden geraden Linie auszuführen, z. B. nach der
Linie 3 r. Dann erfahren allerdings die Zellen in der mittleren Nullstellung des
Läufers bei dessen Umlauf eine Volumenveränderung. Diese führt jedoch zu keiner
Förderung der Flüssigkeit, weil jeweils Zellen, deren Inhalt sich vergrößert, mit
solchen Zellen in Verbindung stehen, deren Inhalt sich um das gleiche Maß verkleinert.
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Die Erfindung ist in keiner Weise auf Kapselwerke beschränkt, sondern
auf beliebige, nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Flüssigkeitsgetriebe anwendbar.