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Schiefscheibenpumpe Bei Schiefscheibenpumpen mit ortsfest gelagerter
Zylindertrommel muß die Schiefscheibenneigung zwecks Verstellung der Fördermenge
veränderlich sein. Man hat aus diesem Grunde die Schiefscheibe drehbar auf einem
Schwenksegment gelagert, welches seinerseits so ausgebildet ist, daß es im Gehäuse
um eine die Pumpenwelle schneidende und auf derselben senkrecht stehende Achse drehbar
ist.
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Bei den bisher bekannten Ausführungen erhielt das Schwenklager die
Form eines Tragbügels, auf dessen Mittelzapfen die Schiefscheibe gelagert war. Der
Tragbügel selbst besaß zwei gegenüberliegende Zapfen, die in entsprechenden Bohrungen
der Gehäusewand gelagert waren. Es sind ferner Ausführungen bekannt, bei denen das
Schwenklager die Form einer Halbkugel besitzt, die in einer entsprechenden kalottenförmigen
Vertiefung der inneren Gehäusestirnseite anliegt und ähnlich wie der obengenannte
Tragbügel mittels zweier Lagerzapfen im Gehäuse gelagert und so geführt ist, daß
sie sich ausschließlich in der beabsichtigten Schwenkrichtung bewegen läßt.
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Die neuere Entwicklung dieser Schiefscheibenpumpen, insbesondere bei
ihrer Anwendung bei Olgetrieben als Pumpen- und Motorteil, strebt immer höhere spezifische
Leistungen dieser Getriebe an, wozu in erster Linie eine Erhöhung des Öldruckes
bei diesen Getrieben geeignet ist. Dabei zeigen sich jedoch bei den oben angeführten
Schiefscheibenschwenklagerkonstruktionen
- erhebliche Schwierigkeiten, die darin bestehen, daß die auf die Schiefscheibe
einwirkenden Kolbenkräfte unverhältnismäßig groß sind und dadurch die zur Verfügung
stehenden Lagerflächen der Zapfen des Schwenklagers nicht mehr ausreichen. Außerdem
sind die im Gehäuse geführten Lagerzapfen des Schwenklagers nicht genügend biegesteif,
was eine in Richtung der wirkenden Kolbenkräfte auftretende Elastizität ergibt,
die mit 'unangenehmer Geräuschentwicklung verbunden ist.
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Ein weiterer Nachteil der genannten Ausbildungsformen der Schiefscheibenlagerung
bzw. des Schiefscheibenschwenklagers mit Gehäuse besteht darin, daß das Gehäuse
in der Nähe der Schiefscheibe zwecks Bearbeitung des Gehäuses oder Montage in geteilter
Ausführung hergestellt «erden muß. Daraus ergibt sich ein unzweckmäßiger, nicht
formschöner Zusammenbau zweier solcher Pumpen, wie das z. B. bei den Ölgetrieben
der Fall ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse mit Schwenklager
so auszubilden, daß diese Teile der angestrebten Drucksteigerung gewachsen, starr
und einfach in ihrer Form, ferner leicht herstellbar sind und die Voraussetzungen
für bequeme Montage- und Kontrollmöglichkeiten bieten. Außerdem soll die neue Bauform
des Gehäuses mit Schwenklager einen zweckmäßigen und formschönen Zusammenbau zweier
Schiefscheibenpumpen zu einem Ölgetriebe ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse
der Schiefscheibenpumpe mit einer Querbohrung versehen ist, deren Achsenmitte die
Pumpenwellenachse schneidet, dazu senkrecht steht und mit der gewünschten Schwenkachse
des Schiefscheibenschwenklagers zusammenfällt und deren Durchmesser so groß ist,
daß das Schwenksegment durch die seitliche Öffnung der Querbohrung eingeführt werden
und dadurch das Gehäuse ungeteilt bleiben kann. Das Schwenklager selbst bekommt
erfindungsgemäß die Gestalt eines Zylindersegments, dessen Stirnseiten mit so großen
Rollenlagern ausgestattet sind, daß dieselben mit ihrem Außenring unmittelbar in
der großen Querbohrung aufgenommen werden können. Die Vorteile dieser Schwenklagergehäusegestaltung
sind die, daß die große Querbohrung im Gehäuse ebenso wie das Schwenklager einfach
und genau herzustellen ist und die Tragkraft gegenüber dem bisher bekannten, wesentlich
vergrößerten Rollenlager ausreichend ist, um die gewünschten Öldrucke anwenden zu
können. Ferner ist der seitliche Flanschdeckel der Querbohrung mit einer Lagernabe
versehen, in welcher ein Verstellhebel geführt ist, der zeigerartig in eine radiale
Nut des Schwenksegments eingreift. Es steht frei, die Querbohrung ganz durch das
Gehäuse durchzuführen und zu beiden Seien des Gehäuses mit einem Flanschdeckel zu
versehen oder aber die Querbohrung nur mit einer Öffnung nach einer Seite des Gehäuses
auszustatten, womit ein Flanschdeckel gespart werden kann. Auch kann die Querbohrung
im Falle der Anwendung von zwei Rollenlagern sich überhaupt nur über den Bereich
der beiden Gehäusewände erstrecken. Ferner kann die Querbohrung im Bereich des Flanschdeckels
ohne weiteres zur Aufnahme eines Lagerringes erweitert sein. Außerdem können das
Gehäuse und das Schwenksegment aus Leichtmetall bestehen und an den Gleit- bzw.
Wälzflächen des Schiefscheibenschwenksegments mit einer eingegossenen Stahleinlage,
einer aufgespritzten, galvanisch aufgetragenen oder eingeschrumpften Schicht aus
einem besonders harten und verschleißfesten Werkstoff versehen sein.
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Die Lagerung des Schwenksegments in der großen Querbohrung mittels
Rollenlager ist nur eine von mehreren Möglichkeiten. Sie wird vor allem durch den
Verwendungszweck der betreffenden Schiefscheibenpumpe bestimmt. Man kann unterscheiden
zwischen Hochdruckpumpen und Höchstdruckpumpen und diese wieder in zwei Gruppen
unterteilen, nämlich solche, bei denen die Fördermenge jederzeit, also auch unter
Last, beliebig veränderlich sein muß, und solche, die nur auf eine bestimmte Fördermenge
einstellbar sein müssen, wo also keinerlei Verstellmöglichkeit im Betrieb notwendig
ist.
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Bei der Auslegung der Schiefscheibenpumpe als unter Last verstellbare
Hochdruckpumpe wird die Lagerung des Schwenksegments mittels der bereits genannten
zwei großen seitlichen Rollenlager vorgenommen.
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Bei der Auslegung der Schiefscheibenpumpe als unter Last verstellbare
Höchstdruckpumpe ist naturgemäß auch ein Höchstmaß an Starrheit bzw. Schwingfestigkeit
erforderlich. Bei der obengenannten Ausbildung mit Rollenlagern bildet das Schiefscheibenschwenksegment
hinsichtlich der statischen Kräfte einen Tragbalken mit zwei Stützpunkten und einer
dazwischen angreifenden Last. Die Rollenlager (Stützpunkte) liegen aber neben der
Schiefscheibe und müssen darum einen Abstand haben, der mindestens größer als der
größte Schiefscheibendurchmesser ist. Die Elastizität dieses Tragbalkens, d. h.
die Größe der elastischen Durchfederung unter dem Einfluß der Kolbenkräfte, hängt
aber von der dritten Potenz des Stützpunktabstandes ab. Daraus ergibt sich das Ziel,
die Stützpunkte so nahe wie möglich zusammenzurücken.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, das anstatt der
beiden Rollenlager zwei Nadellager so angeordnet werden, daß sich die Lagernadeln
unmittelbar zwischen der Wand der Gehäusebohrung und der zylinderförmigen Rückseite
des Schiefscheibenschwenksegments abwälzen. Um ein einwandfreies Arbeiten dieser
Wälzlager zu ermöglichen, sind die beiden Enden der Rollbogen durch einen das Schwenksegment
durchdringenden Kanal verbunden. Die Lagernadeln bilden dadurch eine geschlossene
Kette. Da die Rückführung der Lagernadeln durch den Segmentkörper erfolgt, können
die beiden Lager wesentlich näher zusammengerückt werden, und damit ist die
notwendige
Starrheit des Schwenklagersegments gewährleistet.
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Bei der Auslegung der Schiefscheibenpumpe als Hoch- oder Höchstdruckpumpe,
bei der nur eine Einstellbarkeit des Neigungswinkels der Schiefscheibe verlangt
wird und deshalb das Schiefscheibenschwenklager nicht unter Last bewegt zu werden
braucht, wird schließlich vorgeschlagen, das Schiefscheibenschwenksegment mit einem
solchen Radius auszuführen, daß es unmittelbar in die Querbohrung paßt und somit
das Schiefscheibenschwenksegment mit seiner ganzen Rückfläche im Gehäuse zur Kraftübertragung
herangezogen wird.
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Die Kombinationsmöglichkeit von zwei Schiefscheibenpumpen zu einem
ölgetriebe ist dadurch gegeben, daß man den Pumpen ein gemeinsames Gehäuse gibt,
das zwei zueinander parallele Querbohrungen besitzt. Aus dieser Anordnung ergeben
sich noch weitere Vorteile, die besonders dann zur Auswirkung gelangen können, wenn
die beiden Pumpen dieselbe Größe aufweisen, da in diesem Fall der mittlere Gesamtkolbendruck
der beiden Schiefscheibentriel)werl:e genau gleich groß ist, und wenn eine gleichzeitige
Verstellung des Pumpen- und Motorteils vorgenommen wird. In diesem Fall kann man
die Verstellbarkeit der Schiefscheibenschwenksegmente auch ohne Anwendung von besonderen
Wälzlagern erreichen. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, die beiden Schiefscheibenschwenksegmente
durch unmittelbare Nebeneinanderanordnung der Querbohrungen mit ihrer zylindrischen
Rückseite in Linienberührung zu bringen, so daß sie sich ohne zusätzliche Gehäusebelastung
leicht aneinander abwälzen und mit der Schiefscheibenneigung verstellen lassen.
Es ist bei dieser Anordnung ohne weiteres möglich, die beiden in den seitlichen
Querbohrungsflanschdeckein gelagerten Schiefscheibensegmentverstellwellen in ihrer
richtigen Lage durch Zahnsegmente zu sichern.
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Eine weitere Ausbildungmöglichkeit der Erfindung besteht darin, daß
man die beiden zylindrischen Rücken der Schiefscheibenschwenksegmente sich nicht
unmittelbar berühren lädt, sondern zwei im Gehäuse gelagerte zylindrische Rollen
dazwischenschaltet. Die gemeinsame Verstellung der Schwenksegmente wird dadurch
vorgenommen, daß beide Schwenksegmente am Umfang eine schmale Verzahnung bekommen,
in die ein auf einem der beiden Lagerbolzen der Wälzrollen befestigtes Zahnrad gleichzeitig
eingreift und somit durch Verdrehung des Lagerbolzens eine Verstellung vorgenommen
werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist der, daß der Verstellwinkel
der Verstellwelle durch die Untersetzung Zahnrad-Schwenksegment wesentlich vergrößert
wird und damit die Verstellung feinfühliger und leichter vor sich geht. Die dazwischengeschalteten
zylindrischen Rollen sind auf den Lagerbolzen frei drehbar. Die gegenseitige Abstützung
der Schwenksegmente kann auch dann angewendet werden, wenn die Schwenksegmente unabhängig
voneinander schwenkbar sein sollen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht,
daß die auf den beiden Bolzen gelagerten zylindrischen Rollen in ihrer Länge auf
mindestens drei einzelne Rollen unterteilt werden. Entsprechend den einzelnen Druckrollenlängen
weisen die Schwenksegmente derartige ringförmige, zum Zylindermantel gleichmittige
Eindrehungen von einigen Zehntelmillimeter Tiefe auf, daß ein und dieselbe Rolle
jeweils nur mit einem Schwenksegment in Berührung kommt und sich dadurch unabhängig
von dem anderen Schwenksegment frei auf den Lagerbolzen drehen kann. Auf jedem Lagerbolzen
stecken also Rollen, die nur mit dem einen, und solche Rollen, die nur mit dem anderen
Schwenksegment in Berührung kommen. Beide Lagerbolzen sind im Gehäuse drehbar gelagert
und mit je einem Zahnsegment versehen. Jeder Lagerbolzen steht über sein Zahnsegment
und eine entsprechende Gegenverzahnung des Schwenksegmentzylindermantels mit eben
diesem so in Verbindung, daß jeweils durch Drehen dieses Lagerbolzens das betreffende
Schwenksegment beliebig verschwenkt werden kann. Die Lagerbolzen stehen mit ihrem
Ende aus dem Getriebegehäuse heraus und können dort mit einem Hebel od. dgl. betätigt
werden.
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Die Eigenschaft der Querbohrung, mit ihrem ganzen Durchmesser seitlich
die Gehäusewand zu durchdringen, hat den Vorteil, daß sie einfach herzustellen,
infolge des geschlossenen Durchmessers an der Flanschstelle des Flanschdeckels leicht
zu messen ist, dem Schiefscheibenschwenklager eine genaue Führung in der beabsichtigten
Schwenkebene gibt und es ermöglicht, trotz leichter Herstellbarkeit und Montage
der Pumpe das Gehäuse ungeteilt auszuführen.
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In den Fig. i bis 8 ist der Erfindungsgegenstand an verschiedenen
Ausführungsbeispielen erläutert. Bei der Ausführung gemäß Fig. i und a bilden das
Gehäuse i und das Lagerschild a die äußere Hülle für die in ihrer Wirkungsweise
bekannten Einzelteile des Schiefscheibentriebwerks. Diese sind die Antriebswelle
3 mit der von ihr angetriebenen Zylindertrommel q. und Schiefscheibe 5, welch letztere
mittels der an ihrem Umfang gelagerten Pleuel 6 die Kolben 7 antreibt. Die Schiefscheibe
5 ist in dem Schwenksegment 8 gelagert, welches seinerseits in einer großen Querbohrung
des Gehäuses geführt ist, deren Achse mit der Schwenkachse der Schiefscheibe zusammenfällt
und deren Durchmesser so groß ist, daß das mit seinem äußeren zylindrischen Umfang
darin unmittelbar gelagerte Schiefscheibenschwenksegment bei abgenommenem seitlichem
Flanschdeckel 9 ohne weiteres eingebaut oder herausgenommen werden kann. Das Schiefscheibenschwenklager
liegt an dem Gehäuse i auf großer Fläche und in flüssigkeitsmäßig günstigster Weise
an und wird erstens durch die zylindrische Lagerung an sich und zweitens durch die
seitliche Parallelführung zwischen der Gehäusewand und dem Flanschdeckel9 genau
in der vorgesehenen Schwenkebene geführt. Die Verstellung des Schwenksegments 8
kann an der Welle io über einen zeigerartigen Hebel ii
erfolgen,
der mit seinem abgebogenen Ende in eine seitliche Ausfräsung 12 desSchiefscheibenschwenksegments
8 eingreift.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 und d. ist das Schiefscheibensegment
8 als Wälzlager ausgebildet. Es wird gezeigt, daß das Schiefscheibenschwenklager
zu beiden Seiten mit mindestens einem Lagernadelkranz versehen ist, der sich in
der Gehäusebohrung abwälzt. Um dies zu ermöglichen, sind die beiden Enden der auf
einem bestimmten Winkel begrenzten Laufbahnen über je eine Kurzschlußbahn, im vorliegenden
Beispiel als Schacht 21 quer durch den Schwenksegmentkörper verlaufend, verbunden.
Die Lagernadeln 13 können sich also ohne jede gegenseitige Störung abrollen.
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Das Schiefscheibenschwenksegment 8 kann nach Fig. 5 auch mittels Wälzlager,
die einen vollen Kreis bilden, in der Querbohrung des Gehäuses gelagert >werden.
Zu diesem Zweck besitzt das Schiefscheibenschwenksegment 8 zu beiden Seiten je einen
ring- oder scheibenförmigen Ansatz 14, der mit dem Schiefscheibenschwenksegment
8 aus einem Stück besteht oder aber auch in eine passende Ringnut des Schiefscheibenschwenksegments
8 eingeschraubt werden kann. Die Außenlaufringe für die Rollen 13 sind direkt in
die große Querbohrung geschoben. Vorteilhaft wird bei dieser Ausführung die Verstellwelle
über eine außen verzahnte Scheibe mit dem mit einer innen v erzabnten Bohrung versehenen
ringförmigen Ansatz 14 verbunden, so daß auch hier der Flanschdeckel 9 ohne weiteres
abgenommen werden kann.
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Die Fig. 6 bis 8 zeigen einige Beispiele, wie die Schiefscheibenschwenksegmente
8 sich vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse einbauen lassen.
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Bei der Ausführung nach Fig. 6 wälzen sich die zylinderförmigen Rückseiten
der Schiefscheibenschwenksegmente 8 unmittelbar mit Linienberührung aufeinander
ab, mit der Folgeerscheinung, daß die einer Verstellung entgegenwirkenden Reibungswiderstände
auf einfache Weise auf ein Minimum verkleinert werden.
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Bei der Ausführung nach Fig. 7 stützen sich die Schwenksegmente auf
ihren zylinderförmigen Rückseiten unter Zwischenschaltung von zwei zylindrischen
Rollen 15 prismenartig gegeneinander ab. Während der untere Lagerbolzen i5a im Gehäuse
i fest steht, ist der obere Lagerbolzen im Gehäuse i drehbar und mit einem Zahnrad
16 versehen, >welches gleichzeitig in die beiden Gegenverzahnungen 17 der
Schwenksegmente 8 eingreift. An dem Hebel 18 kann eine Verstellung der beiden Schwenksegmente
vorgenommen werden.
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Schließlich ist in Fig.8 an einem aus zwei in einem Gehäuse vereinigten
Schiefscheibenpumpen bestehenden Ölgetriebe die bei der neuen Ausführung des Gehäuses
und des Schiefscheibenschwenksegments sich ergebende zweckmäßige und schöne Bauart
gezeigt. Eine andere Möglichkeit bei zwei oder mehr als zwei in einem Gehäuse untergebrachten
Schiefscheibentriebwerken besteht darin, daß mehrere Schiefscheibenschwenksegmente
vorteilhaft in einer einzigen entsprechend längeren Querbohrung untergebracht und
gegebenenfalls miteinander verbunden sind oder sogar aus einem Stück bestehen.