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Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor Die Erfindung betrifft
eine hydraulische Pumpe oder einen hydraulischen Motor, bei denen ein umlaufender
Zylinderblock mit in regelmäßigen Abständen voneinander angeordneten Versohiebungszyli.ndern
parallel oder annähernd parallel zu der Achse der Drehbewegung gegen eine Ventilplatte
anläuft. Ein zentral angeordneter Ausgleichszylinder mit zwischen dem Zylinderblock
und der Ventilplatte angeordnetem Kolben od. dgl. dient dazu, den Block in Kontakt
mit der Ventilplatte zu pressen, um der hydraulischen Abhebekraft zwischen der Ventilplatte
und dem Block entgegenzuwirken. Bei dieser Art von Pumpen oder Motoren wird der
Ausgleichskolben im allgemeinen mit Druckflüssigkeit aus der Drucköffnung in der
Ventilplatte gespeist, und eine notwendige Bedingung für die Erzielung eines hohen
Wirkungsgrades besteht darin, den Sickerverlust hinter dem Ausgleichskolben auf
einen Mindestwert herabzudrücken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ausgleichskolben in
seinem Zylinder bei Arbeitsdruck praktisch flüssigkeitsdicht zu machen und doch
gleichzeitig die relative Drehbewegung zu ermöglichen. Ein besonderer Zweck der
Erfindung besteht darin, eine Abdichtung zu erzielen, die außergewöhnlich betriebssicher
ist und sich. selbsttätig nachreguliert, um die Abnutzung auszugleichen, die praktisch
während der gesamten Lebensdauer der Pumpe oder des Motors vor sich geht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumpe oder
der Motor eine kreisringförmige Abdichtung aus Metall oder einem ähnlichen harten
Material erhält, die in exakter, flüssigkeitsdichter Art in dem Zylinder angeordnet
ist und unter dem hydraulischen Druck in dem Zylinder gegen einen Anschlag an der
Ventilplatte gedrückt wird, wobei der Verschluß flüssigkeitsdicht auf einem kreisförmigen
oder annähernd kreisförmigen Sitz auf den Anschlag wirkt und einen Teil dieses Anschlags
frei läßt, der einen etwas kleineren Flächeninhalt hat als der Querschnitt des Ausgleichszylinders,
der in dem Ausgleichszylinder unter Druck steht, derart, daß der hydraulische Druck
nur in einem kleinen Bereich der Dichtung wirksam werden kann, wenn der Druck diese
gegen den Anschlag drückt. Vorzugsweise ist der Teil der Dichtung, der mit dem Zylinder
zusammenarbeitet, dünnwandig, damit der Druck in dem Zylinder diesen leicht nach
außen drücken kann, um den abdichtenden Abschluß mit dem Zylinder besonders wirksam
zu gestalten. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der
Erfindung ragt die Dichtung von dem Zylinder in eine Verlängerung hinaus, so daß
der kreisförmige Sitz sich über einen Durchmesser erstreckt, der etwas breiter ist
als der Durchmesser des Zylinders, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß sieh die
von dem Druck der Sickerflüssigkeit unter der Dichtungsfläche erzeugte Kraft nur
verringert, aber nicht den hydraulischen Druck übersteigt, der dazu dient, die Dichtung
mit dem Anschlag in Berührung zu halten. Ein sehr kleiner Betrag von Undicntigkeit
hinter der Dichtungsfläche isst sogar erwünscht, um den Umfang der Abnutzung an
der Dichtungsfläche zu verringern. Durch Ausprobieren des Anschlagbereichs zwischen
Dichtung und Dichtungsfläche ist es möglich, den Sickerverlust auf einen sehr kleinen
Betrag zu verringern und doch noch einen schmierenden Flüssigkeitsfilm zwischen
Dichtung und Anschlag übrig zu behalten. Es empfiehlt sich ferner, die in den Ausgleichszylinder
gelangende Druckflüssigkeit grundsätzlich und quantitativ zu filtern, damit von
der
Flüssigkeit keine Schleifmittelpartikelchen bis zu der Dichtung
befördert werden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsform
der hydraulischen Vorrichtung nach der Erfindung an dem Beispiel einer Kolbenpumpe
mit veränderbarem Hub unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden. In
der Zeichnung bedeutet Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Pumpe, Fig. 2 eine Einzelheit
der Fig. 1 mit einem Filter in vergrößertem 1daßstab, Fig. 3 eine Endansicht des
Filters, Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausgleichszylinders nach Fig. 1
und Fig. 5 eine weitere vergrößerte Darstellung des Dichtungsrings in dem Ausgleichszylinder
nach Fig. 4.
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Die Pumpe besitzt als Grundbauelement einen umlaufenden Zylinderblock
1 mit einer Mehrzahl von @rerdrängungszy lindern 2, die parallel zu der Drehachse
des Blocks liegen und regelmäßig verteilt um die Achse herum angeordnet sind. In
jedem Zylinder ist ein Kolben 3 angeordnet, aus dem eine Verbindungsstange 4 herausragt,
die mit Hilfe eines Kugelgelenks 5 mit dem Kolben verbunden ist. Die äußeren Enden
der Verbindungsstangen 4 sind in regelmäßigen Abständen mit Hilfe von Kugelgelenken
6 am Umfang einer umlaufenden Druckplatte 7 angeordnet. Die Druckplatte ist radial
durch Walzenlager 8 und 9 gehalten, während der Axialdruck von einem Drucklager
11 aufgenommen wird. Eine Antriebswelle 12, die mit der Druckplatte aus einem Stück
bestehen kann, ragt aus der Pumpe heraus. Die Druckplatte wird durch ihre Lager
in einem feststehenden Gehäuse 13 gehalten, das seinerseits in einem Pumpengehäuse
14 untergebracht ist. Das Gehäuse 13 ragt in das Gehäuse 14 hinein und läuft in
ein Scheibenpaar 15 und 16 aus, das in einer quer zu der Achse der Welle 12 verlaufenden
Achse liegt. Ein Paar Hohlarme 17 und 18 sind mittels Walzenlagern 19 und 21 an
den Scheiben 15 bzw. 16 befestigt. Die Hohlarme sind außerdem noch an einer Ventilplatte
befestigt, wobei die Kanäle in den Armen in die Durchlässe 23 und 24 in der Ventilplatte
einmünden. In der Nähe der Scheiben 15 und 16 ragen die Hohlarme nach außen in Lager
25 und 26 in dem Gehäuse 14. Die Achsen der Lager 25 und 26 und der Scheiben 15
und 16 fallen zusammen, so daß die Hohlarme, die Ventilplatte und der umlaufende
Block Winkelbewegungen um diese Achse ausführen können, um den Hub der Kolben 3
in den Zylindern 2 während der Drehbewegung der Welle 12, der Druckplatte 7 und
des Zylinderblocks 1 ändern zu können. Diese Achse wird im folgenden als Gelenkachse
bezeichnet. Ein Universalgelenk für konstante Geschwindigkeit verbindet die Druckplatte
mit dem Zylinderblock, um deren gemeinsame Drehbewegung zu garantieren. Der geometrische
Mittelpunkt des Universalgelenks liegt auf der Gelenkachse, während der Kreis, auf
dem die Mittelpunkte der Kugelgelenke 6 in der Druckplatte liegen, so angeordnet
ist, daß die Gelenkachse durch einen Durchmesser hindurchgeht. In den Lagern 25
und 26 liegt die Verbindung von den Hohlarmen zu den Außenrohren 28 und 29, durch
welche die Flüssigkeit in die Pumpe hinein und aus dieser heraus gelangen kann.
Die Strömungsrichtung hängt dabei von der Winkelverschiebung des Zylinderblocks,
der Ventilplatte und der Hohlarme um die Gelenkachse ab. Zur Änderung der Verdrängung
ist ein Stift 31 an dm Hohlarm 17 befestigt und mit einer nicht dargestellten Schraubvorrichtung
mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch kann die Winkelstellung des Zylinderblocks, der
Ventilplatte und der Hohlarme relativ zu der Gelenkachse justiert werden.
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Diejenige Fläche des Zylinderblocks, die mit der Ventilplatte 22 in
Berührung steht, beisitzt eine Anzahl von Schlitzen 32, von denen jeweils einer
aus einem Zylinder 2 herausführt. Diese Schlitze sind radial nach innen auf die
Zylinder 2 zu gerichtet, damit der Gesamtbereich der Durchlässe 23 und 24 in der
Ventilplatte auf den kleinstmöglichen Abmessungen gehalten werden kann und doch
noch genügend Raum für den Flüssigkeitsdurchlaß bleibt, der die Strömung nicht in
unzulässiger Weise beschränkt. Während diese Anordnungen den wirksamen Bereich der
Durchlässe 23 und 24 materiell verringert, kann sie doch die Fläche der Durchlässe
23 und 24 nicht verringern, so daß sie weniger Raum in Anspruch nehmen als die Gesamtfläche
der Zylinder, die in jedem einzelnen Zeitpunkt mit diesen mit dem Ergebnis in Verbindung
stehen, daß während des Betriebs der Pumpe immer eine überwiegende hydraulische
Kraft vorhanden ist, die den Zylinderblock von der Ventilplatte abzuheben sucht.
Diese Kraft ist natürlich am Auslaßkanal, der beispielsweise der eine oder der andere
der Durchlässe 23 und 24 sein kann, am größten, unabhängig von der Richtung der
Winkelverschiebung um die Gelenkachse. Um den Zylinderblock unter allen Umständen
mit der Ventilplatte in Kontakt zu halten, befindet sich in dem Zylinderblock 2
ein zentral angeordneter Ausgleichszylinder 33, in welchem sich eine Stange 34 befindet,
die in der Ventilplatte 22 fest angeordnet ist. Diese Stange 34 geht durch den Ausgleichszylinder
hindurch und endet in einem Kopf 35. Der Kopf 35 befindet sich seinerseits außerhalb
des Zylinders 33 in einem Fortsatz 36 des Zylinders. Eine kreisringförmige Dichtung
37 (s. Fig. 4) ist am Ende des Zylinders 33 angeordnet und drückt gegen die ebene
Innenfläche des Kopfes 35. Die Dichtung 37 enthält einen dünnwandigen zylindrischen
Wandteil 39, der einen strammen Sitz in dem Zylinder 33 bewirkt. Der Wandteil 39
besteht mit einem Verstärkungsring 41 aus einem Stück, der an seiner äußersten Kante
eine kreisringförmige Dichtungsfläche 42 besitzt, welche die Fläche 38 berührt.
Die innere Kante der Dichtungsfläche 42 hat einen etwas kleineren Durchmesser als
der Zylinder 33, während die äußere Kante der Fläche 42 in die Ausnehmung der Verlängerung
36 des Zylinders hineinragt und einen etwas größeren Durchmesser als der Zylinder
33 hat, um eben diese Fläche 42 zu bilden. Der Verstärkungsring 41 ist bei 43 an
der Stelle hinterdreht, an der er der Fläche 38 gegenübersteht. Die gestrichelten
Linien in Fig.4, die von dem Zylinder 33 und von dem inneren Durchmesser der Dichtungsfläche
42 ausgehen, veranschaulichen den geringen Unterschied der beiden Durchmesser.
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Die Stange 34 ist in eine Bohrung 44 in der Ventilplatte 22 genau
eingepaßt und wird mit Hilfe einer Überwurfmutter 45 in Schraubverbindung mit dem
äußeren Ende gehalten. Im Innern des Zylinders 33 ist auf der Stange 34 eine Schulter
46 vorgesehen, an welcher der Laufring eines Druckkugellagers anliegt. Eine Feder
48 ist zwischen dem inneren Ende des Zylinders 33 und dem Laufring des Druckkugellagers
wirksam: sie dient dazu, die Stange 34 so zu beeinflussen, daß die Mutter 45 auf
die Rückseite der Ventilplatte 22 drückt. Eine Dichtung 49 zwischen der Mutter 45
und der Ventilplatte 22 dient dazu, ein Durchsickern von Druckflüssigkeit zu verhindern.
Zwei
Durchlässe 51 und 52 führen jeweils von den Durchlässen 23 bzw. 24 zu dem von der
Dichtung 49 umschlossenen Raum. Ein Schlitz 53 in dem Schraubengewinde der Mutter
45 leitet Druckflüssigkeit zu dem Ende der Stange 34, so daß sie in eine axiale
Bohrung 54 gelangen kann, die sich im Innern der Stange befindet und in dem Zylinder
33 endet. In dem Raum zwischen der Kappe der Überwurfmutter 45 und dem Ende der
Stange 34 ist eine magnetische Filtereinrichtung 55 untergebracht. Diese besteht
aus einer Messingscheibe 56, in deren Mitte ein Stabmagnet 57 befestigt ist; außerdem
sind Löcher 58 vorhanden, so daß die Flüssigkeit, die in die Bohrung 54 fließt,
über den Magneten 57 strömen muß. Auf diese Weise werden alle eisenhaltigen Partikelchen
in der Flüssigkeit zurückgehalten. Die Durchlässe 51 und 52 sind mit Rückschlagventilen
versehen, damit in die Bohrung 54 von den Durchlässen 23 oder 24 her nur solche
Flüssigkeit gelangen kann, die unter dem höheren Druck steht.
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Ist die Pumpe in Betrieb und haben sich Zylinderblock und Ventilplatte
winkelmäßig um die Gelenkachse verschoben, dann wird Druckflüssigkeit nach einem
der Durchlässe 23 oder 24 hin geliefert. Diese Druckflüssigkeit wird die Pumpe in
der Hauptmenge in der beabsichtigten Weise durch die Kanäle 28 oder 29 verlassen,
aber eine sehr kleine Menge wird durch die Bohrung 54 in den Zylinder 33 gelangen.
Der Druck dieser Flüssigkeit wirkt so auf die Dichtung 37, daß er diese infolge
der kleinen Differenz der Querschnitte zwischen dem Wandteil 39 und dem inneren
Durchmesser der Fläche 42 gegen die Fläche 38 drückt. Obwohl die Pumpe an sich bei
extrem hohen Drücken arbeitet, sieht man doch ohne weiteres, daß die Kraft, die
auf die Fläche 42 ausgeübt werden kann, sehr klein ist, aber gleichzeitig in einem
ganz bestimmten Verhältnis zu dem Betriebsdruck der Pumpe oder des Motors steht.
Die Verlängerung 36 des Zylinders steht infolge der kleinen Toleranz zwischen dem
Ende 35 der Stange 32 und der Verlängerung 36 in Verbindung mit dem niedrigen Druck,
und die Fläche 42 des Sitzes dient infolgedessen als Abschluß zwischen Flüssigkeiten
hohen und niedrigen Drucks. Eine verschwindend kleine Undichtigkeit ist durchaus
erwünscht, damit die Fläche 42 nicht unmittelbar an der Fläche 38 anliegt, und die
Abmessungen des Wandteils 39 und der Fläche 42 sind so aufeinander abgestimmt, daß
ein sehr kleiner hydraulischer Druck die Fläche 42 gegen die Fläche 38 drückt. Die
Tatsache, daß Flüssigkeit an der Fläche 42 durchsickert, bedeutet nichts anderes,
als daß ein Druckgradient besteht und daß auf die Fläche 42 eine hydraulische Kraft
ausgeübt wird, die einkalkuliert ist und so bemessen sein muß, daß die Größe der
Kraft, welche die Fläche 42 anpreßt, niemals überschritten wird, sondern immer eine
kleine Kraft bleibt, welche die Abdichtung des Sitzes 42 mit der Fläche 38 aufrechterhält.
Der Druck, der gegen den Wandteil 39 preßt, drückt diesen leicht in flüssigkeitsdichte
Verbindung mit dem Zylinder 33 nach außen und verursacht gleichzeitig eine gewisse
Reibung. Auf diese Weise läuft die Dichtung mit dem Block 1 um, während die Fläche
42 an der Fläche 38 anläuft.
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Auf den Zylinderblock wird also bei laufender Pumpe am Ende des Zylinders
33 immer eine hydraulische Kraft ausgeübt, die in dem Sinne wirkt, daß der Zylinderblock
in dichter Berührung mit der Ventilplatte 22 bleibt, wobei eine sehr kleine Kraft
überwiegt, die dafür sorgt, daß der Zylinderblock trotz der hohen Betriebsdrücke
der Pumpe nicht dazu neigen kann, sich von der Ventilplatte abzuheben. Der Zylinder
33 und die Dichtung 37, die grundsätzliche Hilfsmittel darstellen, um dieses Gleichgewicht
zu erhalten, sind so angeordnet, wie dies oben beschrieben ist, so daß also nur
ein sehr kleiner Sickerverlust besteht, der keine irgendwie meßbare Verringerung
des Wirkungsgrades der Pumpe zur Folge hat. Der Dichtungsring 37 nimmt immer eine
solche Lage ein, daß er einen praktisch flüssigkeitsdichten Abschluß bewirkt, unabhängig
von irgendwelchen Abnutzungen, die zwischen den Flächen 42 und 38 eintreten können,
so daß die Dichtung selbst also auch eine sehr lange Lebensdauer hat. Die Dichtung
kann also tatsächlich so ausgeführt werden, daß sie ohne Ersatz und ohne Nachregulierung
ebenso lange hält wie die Pumpe selbst.