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Zahnradpumpe bzw. Zahnradmotor (Prioritäten: 10. Juli 1972, Japan,
68218/72 10. Juli 1972, Japan, 68219/72 10. Juli 1972, Japan, 68220/72 11. Juli
1972, Japan, 68693/72 11. Juli 1972, Japan, 68694/72) Die Erfindung bezieht sich
auf eine Zahnradpumpe bzw. einen Zahnradmotor, insbesondere auf die Erhöhung des
Wirkungsgrads bei niedriger Drehzahl mittels einer Steuereinrichtung eines Dichtungsteils,
das im Eingriffsbereich der Zahnräder der Pumpe bzw. des Motors angeordnet ist.
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Bei herkömmlichen Zahnradpumpen und Zahnradmotoren erfolgt überwiegend
ein Druckausgleich zur Verbesserung des Pump- bzw.
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Äntriebswirkungsgrads durch Abdichtung des Dichtungsteils, das angrenzend
zum Eingriffsbereich der miteinander in Eingriff liegenden Zahnräder verwendet wird,
wobei der Auslaß- oder Einlaßdruck dazu ausgenutzt wird, ein inneres Ölleck aus
der Dichtungskammer zu verhindern, die durch die Zahnräder und das Dichtungsteil
gebildet wird.
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Das Dichtungsteil herkömmlicher Zahnradpu@pen und -motoren drückt
oder dichtet entsprechend dem Auslaß- oder Einlaßdruck des Öl. Es-wirkt daher stets
in der Richtung, in der es gedrückt wird.
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Bei niedrigen Arbeitsgeschwindigkeiten des Antriebs wird der Pumpwirkungsgrad
verringert, wodurch die Abhängigkeit der hydraulischen Daten verändert wird. Ferner
werden das Dichtungsteil und die umlaufenden Teile von Zahnradpumpen und -motoren
des Druckausgleichstyps bei hohen Drehzahlen angefressen und abgenutzt, wie sie
bei verschiedenen Bau- und Industriemaschinen erforderlich sind.
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inlib die Zahnradpumpe oder der Zahnradmotor frei laufen, d.h.
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keine Leistung aufnehmen oder abgeben, oder wenn eine größere Menge
als nötig abgeführt wird, bleibt der hydraulische Widerstand von etwa 10 bis 15
kg/cm2 des hydraulischen Pumpkreises bestehen, so daß Leistung verbraucht wird,
obwoill das abgeführte hydraulische Öl lediglich durch die Pumpe und einen Ölbehälter
zirkuliert. Hierdurch wird Leistung verbraucht und die Öltemperatur erhöht, was
weder für die Pumpe selbst noch die Rohrleitungen und Betätigungseinrichtungen im
hydraulischen Kreis günstig ist. Durch die Temperaturerhöhung des blas wird dessen
Viskosität vermindert, so daß sich die Dichtwirkung der Dichtungsteile vermindert
und das innere Ölleck erhöht. Hierdurch entstehen Ölverluste in den Rohrleitungen
und Betätigungseinrichtungen. Um diese Nachteile zu verhindern, müssen die Rohre
und Ventile zur Absenkung des Fluidwiderstandes vergrößert werden. Dies ist jedoch
unwirtschaftlich und führt darüberhinaus zu Montageschwierigkeiten, beispielsweise
wenn die Ventile und Rohrleitungen an einem Fahrzeug angebracht werden sollen.
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Die herkömmlichen Zahnradpumpen und -motoren werden bisher im allgemeinen
als Transmissionspumpen, Bremspumpen, Steuer-und Betätigungspumpen usw. verwendet.
Transmisions-, Brems-und Steuerpumpen müssen ihre Funktion auch irn Frei- oder Leerlauf
der Maschine zum Antrieb der Purape erfüllen. Bei Pumpen dieser Art vermindert sich
jedoch im allgemeinen der Volumenwirkungsgrad, wenn die Drehzahl absinkt. Insbesondere
bei hoher
Öltemperatur sinkt der Volumenwirkungsgrad manchmal auf
etwa 50 %. Die Leerlaufdrehzahl von in der Bauindustrie verwendeten liaschinen beträgt
überwiegend etwa 500 bis 600 U/min.
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In diesem-Zustand wird bei herkömmlichen Pumpen und Motoren der Volumenwirkungsgrad
auf 50 bis 60 % verschlechtert, mit dem Ergebnis, daß auch einfache Betriebsvorgä;rige
schwierig durchzuführen sind oder das richtige hnsprechverhalten erreicht wird.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, muß entweder die Drehzahl der Antriebsmaschine
erhöht oder eine Pumpe mit höherem Durchsatz gewählt werden. Dies ist jedoch aus
anderen Gründen unzweckmäßig. Ferner wird hierdurch die Schwierigkeit von Energieverlusten
nicht gelöst. Wird eine Pumpe verwendet, deren Kapazität auch bei niedriger Drehzahl
zur Zufuhr einer genügenden Ölmenge ausreicht, so geht Drehmoment verloren und der
überflüssige Durchsatz wird bei hoher Drehzahl durch Rückschlag- oder Sicherheitssentile
abgeführt.
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Daher ist es unvorteilhaft, die Pumpe nach dem im Leerlauf der Maschine
erforrlichen Durchsatz zu bemessen.
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Allgemein ist die innere Leckmenge an Öl aus den Spalten zwischen
dem Dichtungsteil und den Zahnrädern der ZahnradyAumpe bzw. -motors proportional
der dritten Potenz des Spaltes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe bzw. einen
Zahnradmotor zu schaffen, die den hydraulischen Fluiddurchsatz wirksam gemäß der
Last steuern, die mehrere Baugruppen aufweisen, die selektiv entsprechend der Belastung
angetrieben und angehalten werden können, bei denen die Temperaturerhöhung des hydraulischen
Fluids verhindert und der Energieverlust der Antriebsmaschine für die Pumpe bzw.
den Motor durch Steuerung des Auslaßdrucks und des Durchsatzes, der Drehzahl der
Pumpe und des Motors und der extern zugeführten Kraft verhindert wird. Die Verminderung
des Volumenvirkungsgrades bei niedriger Drehzahl der Antriebsmaschine der Pumpe
und des Motors soll kompensiert und die Abnutzung des Dichtungsteils und anderer
Pumpenteile infolge langer Laufzeit im Betrieb mit hoher Drehzahl
kompensiert
werden. Ferner soll der Grad der Abdichtung zwischen den Zahnrädern und dem Dichtungsteil
optimal wählbar sein, um die Abnutzung und das Anfressen des Dichtungsteils durch
die umlaufenden Teile bei hoher Drehzahl zu verhindern.
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Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe bzw. der erfindungsgemäße Zahnradmotor
enthält mehrere Pumpen und Motoren mit je wenigstens drei miteinander in Eingriff
liegenden Zahnrädern und ein Dichtungsteil, sowie Steuereinrichtungen zur Steuerung
des Druckes des Dichtungsteils in Richtung auf oder entgegengesetzt zu den Zahnrädern
der Pumpen bzw. Motoren. Auf diese Weise wird die Abnahme des Volumenwirkungsgrades
und die Abnutzung der Pumpen bzw. Motoren infolge langer Benutzung ausreichend kompensiert.
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Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 im Diagramm die
Abhängigkeit des Volumenwirkungsgrades von der Pumpendrehzahl; Fig. 2 im Diagramm
die Abhängigkeit der Öl-Leckmenge von der Spaltbreite; Fig. 3-5 schematische Darstellungen
eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe (bzw. -motors); Fig.
6 und 7 schematische Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels; Fig. 8 -
10 schematische Darstellungen eines dritten Ausführungsbeispiels; Fig.11 - 13 schematische
Darstellungen eines vierten Ausführungsbeispiels; und Fig.14 - 19 schematische Darstellungen
verschiedener husführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe (bzw.
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-motors).
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Zunächst sollen anhand der Fig. 1 und 2 die Eigenschaften herkömmlicher
Zahnradpumpen und -motoren erläutert werden. Die Figuren zeigen in Diagrammen die
Abhängigkeit zwischen der Drehzahl und dem Volumenwirkungsgrad bzw. zwischen der
Spaltbreite und der Fluid-Leckmenge bei herkömmlichen Zahnradpumpen und -motoren.
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Herkömmliche Zahnradpumpen und -motoren sind meist vom Druckausgleichsty.
Sie enthalten ein Dichtungsteil, das in der Nähe des Eingriffsbereichs der Zahnräder
angeordnet ist und auf die Zahnräder drückt. Dabei wird der Auslaß- oder Einlaßdruck
dazu verwendet, den Ölaustritt aus einer Dichtungskammer zu verhindern, die durch
das Dichtungsteil und die Zahnräder gebildet wird. Diese Dichtung wird entsprechend
dem Auslaß- oder Einlaßdruck angedrückt. Wenn die herkömmlichen Zahnradpumpen und
-motoren, insbesondere bei verschiedenen Baumaschinen angewendet werden, wird bei
niedriger Drehzahl der Maschine der Wirkungsgrad der Zahnradpumpe bzw. des Zahnradmotors
verringert, so daß auch das Ansprechvermögen der verschiedenen hydraulischen Bauteile
und Einrichtungen verringert wird. Läuft die Maschine mit hoher Drehzahl, so wird
das Dichtungsteil durch die umlaufenden Teile leicht angefressen oder abgenutzt.
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Bei Zahnradpumpen und -motoren dieser Art nimmt gemäß Fig. 1 der Volumenwirkungsgrad
mit abnehmender Drehzahl ebenfalls ab. Wird die Temperatur des hydraulischen Mediums
erhöht, so wird die Tendenz zur Abnahme des Volumenwirkungsgrades noch erhöht, mit
dem Ergebnis, daß der Volumenwirkungsgrad in manchen Fällen auf etwa 50 % absinkt.
Bei Baumaschinen wie Traktoren und Bulldozern beträgt die Leerlaufdrehzahl der Maschine
etwa 500 bis 600 U/min.
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Zur Kompensation des schlechten Ansprechvermögens der hydraulischen
Bauteile und Einrichtungen wie Transmissionspumpen, Bremspumpen, Steuerpumpen, Arbeitspumpen
und dergleichen bei niedriger Drehzahl der Maschine wird die Leerlaufdrehzahl oder
das Ausgangs- Leistungsvermögen der hydraulischen Einrichtungen erhöht. Diese Erhöhung
ist jedoch mit Energieverlusten verbunden.
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Die innere Leckmenge des hydraulischen Mediums aus dem Spalt zwischen
dem Dichtungsteil und den Zahnrädern ist allgemein proportional der dritten Potenz
der Spaltbreite. Fig. 2 zeigt eine Kurve a, die die Leckmenge aus dem Spalt zwischen
dem Zahnende der Zahnräder und dem Dichtungsblock darstellt, eine Kurve b, die die
Leckmenge aus dem Spalt zwischen der Seitenfläche der Zahnräder und den Seiten des
Dichtungsteils darstellt, und eine Kurve c, die die Leckmenge aus dem Spalt zwischen
dem Dichtungsblock und den Seiten des Dichtungsteils darstellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe bzw. dem erfindungsgemäßen
Zahnradmotor wird das Dichtungsteil durch den Auslaßdruck, den am Auslaß auftretenden
Durchsatz, die Drehzahl oder durch eine äußere Kraft so gesteuert, daß eine Temperaturerhöhung
des hydraulischen Mediums vermieden und die Abnahme des Volumenwirkungsgrads und
die Abnutzung der Pumpe vermieden werden.
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Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe (bzw. -motors). Sie enthält ein Gehäuse 1, in dem ein durch eine nichtgezeigte
Maschine angetriebenes Antriebszahnrad 3 sowie angetriebene Zahnräder 4 und 5 drehbar
gelagert sind, die miteinander kämmen. Im Gehäuse 1 sind Einlaßöffnungen 7 und 8
und Auslaßöffnungen 10 und 11 vorgesehen. In der Nähe des Eingriffsteils S1 des
antreibenden Zahnrades 3 und des angetriebenen Zahnrades 4 ist ein Dichtungsblock
B1 vorgesehen. Der Dichtungsblock Bl und die Zahnräder 3 und 4 bilden eine erste
Pumpe bzw. einen ersten Motor P1. In der Nähe des Eingriffsteils S2 des antreibenden
Zahnrades 3 und des angetriebenen Zahnrades 5 ist ein Dichtungsblock B2 vorgesehen,
der zusammen mit den genannten Zahnrädern eine zweite Pumpe (bzw. Motor) P2 bildet.
Der Dichtungsblock B1 ist selbsthaltend. Auf der äußeren Oberfläche des Dichtungsblocks
B1 sind seitliche Ausgleichskammern 9 vorgesehen, die über Kanäle 12
mit
dem Spalt zwischen den Zähnen der Zahnräder 3 und 4 in Verbindung stehen. Die Kanäle
12 sind ihrerseits über einen Kanal 13 miteinander verbunden. Eine mittlere Ausgleichskammer
14 auf der äußeren mittleren Fläche des Dichtungsblocks Bl steht über eine Öffnung
15 mit einer Auslaßöffnung 16 in Verbindung. In der Auslaßöffnung 10 ist eine Drosselstelle
17 vorgesehen. Kanäle 18 und 19 enden am Einlaß F1 bzw. an dem Teil F2 mit dem geringsten
Durchmesser der Drosselstelle 17. Im Gehäuse 1 ist ein .v uerventil 20 mit einer
in das Gehäuse 1 gebohrten Ventilöffnung 21 und einem Ventilschieber 22 vorgesehen.
Der Ventilschieber 22 ist in der Ventilöffnung 21 gleitend beweglich. Am Ventilschieber
22 sind Ringnuten 23, 24 und 25 vorgesehen. Die Ringnuten 23 und 24 stehen über
eine Öffnung 26 miteinander in Verbindung. Die Ringnut 25 steht über eine Öffnung
27 mit einer Ölkammer 28 am hinteren Ende des Ventilschiebers (rechte Seite der
Fig.3) in Verbindung.
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Am vorderen Ende (linke Seite der Fig.3) der Ventilöffnung 21 ist
eine Ölkammer 29 ausgebildet. Die Ventilöffnung 21 steht über einen Kanal 30 mit
dem Raum zwischen den Zähnen des angetriebenen Zahnrades 5 in Verbindung. Der Ventilschieber
22 wird mittels einer Feder 31 nach vorn oder links zur Ölkammer 29 gedrückt. Die
Feder 31 ist zwischen dem Ventilschieber 22 und dem hinteren Ende des Steuerventils
20 in der Ventilöffnung 21 angeordnet. In diesem Zustand ist der Kanal 30 durch
den durch die Feder 31 nach vorn oder links gedrückten Ventilschieber 22 verschlossen.
Das andere Ende des Kanals 18 steht mit der Ölkammer 29 am vorderen oder linken
Ende der Ventilöffnung in Verbindung, während das andere Ende des Kanals 19 mit
der Ölkammer 28 am hinteren oder rechten Ende des Ventilschiebers 22 in Verbindung
steht.
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Auf der äußeren Oberfläche des in der Nähe des Eingriffsbereichs S2
des antreibenden Zahnrades 3 und des angetriebenen Zahnrades 5 angeordneten Dichtungsblockes
B2 sind Ausgleichskammern 32 und 33 vorgesehen, in denen Kolben 34 bzw. 35 gleitend
beweglich sind. Mit ihren vorderen Enden berühren sie
eine Wand
36 bzw. 37, die den vorderen Enden der Kolben 34 und 35 im Gehäuse 1 gegenüberliegen.
Die Ausgleichskammern 32 und 33 stehen mit den Zwischenräumen zwischen den Zähnen
der Zahnräder 3 und 5 über Öffnungen 38 bzw. 39 im Dichtungsblock B2 in Verbindung.
Die Öffnungen 38 und 39 sind ihrerseits über einen Kanal 40 im Dichtungsblock B2
miteinander verbunden. In den Teil mit dem größeren Durchmesser der Auslaßöffnung
41 des Dichtungsblockes B2 in der Nähe des Eingriffsbereichs S2 des antreibenden
Zahnrades 3 und des angetriebenen Zahnrades~5 ist ein gleitend bewegliches Führungsrohr
42 dichtend eingesetzt.
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Das vnrere oder linke Ende des Führungsrohrs 42 gleitet ferner in
der Auslaßöffnung 11 des Gehäuses 1. Innerhalb des Gehäuses 1 ist in der Nähe der
Auslaßöffnung 11 gegenüber dem Dichtungsblock B2 eine Ölkammer 43 ausgebildet, in
der ein Kolben 44 gleitend beweglich ist. Hierdurch ergibt sich ein Druckmechanismus
51, der der. Dichtungsblock B2 in Richtung auf die Zahnräder 3 und 5 drückt. Die
innerhalb des Gehäuses 1 in der Nähe der Auslaßöffnung 11 gegenüber dem Dichtunblock
B2 ausgebildete Ölkammer 43 steht über einen Kanal 45 im Gehäuse 1 mit der Ventilöffnung
21 des Steuerventils 22 in Verbindung.
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Ein Steuerventil 48 enthält Öffnungen 48a und 48b auf der einen und
Öffnungen 48c und 48d auf der anderen Seite, sowie einen Schieber 48'. In der ersten
Stellung des Schiebers ist die Öffnung 48a mit den Öffnuni4b und 48c verbunden,
während die Öffnung 48d mit keiner der übrigen Öffnungen in Verbindung steht. In
der zweiten Stellung des Schiebers 48' stehen die Öffnung 48a und 48b mit den Öffnungen
48c bzw. 48d in Verbindung. Eine Feder 48" drückt den Schieber 48' gegen den hydraulischen
Druck, der durch die Verbindung einer Leitung 54 entsteht, die den Kanal 45 im Gehäuse
1 mit dem anderen Ende des Schiebers 48' verbindet. Die Auslaßöffnungen 10 und 11
sind über Leitungen 46 bzw. 47 mit der Öffnung 48a bzw. 48b des Steuerventils 48
verbunden, während die Öffnung 48c des Steuerventils 48 über eine Leitung 49 mit
einer Betätigungseinrichtung in Verbindung steht. Die Öffnung 48d des Steuerventils
48 ist
über eine Abflußleitung 50 mit einem Fluidbehälter 50' verbunden.
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Wird bei diesem Aufbau der- Zahnradpumpe bzw. des Zahnradmotors das
treibende Zahnrad 3 mittels einer nichtgezeigten Antriebsmaschine angetrieben, so
wird die Pumpe bzw. der Motor Pl so betrieben, daß das hydraulische Fluid aus der
Auslaßöffnung 10 über die Leitung 46 und das Steuerventil 48, nämlich die Öffnung
48a, den Schieber 48' und die hiermit in Verbindung stehende Öffnung 48c der hydraulischen
Betätigungseinrichtung zugeführt.
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Wenn die mit der Antriebsmaschine gekuppelte Maschine beim Start leerläuft,
ist die Drehzahl der Pumpe P1 gering, so daß der Auslaßdurchsatz der Pumpe P1 ebenfalls
gering ist. Daher ist auch die Druckdifferenz zwischen dem durch die Stelle F2 mit
dem geringsten Durchmesser der Drosselstelle 17 in der Auslaßöffnung 10 des Gehäuses
1 und dem durch den Einlaß F1 der Auslaßöffnung 10 strömenden Fluid gering. Somit
ist auch die Druckdifferenz zwischen den Ölkammern 28 und 29 des Steuerventils 20
gering, so daß der Vertilschieber 22 durch die Feder 31 in Fig.
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3 nach vorn oder links gedrückt wird. Das hydraulische Fluid wird
aus der Auslaßöffnung 10 der Pumpe Pl durch den Kanal 19, die mit dem Kanal 19 in
Verbindung stehende Ölkammer 28, die im Ventilschieber 22 des Steuerventils ausgebildete
und mit der Ölkammer 28 in Verbindung stehende Öffnung 27, die im Ventilschieber
22 des Steuerventils 20 ausgebildete und mit der Öffnung 27 in Verbindung stehende
Ringnut 25, den im Gehäuse 1 ausgebildeten und mit der Ringnut 25 in Verbindung
stehenden Kanal 45 der Ölkammer 43 zugeführt, die im Gehäuse in der Nähe der Auslaßöffnung
11 des Gehäuses 1 ausgebildet ist und mit dem Kanal 45 in Verbindung steht, so daß
der in der Ölkammer 43 im Gehäuse 1 gleitend bewegliche Kolben 44 mit einem Druck
beaufschlagt und damit der Dichtungsblock S2 in Richtung auf den Eingriffsbereich
S2 des treibenden Zahnrades 3 und des angetriebenen Zahnrades 5 gedrückt wird. Damit
beginnt die durch das treibende Zahnrad 3, das angetriebene Zahnrad 5 und den Dichtungsblock
B2 gebildete Pumpen pumpen, so daß das durch
die Einlaß öffnung
8 einströmende hydraulische Fluid aus der Auslaßleitung 11 über die Leitung 47,
die Öffnung 48b des Steuerventils 48 durch den Ventilschieber 48', die Öffnung 48c
und die Leitung 49 der nicht gezeigten hydraulischen Betätigungseinrichtung zugeführt
wird.
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Bei steigender Drehzahl der Maschine und damit der Antriebsmaschine
steigert sich auch die Drehzahl der Pumpe (bzw. des Motors) P1, so daß sich der
Auslaßdurchsatz der Pumpe P1 entsprechend erhöht und die Strömungsgeschwindigkeit
des hydraulischen Fluids durch die Auslaßöffnung 10 des Gehäuses 1 höher wird. Damit
steigt die Differenz zwischen den Geschwindigkeiten im Teil F2 mit dem geringsten
Durchmesser der Drosselstelle 17 in der Auslaßöffnung 10 des Gehäuses 1 und an der
Einlaßstelle F1 der Äuslaßöffnung 10, so daß auch die Fluiddruckdifferenz- zwischen
diesen beiden Stellen entsprechend steigt. Damit wird der hydraulische Druck in
der Ölkammer 29 des Steuerventils 20 höher als der in der Ölkammer 28 des Steuerventils
20, so daß der Steuerschieber 22 in der Ventil-Öffnung 21 gegen die Spannung der
Feder 31 zwischen dem Ventilschieber 22 und dem hinteren Ende des Steuerventils
20 in der Ventilöffnung 21 nach rechts oder hinten gedrückt wird (Fig.4), und das
Fluid in der Ölkammer 43 im Gehäuse 1 in der Nähe der Auslaßöffnung 11 gegenüber
dem Dichtungsblock B über den Kanal 45 im Gehäuse 1, die Ringnut 24 am Ventilschieber
22 des Steuerventils 20, die Ringnut 23 am Steuerschieber 22 und den Kanal 30 im
Gehäuse 1 in den Raum zwischen den Zähnen des angetriebenen Zahnrades 5 gelangt,
so daß der Druck, durch den der Dichtungsblock B2 in den Eingriffsbereich S2 des
treibenden Zahnrades 3 und des angetriebenen Zahnrades 5 durch den in der Ölkammer
3 im Gehäuse 1 gleitend beweglichen Kolben 44 gelöst wird. Damit hört die Pumpe
P2 auf zu pumpen, und nur die Pumpe P1 pumpt weiter und führt das hydraulische Fluid
durch die Leitung 46 des Steuerventils 48 in die nichtgezeigte Betätigungseinrichtung
ab. Wird der der Betätigungseinrichtung zugeführte hydraulische
Druck
höher als ein vorher eingestellter Wert, so daß die Druckdifferenz an den Stellen
F2 und F1 der Drosselstelle 17 der Auslaßöffnung 10 ansteigt, so wird der Ventilschieber
22 des Steuerventils 20 gegen die Feder 31 des Steuerventils 20 gedrückt. Damit
nimmt der hydraulische Druck im Kanal 45 ab, und-die Feder 48" drückt den Ventilschieber
48' des Steuerventils 48 so, daß der Schieber 48' durch die Feder verschoben wird.
Damit wird der Strömungsweg des hydraulischen Fluids aus der Auslaßöffnung 11 der
Pumpe P2 über die Leitung 47,-die Öffnung 48b des Steuerventils 48, das Steuerventil
48 und die Leitung 49 zur Betätigungseinrichtung unterbrochen. Das Fluid wird gemäß
Fig. 4 in den Fluidbehälter 50' abgeleitet.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuerventils 20
zur manuellen Steuerung der Pumpe2. Ein Handhebel 52 ist mit dem vorderen oder linken
Ende (Fig.5) des Schiebers 22 des Steuerventils 20 verbunden, das den gleichen Aufbau
aufweist, wie das Steuerventil 20 der Fig. 4.
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Das Steuerventil 20 der Fig. 5 kann auch von Hand betätigt werden,
und zwar so, daß der Ventilschieber 22 nach hinten oder rechts gedrückt, und der
Druck auf den Dichtungsblock B2 in der anhand Fig. 4 beschriebenen Weise hydraulisch
gelöst wird.
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Werden die Pumpen Pl und P2 Gs hydraulische Motoren betrieben, so
ist die hydraulische Wirkungsweise genau umgekehrt zu der oben beschriebenen Arbeitsweise.
Dabei wird die nicht gezeigte Betätigungseinrichtung zu einer Pumpe und das Steuerventil
20 wird automatisch entsprechend der Anderung des Auslaßdruckes der als Pumpe arbeitenden
Betätigungseinrichtung gesteuert. Damit werden auch die Pumpen bzw. Motoren Pl und
P2 so betrieben, daß sie ein Ausgangsdrehmoment erzeugen.
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Bei dem erfindungpmäßen Aufbau wird also das hydraulische Fluid in
der Ölkammer 43 und das Steuerventil 20 in den Raum zwischen den Zähnen des angetriebenen
Zahnrades 5 abgeleitet,
wenn das antreibende Zahnrad 3 mit hoher
Drehzahl umläuft.
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Ist die Drehzahl der Pumpe bzw. des Motors P1 gering, so ist auch
der Auslaßdurclisatz gering und die im Steuerventil 20 angeordnete Feder 31 drückt
den Ventilschieber 22 zur Ölkammer 29, so daß das Auslaßfluid aus der Auslaßöffnung
über das Steuerventil 20 und den Kanal 45 in die Ölkammer 43 geleitet wird. Damit
wird über den Kolben 44 der Dichtungsblock B2 gegen die Zahnräder 7 und 5 gedrückt,
so daß die Pumpe P2 in Tätigkeit tritt. Läuft das Zahnrad 2 mit höherer Geschwindigkeit,
sa daß ein hoher Auslaßdurchsatz an der Auslaßöffnung 10 abgegeben wird, drückt
das abgeleitete Fluid über die Ölkammer 29 des Steuerventils 20 den Ventilschieber
22 gegen die Spannung der Feder 31, so daß die Ölkammer 43 der Pumpe P2 über den
Kanal 45 und das Steuerventil 20 mit dem Haum zwischen den Zähnen des angetriebenen
Zahnrades 5 in Verbindung tritt und das hydraulische Fluid in der Ölkammer 43 hierdurch
in den Raum entspannt wird. Damit beendet die Pumpe P2 ihre Tätigkeit und es wird
der Fluidverbrauch vermindert, so daß sich ein hoher Wirz sgl dd der Pumpe bzw.
des Motors ergibt.
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Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe (bzw. -motors). Sieenthält ein Gehäuse 101, in dem ein durch eine Antriebsmaschine
102 angetriebenes treibendes Zahnrad 103 und angetriebene Zahnräder 104, 105 und
106 gelagert sind, die jeweils mit dem treibenden Zahnrad 103 kämmen. Am Gehäuse
101 sind Einlaßöffnungen 107, 108 und 109 sowie Auslaßöffnungenii0, 111 und 112
ausgebildet. In der Nähe des Eingriffsbereichs S1 des treibenden Zahnrades 103 und
des angetriebenen Zahnrades 104 ist ein Dichtungsblock B1 vorgesehen, der zusammen
mit den Zahnrädern eine erste Pumpe P1 bildet. In der Nähe des Eingriffsbereichs
S2 des treibenden Zahnrades 103 und des angetriebenen Zahnrades 105 ist ein Dichtungsblock
B2 vorgesehen, der mit den genannten Zahnrädern eine Pumpe P2 bildet. Ferner ist
in der Nähe des Eingriffsbereichs S3 des treibenden Zahnrades 103 und des angetriebenen
Zahnrades 106 ein Dichtungsblock B3 vorgesehen, der zusammen mit
den
Zahnrädern eine Pumpe P3 bildet. Der Dichtungsblock 31 ist selbsthaltend. Auf der
Außenfläche des Dichtungsblocks B1 sind seitliche Ausgleichskammern 116a und 116b
vorgesehen, die über Kanäle 117a und 117b mit dem Raum zwischen den Zähnen des treibenden
und des angetriebenen Zahnrades 104 bzw. 103 in Verbindung stehen. Sie sind ferner
über einen Kanal 117c miteinander verbunden. Auf der äußeren mittleren Fläche des
I)ichtungsblockes 31 ist eine mittlere Ausgleichskammer 118 vorgesehen, die mit
einer Auslaßöffnung 119 im Dichtungsblock B1 in Verbindung steht. Die Ausgleichskammer
118 umgibt die Auslaßöffnung 119. Seitliche Ausgleichskammern 120a und 120b an der
Außenfläche des Dichtungsblockes B2 stehen über einen Kanal 122 miteinander in Verbindung.
Eine auf der äußeren mittleren Fläche des Dichtungsblockes B2 ausgebildete mittlere
Ausgleichskammer 124 steht mit einer Auslaßöffnung 126 im Dichtungsblock B2 in Verbindung.
Die Ausgleichskammer 124 umgibt die Auslaßöffnung 126. Seitliche Ausgleichskammern
121a und 121b auf der Außenfläche des Dichtungsblockes B2 stehen-über einen Kanal
123 miteinander in Verbindung. Eine auf der äußeren mittleren Oberfläche des Dichtungsblockes
B3 ausgebildete mittlere Ausgleichskammer 125 steht mit einer Auslaßöffnung 127
im Dichtungsblock B3 in Verbindung. Die Ausglelchskammer 125 umgibt die Ausfaßöffnung
126. Kanäle 128 und 129 im Gehäuse 101 verbinden die seitlichen AusgleichbLtammern
120a bzw. 120b mit der Außenseite des Gehäuses. Kanäle 130 und 131 im Gehäuse 101
verbinden die seitlichen Ausgleichskammern 120a bzw. 120b mit der Außenseite des
Gehäuses 101. Die Einlaßöffnungen 107, 108 und 109 der Pumpen bzw. Motoren Pl, P2
bzw. P3 stehen über Leitungen 132, 133 und 134 und einen Siebeinsatz 135 mit einem
Fluidbehälter 136 in Verbindung. Die Auslaßöffnungen 110, 111 und 112 derselben
sind über Leitungen 137, 138 bzw. 139 mit einem Mehrfachventil 140 verbunden, das
über eine Leitung 141 an ein Steuerventil 142 angeschlossenist. Die Leitung 141
vom Mehrfachventil 140 ist ferner an ein Ablaufventil 143 angeschlossen.
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Das Steuerventil 142 kann von Hand betätigt werden. Es enthält Öffnungen
142a und 142b auf der einen und Öffnungen 142c und 142d auf der anderen Seite4 In
einer ersten Stellung verbindet ein Ventilschieber 142' die Öffnung 142a mit der
Öffnung 142c und die Öffnung 142b mit der Öffnung 142d. In der zweiten Stellung
ist die Öffnung 142a mit der Öffnung 142b verbunden, während die Öffnungen 142c
und 142d mit keiner weiteren Öffnung verbunden sind. In einer dritten Stellweg bestehen
die gegenüber der ersten umgekehrten Verbindungen. Die Öffnung 142a steht über die
Leitung 141 mit dem Mehrfachventil 140, die Öffnung 142b über eine Auslaßleitung
144 mit dem Fluidbehälter 136, die Öffnung 142c über eine Leitung 145 mit einer
Betätigungseinrichtung, beispielsweise einem Zylinder 146, und zwar mit dessen in
Fig. 6 unterer Seite 146a, und die Öffnung 142d über eine Leitung 147 mit der oberen
Seite 146b des Zylinders 146 in Verbindung. Die Leitung 137 ist über eine Steuerleitung
137' an den Kanal 128 der zweiten Pumpe P2 und die Leitung 138 über eine Leitung
148 mit dem Kanal 130 der dritten Pumpe P3 angeschlossen.
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Es sind ferner Steuerventile T1 und T2 vorgesehen, die Öffnungen 149a
und 149b bzw. 150a und 150b sowie Ventilschieber 149' bzw.
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150' aufweisen. In einer ersten Stellung trennt der Schieber 149'
des Steuervenils T1 die Öffnung 149a von der Öffnung 149b, während in der zweiten
Stellung die Öffnungen 149a und 149b miteinander in Verbindung stehen. Das Steuerventil
T1 enthält ferner eine Feder 147, die den Schieber 149' gegen den über eine Leitung
155 zugeführten hydraulischen Druck beaufschlagt.
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Das andere Ende der Leitung 155 ist an die Leitung 141 angeschlossen
und steht damit auf der einen Seite mit der Öffnung 142a des Steuerventils 142 und
auf der anderen Seite mit dem Mehrfachventil 140 in Verbindung. In seiner ersten
Stellung trennt der Schieber 150' des Steuerventils T2 die Öffnungen 150a und 150b,
während er sie in der zweiten Stellung miteinander verbindet. Im Steuerventil T2
ist ebenfalls eine Feder 158 vorgesehen, die den Schieber 150 gegen den über eine
Leitung 156
herangeführten hydraulischen Druck beaufschlagt, deren
anderes Ende an die Leitung 141 und damit an die Öffnung 142a des Steuerventils
142 und an das I%hrfachventil 140 angeschlossen ist. Die Öffnung 149a des Steuerventils
T1 steht über eine Steuerleitung 151 mit dem Kanal 129 der Pumpe P2 in Verbindung
und bildet so einen Steuerkreis Q1. Die Öffnung 149b ist über eine Auslaßleitung
153 mit dem.Fluidbehälter 136 verbunden.
-
Die Öffnung = Oa des Steuerventils T1 ist über eine Steuerleitung
152 mit dem Kanal 130 der Pumpe P3 verbunden und bildet einen Steuerkreis Q2. Die
Öffnung 150b des Steuervenils T1 ist über eine Auslaßleitung 154 mit dem Fluidbehälter
136 verbunden.
-
Wird das treibende Zahnrad 103 durch den Antriebsmotor 102 angetrieben,
so wird das angetriebene Zahnrad 104 der Pumpe P1 mittels des Zahnrads 103 angetrieben,
das mit dem Zahnrad 104 kämmt. Dadurch wird das Fluid im Fluidbehälter 136 durch
die Leitung 132 in die Einlaßöffnung 107 gefördert und auf der Auslaßöffnung 110
über die Leitung 137, das Mehrfachventil 140, die Leitung 141, die Öffnung 142a,
das Steuervontil 142, die Öffnung 142c und die Leitung 145 in die untere Seite 146a
der Betätigungseinrichtung 146 zugeführt.
-
Ist die Strömung des zur Betätigungseinrichtung 146 fließenden.
-
hydraulischen Fluids nicht stark genug um diese zu betätigen, so wird
das Fluid von der Leitung 137 über die Steuerleitung 137' und den Kanal 128 im Steuerlvreis
Q1 in die Ausgleichskammern 120a und 120b des zweiten Dichtungsblocks B2 geleitet,
der in der Nähe des Eingriffsbereichs 52 des treibenden Zahnrads 103 und des getriebenen
Zahnrads 105 angeordnet ist, so daß dieser auf die Zahnräder 103 und 105 gedrückt
wird und die zweite Pumpe P2 zu pumpen beginnt. Damit wird das hydraulische Fluid
aus der Auslaßöffnung 111 über die Leitung 138, das Mehrfachventil 140, die Leitung
141, die Öffnung 142a, das Steuerventil 142, die Öffnung 142c und die Leitung 145
in die untere Seite 146a der Betätigungseinrichtung 146 eingespeist.
-
Reicht die Strömung des der Betätigungseinrichtung 146 zugeleiteten
Fluids immer noch nicht aus, um diese zu betätigen, so wird das hydraulische Fluid
aus der Leitung 138 über die Steuerleitung 148 und den Kanal 130 im Steuerkreis
Q2 in die Ausgleichskammern 121a und 121b des dritten Dichtungsblockes B3 in der
Nähe des Eingriffsbereichs S3 des treibenden Zahnrads 103 und des getriebenen Zahnrads
106 geleitet. Damit wird der Dichtungsblock 33 auf die Zahnräder 103 und 106 gedrückt,
so daß die dritte Pumpe P3 in Tätigkeit tritt. Das hydraulische Fluid wird damit
aus der Auslaßöffnung 112 über die Leitung 139, das Mehrfachventil 140, die Leitung
141, die Öffnung 142a, das Steuerventil 142, die Öffnung 142c und die Leitung 145
der unteren Seite 146a der Betätigungseinrichtung 146 zugeleitet.
-
Wenn der Druck des hydraulischen Fluids, das der Betätigungseinrichtung
146 zugeführt wird, höher wird als die eingestellte Spannung der Feder 158 des Steuerventils
T2, so wird der Schieber 150' des Steuerventils T2 auf die andere Seite verschoben
(Fig.7).
-
Damit steht die Öffnung 150a mit der Öffnung 150b des Steuerventils
T2 in Verbindung, so daß die Steuerleitung 152 über das Steueriventil T2 und die
an die -Öffnung 150b angeschlossene Leitung 154 des Steuerventils T2 zum Fluidbehälter
136 entspannt wird. Damit werden auch die Ausgleichskammern 121a und 121b des Dichtungsblocks
B3 entspannt, so daß der Dichtungsblock B3 nicht mehr auf das treibende Zahnrad
103 und das angetriebene Zahnrad 106 drückt. Somit stellt die Pumpe P3 ihre Tätigkeit
ein.
-
Wird der Druck des hydraulischen Fluids auf die Betätigungseinrichtung
146 höher als die vorher eingestellte Spannung der Feder 157 des Steuerventils T1,
so wird der Schieber 149 des Steuerventils T1 auf die andere Seite verschoben (Fig.7),
so daß die Öffnung 149a mit der Öffnung 149b des Steuerventils T1 in Verbindung
gebracht wird. Damit wird die Steuerleitung 151 über das Steuerventil T1 und die
an dessen Öffnung 149b angeschlossene Leitung 153 zum Fluidbehälter 136 abgeleitet.
Damit
wird auch das Fluid aus den Ausgleichskammern 120a und 120b
des Dichtungsblocks B2 abgelassen, so daß der Druck des Dichtungsblocks B2 auf die
Zahnräder 103 und 105aufhört und die Pumpe P2 außer Tätigkeit tritt.
-
Betrachtet man die Pumpen Pl, P2 und P3 als hydraulische Motoren,
so ist die hydraulische Arbeitsweise genau umgekehrt der oben beschriebenen. Die
Be-tätigungseinrichtung 146 wird zur Pumpe, während die Steuerventile T1 und T2
automatisch entsprechend der Änderung des Auslaßdruckes der als Pumpe arbeitenden
Betätigungseinrichtung betrieben werden, wobei die Pumpeneinheiten Pl, P2 und P3
ein Drehmoment erzeugen.
-
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße
Pumpe bzw. Motor mehrere Pumpeneinheiten Pl, P2 .... Pn mit mehreren Dichtungsblöcken
B1, B2 .... Bn und T1, T2 .... Tn-1 Steuerventile enthalten kann.
-
Fig, 8 bis 10 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe (bzw. -motors). In einem Gehäuse 201 sind ein durch einen nichtgezeigten
Antriebsmotor angetriebenes treibendes Zahnrad 203 und angetriebene Zahnräder 204,
205 und 206 gelagert, die jeweils mit dem treibenden Zahnrad 203 kämmen. Im Gehäuse
201 sind Einlaßöffnungen 207, 208 und 209 sowie Auslaßöffnungen 210, 211 und 212
vorgesehen. In der Nähe des Eingriffsbereichs S1 des treibenden Zahnrades 203 und
des angetriebenen Zahnrades 204 ist ein Dichtungsblock B1 angeordnet. Der Dichtungsblock
B1 und die Zahnräder 203 und 204 bilden eine erste Pumpen- bzw. Motoreinheit P1.
In der Nähe des Eingriffsbereichs S2 des treibenden Zahnrades 203 und des angetriebenen
Zahnrades 205 ist ein Dichtungsblock B2 angeordnet.
-
Diese Teile bilden eine zweite Pumpeneinheit P2. Ferner ist in der
Nähe des Eingriffsbereichs S3 des treibenden Zahnrades 203 und des angetriebenen
Zahnrades 206 ein Dichtungsblock B3 angeordnet. Diese Teile bilden eine dritte Pumpeneinheit
P3.
-
Ferner sind angrenzend an'die Dichtungsblöcke B1, B2 und B3' der Pumpen
Pl, P2 bzw. P3 seitliche Dichtungsplatten Fl, F2 und F3 angeordnet. Wie in Fig.
9 im einzelnen gezeigt, liegen die seitlichen Djftungsplatten F1, F2 und F3 gleitend
und abgedichtet in Nu-ten G1, G2 bzw. G3, die auf der Innenfläche des Gehäuses 201
ausgebildet sind. Auf den äußeren Oberflächen der seitlichen Dichtungsplatten F1,
F2 und F3 sind Ausnehmungen Rl, R2 bzw. R3 ausgebildet, die O-Ringe Hl, H2 und H3
aufnehmen, die die unteren Flächen der Nuten G1, G2 bzw. G3 berühren und so Druckkammern
K1, K2 bzw. K3 bilden. Die seitlichen Dichtungsplatten sind, gemessen über die Verbindungslinie
der Achsen der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder, wenigstens so breit,
daß sie die gebogenen Dichtungsbereiche des treibenden und des angetriebenen Zahnrades
überdecken. Damit wird der Eingriffsbereich der beiden Zahnräder zusammen mit dem
Dichtungsblock abgedichtet.
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Die erste seitliche Dichtungsplatte F1 ist selbsthaltend. nie Druckkammer
K1 steht über einen Kanal 213 im Gehause 201 mit dem Eingriffsbereich des treibenden
Zahnrades 203 und des angetriebenen Zahnrades 204 in Verbindung. Im Gehäuse 201
sind ferner Kanäle 214 und 215 vorgesehen, die mit der Druckkammer K2 der zweiten
seitlichen Dichtungsplatte F2 in Verbindung stehen, sowie Kanäle 216 und 217, die
mit der Druckkammer K3 der Seitlichen Dichtungsplatte F3 in Verbindung stehen.
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Die Einlaßöffnungen 207, 208 und 209 der Pumpeneinheiten P1, P2 bzw.
P3 stehen über Leitungen 232, 233 und 234 mit einem Siebeinsatz 235 und einem Fluidbehälter
236 in Verbindung.
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Die Auslaßöffnungen 210, 211 und 212 der Pumpen sind über Leitungen
237, 238 bzw. 239 mit einem Mehrfachventil 240 verbunden, das seinerseits über eine
Leitung 241 mit einem Steuerventil 242 verbunden ist. Die Leitung 241 ist ferner
mit einem Ablaufventil 243 verbunden.
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Das manuell betätigbare Steuerventil 242 weist Öffnungen 242a
und
242b auf der einen und Öffnungen 242c und 242d auf der anderen Seite auf. Der Schieber
242' verbindet in einer ersten Stellung die Öffnungen 242a mit der Öffnung 242c
und die Öffnung 242b mit der Öffnung 21+2d. In der zweiten Stellung stehen die Öffnungen
242a und 242b miteinander in Verbindung, während die Öffnungen 242c und 242d mit
keiner weiteren Öffnung verbunden sind. in der dritten Stellung bestehen die gleichen
Verbindungen wie in der ersten. Mit diesem Steuerventil 242 ist die Öffnung 242a
über die Leitung 241 mit dem Mehrfachventil 240, die Öffnung 242b über eine Ablaufleitung
244 mit dem Fluidbehälter 276, die Öffnung 242c über eine Leitung 245 mit der unteren
Seite 246a (Fig.10) einer Betätigungseinrichtung 246, beispielsweise eines Zylinders,und
die Öffnung 242d über eine Leitung 247 mit der Oberseite 246b der Betätigungseinrichtung
246 verbunden. Die Leitung 237 ist über eine Steuerleitung 237' an den Kanal 214
im Gehäuse 201 der zweiten Pumpe P2 und die Leitung 238 über eine Leitung 248 an
den Kanal 216 im Gehäuse 201 der dritten Pumpe P3 angeschlossen.
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Ferner sind Steuerventile T1 und T2 mit Öffnungen 249a und 249b bzw.
250a und 250b sowie Vetrschiebern 249' bzw. 250' vorgesehen. In einer ersten Stellung
åes Schiebers 249' des Steuerventils T1 sind die Öffnungen 249a und 249b voneinander
getrennt, während in der zweiten Stellung die Öffnungen 249a und 249b miteinander
verbunden sind. Das Steuerventil T1 enthält eine Feder 257, die auf den Schieber
249' entgegen dem Druck des hydraulischen Fluids wirkt, das über eine Leitung 255
herangeführt wird. Die Leitung 255 ist an die andere Seite des Steuerventils T1
angeschlossen und mit der Öffnung 242a des Steuerventils 242 und somit mit der Leitung
241 und dem Mehrfachventil 240 verbunden. Der Schieber 250' des Steuerventils T2
trennt in seiner ersten Stellung die Öffnung 250a von der Öffnung 250b, während
die Öffnungen 250a und. 250b in der zweiten Stellung miteinander verbunden sind.
Eine im Steuerventil T2 vorgesehene Feder 258 wirkt auf den Schieber 250
entgegen
dem Druck des über eine Leitung 256 herangeführten hydraulischcri Fluids r Die Leitung
256 ist an die andere Seite des Steuerventils T2 angeschlossen und mit der Öffnung
242a des Steuerventils 242 und somit mit der Leitung 241 und dem Mehrfachventil
240 verbunden. Die Öffnung 249a des Steuerventils T1 steht über eine Steuerleitung
251 mit dem Kanal 215 im Gehäuse 201 der Pumpe P2 in Verbindung und bildet einen
Steuerkreis Q1. Die Öffnung 249b des Steuerventils T1 steht über eine Ablaufleitung
253 mit dem Fluidbehälter 236 in Verbindung. Die Öffnung 250a des Steuerventils
T2 ist über eine Steuerleitung 252 mit dem Kanal 217 im Gehäuse 201 der Pumpe P3
verbunden und bildet einen Steuerkreis Q2. Die Öffnung 250b ist über eine Ablaufleitung
254 mit dem Fluidbehälter 236 verbunden.
-
Wird das treibende Zahnrad 203 durch einen nichtgezeigten Antriebsmotor
angetrieben, das seinerseits das mit ihm kämmende Zahnrad 204 der Pumpe Pl antreibt,
so daß das Fluid im Fluidbehälter 236 durch die Leitung 232 in die Einlaßöffnung
207 gelangt und aus der Auslaßöffnung 210 über die Leitung 237, das Mehrfachventil
240, die Leitung 241, die Öffnung 242a, das Steuerventil 242, die Öffnung 242c und
die Leitung 245 in die Unterseite 246a der Betätigungseinrichtung 246 gelangt.
-
Reicht die Menge oder der Druck des der Betätigungseinrichtung 246
zugeführten hydraulischen Fluids nicht aus,um die Betätigungseinrichtung 246 anzutreiben,
so wird hydraulisches Fluid von der Leitung 237 über die Steuerleitung 237' und
den Kanal 214 des Steuerkreises Q1 herangeführt, der mit der Druckkammer K2 der
zweiten seitlichen Dichtungsplatte F2 in Verbindung steht, die in die Nut G2 auf
der inneren Oberfläche des Gehäuses 201 dichtend eingesetzt ist und darin gleitet.
-
Hierdurch wird die seitliche Dichtungsplatte F2 gegen die Seitenflächen
des Eingriffsbereichs S2 des antreibenden Zahnrades 203 und des angetriebenen Zahnrades
205 gedrückt, so daß
die zweite Pumpe P2 in Tätigkeit tritt. Das
hydraulische Fluid wird dann aus der Auslaßöffnung 211 über die Leitung 238, das
Mehrfachventil 240, die Leitung 241, die Öffnung 242a, das Steuerventil 242, die
Öffnung 240c und die Leitung 245 der Unterseite 246a der Betätigungseinrichtung
246 zugeführt.
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Reichen Menge oder Druck des der 3etätigungseinrichtung246 zugeführten
hydraulischen Fluids immer noch nicht aus, die Betätigungseinrichtung 246 in'der
gewünschten Weise arbeiten zu lassen, so wird das hydraulische Fluid aus der Leitung
238 über die Steuerleitung 248 und den Kanal 216 des Steuerkreises Q2 der Druckkammer
K3 der dritten seitlichen Dichtungsplatte F3 zugeführt, die in die Nut G3 auf der
Innenfläche des Gehäuses 201 dichtend-eingesetzt ist und in dieser gleiten kann.
Damit wird die seitliche Dichtungsplatte F3 gegen die Seitenflächen des Eingriffsbereichs
S3 des treibenden Zahnrades 203 und des angetriebenen Zahnrades 206 gedrückt, so
daß die dritte Pumpe P3 in Tätigkeit gesetzt wird. Das hydraulische Fluid wird dann
aus der Auslaßöffnung 212 über die Leitung 239, das Mehrfachventil 240, die Leitung
241, die Öffnung 242a, das Steuerventil 242, die Öffnung 242c und die Leitung 245
der Unterseite 246a der Betätigungseinrichtung 246 zugeführt.
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Wird der Druck des der Betätigungseinrichtung 246 zugeführten Fluids
höher als die eingestellte Spannung der Feder 258 (257) des Steuerventils T2 (T1),
so wird der Schieber 250' (249') des Steuerventils T2-(T1) zur anderen Seite verschoben
(Fig.10). Damit steht die Öffnung 250a (249a) mit der Öffnung 250b (249b) des Steuerventils
T2 (T1) in Verbindung. Die Steuerleitung 252 (251) wird damit über das Steuerventil
T2 (T1) und die Leitung 254 (253), die an die Öffnung 250b (249b) des Steuerventils
T2 (T1) angeschlossen ist, zum Fluidbehälter 236 entleert. Damit wird die Druckkammer
K3 (K2) der zweiten seitlichen Dichtungsplatte F3 (F2), die in die Nut G3 (G2) auf
der Innenfläche des Gehäuses 201 eingesetzt ist und in dieser gleiten kann, wobei
die Nut mit dem Kanal 216 (214) im Steuerkreis Q2 (Q1) in Verbindung steht, die
an die Leitung 248 (237') angeschlossen ist, entleert, so daß der
Druck
der seitlichen Dichtungsplatte F3 (F2) auf das.treibende Zahnrad 203 und das angetriebene
Zahnrad 206 (205) gelöst wird.
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Hierdurch wird die Pumpe P3 (P2) außer Tätigkeit gesetzt.
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Werden die Pumpen P1, P2 und P3 als hydraulische Motoren verwendet,
so ist die Wirkungsweise genau umgekehrt der oben beschriebenen. Die Betätigungseinrichtung
246 wird zu einer Pumpe und die Steuerventile T1 und T2 werden automatisch entsprechend
der Änderung des Auslaßdruckes der als Pumpe wirkenden Betätigungseinrichtung betrieben.
Die Einheiten P1, P2 und P3 arbeiten dann als Motoren und erzeugen verschiedene
Drehmomente.
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Anstelle entsprechend dem beschriebenen Äusführungsbeispiel drei angetriebene
Zahnräder 204, 205 und 206, drei Pumpen (bzw.
-
Motoren) P1, P2 und P3 mit drei Dichtungsblöcken B1, B2 und B3 zusammen
mit drei seitlichen Dichtungsplatten F1, F2 bzw. F3 und zwei Steuerventilen T1 und
T2 kann die erfindungsgemäße Zahnradpumpe bzw. - Motor) allgemein n angetriebene
Zahnräder, n Dichtungsblöcke 131, B2, .... Bn zusammen mit mehreren-seitlichen Dichtungsplatten
F1, F2 .... Fn und Steuerventile T1, T2, .... Tn-1 enthalten.
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Die der Betätigungseinrichtung 246 zugeführte Fluidmenge kann also
mittels der erfindungsgemäßen Pumpe mit n multipliziert werden. Hierdurch ändert
sich die Arbeitsgeschwindigkeit der Betätigungseinrichtung ebenfalls um das n-Fache.
Wenn der Druck des der Betätigungseinrichtung 246 zugeführten Fluids in den Uberlastzustand
gelangt, werden die seitlichen Dichtungsplatten F3 und danach F2 vom treibenden
Zahnrad 203 und vom angetriebenen Zahnrad 206 unddarauf vom angetriebenen Zahnrad
205 gelöst, so daß entsprechend der Änderung der Belastung der Betätigungseinrichtung
246 die ihr zugeführte Fluidmenge vermindert wird. Somit kann die Pumpe (bzw. der
Motor) stets im wirtschaftlichsten Bereich arbeiten.
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Fig. 11 bis 13 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe (bzw. -motors). Sie wird als hydraulischer Motor verwendet.
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In einem Gehäuse 301 mit einer Zahnradkammer 302 sind Zahnrader 303,
304 und 305 angeordnet, wobei das Zahnrad 303 mit dem Zahnrad 304 t'nd das Zahnrad
304 -mit dem Zahnrad 305 kämmt.
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Ferner sind ein vorderer und ein hinterer Deckel (nicht gezeigt) mit
(ebenfalls nicht zeigten) Lagern vorgesehen, in denen die Zahnräder 303, 304 und
305 gelagert sind. Deckel und Lager sind gegenüber dem Innenraum des Gehäuses- 301
abgedichtet. Die Ausgangswelle zur Übertragung des Drehmoments nach außen kann am
Zahnrad 303, 304 oder 305 angebracht sein. Zwischen den Zahnrädern 303, 304 und
305 und den Deckeln bzw. den diesen gegenüberliegenden, nicht gezeigten, selbsthaltenden
seitlichen Dichtungsplatten sind der Reibung entgegenwirkende Schleißplatten angeordnet.
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Die Pumpe bzw. der Motor enthält ferner Dichtungsblöcke B1 und B2,
die an beiden Seiten des Eingriffsbereichs S1 der Zahnräder 303 und 304 angeordnet
sind, sowie Dichtungsblöcke B3 und B4, die auf beiden Seiten des Eingriffsbereichs
S2 der Zahnräder 304 und 305 angeordnet sind. Kolbenstangen 310, 311, 312 und 313
sind mit den Dichtungsblöcken B1, B2, B3 bzw. B4 verbunden. Sie ragen aus dem Gehäuse
301 nach außen. An den nach außen vorragenden Enden der Kolbenstangen 310, 311,
312 und 313 sind Kolben 314a, 315a, 316a bzw. 317a befestigt, die in Zylindern 318,
319, 320 bzw. 321 gleitend beweglich sind. Die Zylinder sind am Gehäuse 301 befestigt.
Das Ganze ergibt jeweils einen Zylindermechanismus 314, 315, 316 bzw. 317.
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Ein von Hand betätigbares Steuerventil 322 enthält Öffnungen 322a,
322b, 322c und 322d auf der einen und Öffnungen 322e und 322f auf der anderen Seite.
Der Schieber 322' verbindet in seiner ersten Stellung B die Öffnungen 322a und 322b
mit der Öffnung 322e und die Öffnungen 322c und 322d mit der Öffnung
322f.
In der zweiten Stellung D ist die Öffnung 322a mit der Öffnung 322e, die Öffnung
322b mit der Öffnung 322c und die Öffnung 7522d mit der Öffnung 322f verbunden.
Die Öffnung 322a ist über eine Leitung 324 mit einer Öffnung 325 verbunden, die
auf der Seite des Dichtungsblocks B1 des Eingriffsbereichs 51 der Zalmrader 303
und 304 ausgebildet ist, sowie über eine Leitung 326 mit del Unterseite 318a des
Zylinders 318 verbunden. Die Öffnung 322b des Steuerventils 322 ist über eine Leitung
327 mit einer Öffnung 328 verbunden, die auf der Seite des Dichtungsblocks 134 des
Eingriffsbereichs S2 der Zahnräder 304 und 305 ausgebildet ist, sowie ferner über
eine Leitung 329 mit der Unterseite 321a des Zylinders 321. Die Öffnung 322c des
Steuerventils 322 ist an eine Öffnung 331 angeschlossen.
-
Das der Öffnung 3)4 an der Seite des Dichtungsblocks B3 des Eingriffsteils
S2 der Zahnräder 304 und 305 der Pumpe bzw.
-
des Motors entnommene hydraulische Fluid gelangt über die an die Öffnung
334 angeschlossene Leitung 333 zur Öffnung 322d des Steuerventils 322 (Stellung
B). Die beiden Fluidströme verbinden sich im Schieber 322' des Steuerventils 322
und werden dann durch die Öffnung 322f des Steuerventils 322, eine Leitung 337,
die Öffnung 322b des Steuerventils 323, das Steuerventil 323, die Öffnung 322d,
und eine Ablaßleitung 340 dem Behälter 345 zugeführt. Das Fluid in den Leitungen
330 und 333 hat einen sehr niedrigen Druck, so daß das über die Leitung 332 der
Unterseite 319a des Zylinders 319 zugeführte Fluid den Kolben 315a im Zylinder 319
und damit den Dichtungsblock B2 nicht in Richtung zu den Zahnrädern 303 und 304
verschiebt. Das durch die Leitung 333 der Unterseite 320a des Zylinders 320 zugeführte
Fluid drückt ebenfalls nicht auf den Kolben 316a im Zylinder 320. Die Öffnung 322c
ist über eine Leitung 330. an eine Öffnung 331 angeschlossen, die auf der Seite
des Dichtungsblocks B2 des Eingriffsbereichs S1 der Zahnräder 303 und 304 ausgebildet
ist, sowie ferner über eine Leitung 332 an die Unterseite 319a des Zylinders 319.
Die
Öffnung 322d des Steuerventils 322 ist über eine Leitung 333
an eine Öffnung 334 auf der Seite des Dichtungsblocks B3 des Eingriffsbereichs S2
der Zahnräder 304 und 305 angeschlossen, sowie ferner über eine Leitung 335 an die
Unterseite 320a des Zylinders 320.
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Ein manuell betätigbares Steuerventil 323 enthält Öffnungen 323a und
523b auf der einen und Öffnungen 323c und 323d auf der anderen Seite. Der Schieber
323s sperrt in einer neutralen Stellung N die Öffnungen 323a und 323b von jeder
anderen Öffnung, während die Öffnung 323c mit der Öffnung 323d verbunden ist. In
der ersten Stellung A ist die Öffnung 323a mit der Öffnung 323c und die Öffnung
323b mit der Öffnung 323d verbunden. In der zweiten Stellung C ist die Öffnung 323a
mit der Öffnung 323d und die Öffnung 323b mit der Öffnung 323c verbunden. Die Öffnung
323a ist über eine Leitung 336 mit der Öffnung 323e des Steuerventils 322 verbunden,
die Öffnung 323b über eine Leitung 337 mit der Öffnung 322f, die Öffnung 323c des
Steuerventils 323 über eine Leitung 338 mit dem Aüslaßstutzen einer Pumpe 339 und
einem Auslaßventil 341 und die Öffnung 323d über eine Auslaßleitung 340 mit einem
Fluidbehälter 345 verbunden. Leitungen 342 und 343, die an die Pumpe bzw. den Motor
angeschlossen sind,- dienen als Auslaßleitungen und sind mit dem Behälter 345 verbunden.
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Befindet sich der Schieber 322' des Steuerventils 322 in der ersten
Stellung B und der Schieber 323' des Steuerven-tils 323 in der ersten Stellung A
(Fig.12), so wird das aus der Pumpe 339 austretende hydraulische Fluid über die
Leitung 338, die Öffnung 323c, das Steuerventil 323, die Öffnung 323a, die Leitung
336, die Öffnung 322e des Steuerventils 322, das Steuerventil 322, die Öffnungen
322a und 322b und einerseits über die Leitung 324 der Öffnung 325 auf der Seite
des Dichtungsblocks B1 und andererseits durch die Leitung 326 der Unterseite 318a
des Zylinders 318 zugeführt, so daß auf den Kolben 314a im Zylinder 318 und damit
auf den Dichtungsblock B1 über
die Kolbenstange 314 ein Druck in
Richtung auf die Zahnräder 303 und 304 ausgeübt wird, so daß die Zahnräder 303 und
304 ein Drehmon,unt erzeugen. Ferner gelangt das Fluid von der Öffnung 322b des
Steuerventils 322 über die Leitung 327 zur Öffnung 328 auf der Seite des Dichtungsblocks
B4 des Eingriffsbereichs S2 der Zahnräder 304 und 305 der Pumpe bzw. des Motors
und über die Leitung 329 zur Unterseite 321a des Zylinders 317.
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Hiermit wird auf den Kolben 317a im Zylinder 317 ein Druck ausgeübt,
so daß ir über die Kolbenstange 313 mit dem Kolben 317a verbundene Dichtungsblock
B4 im Eingriffsbereich S2 der Zahnräder 304 und 305 auf diese gedrückt wird, so
daß die Zahnräder 304 und 305 ein Drehmoment erzeugen. Somit erzeugt das den Öffnungen
325 und 328 zugeführte hydraulische Fluid an den Zahnrädern 303 und 304 sowie 304
und 305 ein Drehmoment. Ist die Ausgangswelle am Zahnrad 304 befestigt, so ist das
Auzgangsdrehmoment die Summe der an den Zahnrädern 303 und 304 bzw. 30E und 305
erzeugten Momente. Das aus der Öffnung 331 auf der Seite des Dichtungsblocks B2
des Singriffsbereichs Sl der Zahnräder 303 und 304 der Zahnradpumpe bzw. des Zahnradmotors
abgeleitete Fluid wird über die an den Dichtungsblock B3 angeschlossene Leitung
330 zu den Zahnrädern 304 und 305 gefördert.
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Wird der Schieber 323' des Steuerventils 323 in die Stellung C verschoben,
so wird die Strömung des hydraulischen Fluids entgegen der oben beschriebenen gerichtet,
die Arbeitsweise der Zahnradpumpe bzw. des Zahnradmotors bleibt jedoch die gleiche.
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Befindet sich der Schieber 322' des Steuerventils 322 in der Stellung
D (Fig.13) und der Schieber 323' des Steuerventils 323 in der Stellung A, so wird
das aus der Pumpe 339 abgeleitete hydraulische Fluid über die Leitung 338, die Öffnung
323c des Steuerventils 323, die Öffnung 323a, die Leitung 336, die Öffnung 322e,
die Öffnung 322a des Steuerventils 322 und die Leitung 324 der Öffnung 325 zugeführt,
sowie ferner über die Leitung 326 der Unterseite 318a des Zylinders 318. Damit wird
der Kolben 318a und mit diesem über die Kolbenstange 310 der
Dichtungsblock
B1 in Richtung auf die Zahnräder 303 und 304 gedrückt. Damit entsteht an den Zahnrädern
303 und 304 ein Drehmoment. Dann wird das aus der Öffnung 331 abgeleitet hydraulische
Fluid über die Leitung 330, die Öffnung 322c des Steuervcntils 322, die Öffnung
322b d die Leitung 327 der Öffnung 328 zugeführt. Es gelangt dan aus der Öffnung
334, die Leitung 333, die Öffnung 322d des Steuerventils 322, die Öffnung 322f,
die Leitung 337, die Öffnung 323b des Steuerventils 323, die Öffnung 323d und die
Leitung 340 zum Behälter 345. Das hydraulische Fluid wird teilweise aus der Öffnung
328 der Öffnung 331 zugeführt. Es besteht in den Leitungen 330 und 327 jedoch praktisch
kein Druck, so daß dia Kolben 315a, 316a und 317a nicht ausreichend auf die Dichtungsblöcke
B2, B3 bzw.
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B4 drücken, v.m ein Drehmoment zu erzeugen. An den Zahnrädern 304
und 305 entsteht somit kein Drehmoment.
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Wird aus dem obigen Zustand der Schieber 323' des Steuerventils 323
in die Stellung C verschoben, so wird die Strömungsrichtung des Fluids umgekehrt,
die Arbeitsweise der Zahnralpumpe bzw. des Zahnradmotors bleibt jedoch die gleiche.
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Es sei angenommen, daß das am Zahnradpaar 303 und 304 erzeugte Drehmoment
gleich To, das Drehmoment an der Ausgangswelle T und die Drehzahl der Ausgangswelle
gleich N ist, wenn der Schieber 322 des Steuerventils 322 in der Stellung D liegt.
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Dann ergeben sich folgende Beziehungen.
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Stellung des Schiebers Drehmoment an Drehzahl der 322' des Steuerventils
322 der Ausgangs- Ausgangswelle welle B 2To N/2 D To N Mit dem erfindungsgemäßen
Zai4radmotor sind also das an der Ausgangswelle entnehmbare Drehmoment und die Drehzahl
der Ausgangswelle
umschaltbar.
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Fig. 14 und 15 zeigen ein fünftes ;usführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe bzw. des erfindungsgemäßen Zahnradmotors, Die Zahnradpumpe enthält
mehrere Pumpeneinheiten Pl, P2, ... Pn mit ve einer Dichtungseinrichtung B1, B2,
... Bn mit je einem Dichtungsblock und je einer seitlichen Dichtungsplatte, die
angrenzend an den nicht gezeigten Dichtungsblock angeordnet ist und die Zahnräder
der Zahnradpumpe berührt. Die Pumpen P1, P2, ... Pn werden sämtlich durch einen
Antriebsmotor M über eine Antriebswelle 422 angetrieben. Die Einlaßöffnungen der
Pumpen Pl, P2, ... Pn sind über Leitungen Cl, C2, ... Cn jeweils an eine Hauptleitung
402 angeschlossen, die mit einem Fluidbehälter 403 in Verbindung steht. Die Auslaßöffnungen
der Pumpen Pl, P2, ... Pn sind über Leitungen Dl, D2, ... Dn jeweils an ein Mehrfachventil
404 angeschlossen, das seinerseits ü1ser eine Leitung 415 mit einem Steuerventil
405 verbunden ist. Die vom Mehrfachventil 404 ausgehende Leitung 415 ist ferner
an einen Ablanlf- oder Überlauf@entil 416 angeschlossen.
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Das manuell betätigbare Steuerventil 405 enthalt Öffnungen 405a und
405b auf der einen und Öffnungen 405c und 405d auf der anderen Seite. Der Schieber
4Q5' verbindet in der ersten Stellung A die Üffnung 405a mit der Öffnung 405c und
die Öffnung 405b mit der Öffnung 405d. In der zweiten Stellung N steht die Öffnung
405a mit der Öffnung 405b in Verbindung, während die Öffnungen 405 c und 405d von
jeder anderen Öffnung getrennt sind. In der dritten Stellung bestehen die der ersten
entgegengesetzten Verbindungen. Die Öffnung 405a ist über die Leitung 415 mit dem
Mehrfachventil 404, die Öffnung 405b über eine Ablauf leitung 418 mit dem Fluidbehälter
403, die Öffnung 405c über eine Leitung 406 mit der Unterseite 407a (Fig. 14) einer
Betätigungseinrichtung 407, beispielsweise einem Zylinder, und die Öffnung 405d
über die Leitung 408 mit der Oberseite 407b der Betätigungseinrichtung 407 verbunden.
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Ferner sind Steuerventile T1, T2, ... Tn-l vorgesehen, die je mit
Öffnungen U1, U2, ... bzw. Un-1 und VI, V2, ... bzw.
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Vn-1 und je mit einem Ventilschieber T1', T2', ... Tn-1' versehen
sind. In der ersten Stellung der Schieber sind -die Öffnungen U1, U2, ... Un-1 und
V1, V2, ... Vn-1 jeweils voneinander getrennt, während sie in der zweiten Stellung
miteinander in Verbindung stehen. Die Steuerventile Tl, T2, ... Tn-1 sind je mit
einer Feder S1, S2, ... bzw. Sn-1 versehen, die den zugehörigen Schieber T1', T2',
... Tn-1 wegen den Druck des hydraulischen Fluids beaufschlagt, das über eine an
die andere Seite des Steuerventils angeschlossene Steuerleitung Ei, E2, ... bzw.
En-l herangeführt wird, die an die Leitung 415 und damit an die Öffnung 405a des
Steuerventils 405 und an das Mehrfachventil 404 angeschlossen ist.
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Die Öffnungen Ul, U2, ... Un-1 sind über eine Leitung WI, W2, ...
bzw. Wn-1 an die Dichtungseinheit B2, B3, ... bzw.
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Bn angeschlossen, während die jeweilige Öffnung V1, V2, bzw. Vn-l
mit dem Fluidbehälter 403 verbunden ist. Eine Steuerleitung Y1, Y2, ... Yn-l verbindet
die Leitung D1, D2, ... bzw. Dn-1 mit der Dichtungseinrichtung B2, B3, Bn. Der Steuermechanismus
N besteht aus der Leitung D1, D2, bzw. Dn, der Leitung WI, W2, ... Wn-1, dem Steuerventil
T1, T2, ... bzw. Tn-1 und der Steuerleitung El, E2, ... En-1.
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Wird bei der so aufgebauten Zahnradpumpe der Schieber 405' des Steuerventils
405 in die Stellung A verschoben und die Pumpeneinheit Pl angetrieben, so wird das
hydraulische Fluid aus dem Fluidbehälter 403 durch die Hauptleitung 402 und die
Leitung Cl angesaugt und über die an die Pumpe P1 angeschlossene Leitung D1, das
Mehrfachventil 404, die Leitung 415, die Öffnung 404a, das Steuerventil 405, die
Öffnung 405c und die Leitung 406 der Unterseite 407a der Betätigungseinrichtung
407 zugeführt.
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Reicht die Menge des so der Betätigungseinrichtung 407 zugeführten
Fluids nicht aus, diese in der gewünschten Weise zu betreiben, so wird das Fluid
aus der Leitung D1 und die Steuerleitung
Y1 der Steuerung der
Dichtungseinheit B2 der Pumpe P2 zugeführt. Infolgedessen wird die Dichtungseinheit
B2 auf die Zahnräder der Pumpe P2 gedrückt, so daß diese ihre Tätigkeit aufnimmt..
Das aus der Pumpe abgeleitete Fluid gelangt über die Leitung D2, das Mehrfachventil
404, die Leitung 415, die Öffnung 405p, das Steuerventil 405, die Öffnung 405c und
eine Leitung 406 zusätzlich zur Unterseite 407a der Betätigungseinrichtung 407.
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Reicht das der Betätigungseinrichtung 407 zugeführte hydraulische
Fluid immer noch nicht aus, so wird das Fluid aus der Leitung D2 und der daran angeschlossenen
Steuerleitung Y2 der Steuerung der Dichtungseinheit B3 der Pumpe P3 zugeführt. Damit
wird die Dichtungseinheit B) gegen die Zahnräder der Pumpe P3 gedrückt, so daß die
Pumpe P3 ihre Tätigkeit aufnimmt. Das aus der Pumpe P3 abgeleitete Fluid wird ferner
zusätzlich durch die Leitung D3, das Mehrfachventil 404, die Leitung 415, die Öffnung
405a, das Steuerventil 405, die Öffnung 405c und die Leitung 406 der Unterseite
407a der Betätigungseinrichtung 407 zugeführt.
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Die übrigen Pumpen (bzw. Motoren) P4, ... Pn werden nachfolgend zusätzlich
eingeschaltet und somit der Durchsatz der Pumpe P um das n-Fache erhöht, so daß
sich auch die Drehzahl der Betätigungseinrichtung 407 um das n-Fache erhöht.
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Es sei angenommen, daß die Spannung der Federn S1, S2, Sn-1 der Steuerventile
T1, T2, ... Tn-l folgendermaßen eingestellt ist: 51 > S2 S3 ... Sn-2 > Sn-1.
Wird der Druck des der Betätigungseinrichtung 407 zugeführten Fluids höher als die
eingestellte Spannung der Feder Sn-1 des Steuerventils Tn-1, nachdem die Pumpen
Pl, P2, ... Pn sämtlich in Tätigkeit gesetzt sind, so wird der Schieber des Steuerventils
Tn-l durch den auf der einen Seite über die Leitung En-1 zugeîWhrten Druck gegen
die Feder Sn-1 auf die andere Seite (Fig.15) verschoben. Der Schieber des Steuerventils
Tn-1 gelangt also in
die Stellung B, so daß die Öffilung Un-1 mit
der Öffnung Vn-1 des Steuerventils Tn-1 in Verbindung steht. Damit wird die an die
Steuerung der Dichtungseinheit Bn angeschlossene St@uerleitung Wn-1 über das Steuerventil
Tn-1 und die auf (er einen Seite des Steuerventils Tn-1 und auf der anderen tn den
Fluidbehälter 403 angeschlossene Leitung entleert. Die Dichtungseinheit Bn der Pumpe
Pn löst sich damit von den Zahnrädern der Pumpe Pn, so daß diese außer Tätigkeit
tritt und die zusätzliche Speisung an hydraulischem Fluid zur Betätigungseinrichtung
417 entsprechend vermindert wird.
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Wenn darauf der Druck des der Betätigungseinrichtung 407 zugeführten
Fluids höher als die vorher eingestellte Spannung der Federn Sn-2, Sn-3, ... Sl
der Steuerventile Tn-2, Tn-3, ... T1 wird, werden die Schieber dieser Steuerventile
in die Stellung B (Fig.1) verschoben, Damit wird der Druck der Dichtungseinheiten
Bn-1, Bn-2, ... B2 der Pumpen Pn-1, Pn-2, ... P2 auf die Zahnräder der Pumpen gelöst,
so daß die Pumpen jeweils außer Betrieb gesetzt werden und die zusätzliche Zufuhr
des Fluids zur Betätigungseinrichtung schrittweise entsprechend der Last der Betätigungseinrichtung
407 vermindert wird.
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Werden die Pumpen Pl, P2, ... Pn als hydraulische Motoren verwendet,
so ist die Betriebsweise entgegengesetzt der oben be-@schriebenen. Die Betätigungseinrichtung
407 wird als Pumpe betrieben und die Steuerventile Tl, T2, ... Tn werden entsprechend
dem Auslaßdruck der als Pumpe arbeitenden Betätigungseinrichtung automatisch gesteuert.
Damit erzeugen die Pumpen P1, P2, ... Pn unterschiedliche Drehmomente.
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Fig. 16 und 17 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Zahnradpumpe (bzw. des Zahnradmotors). Darin sind gleiche oder entsprechende Bauteile
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in den Fig. 14 und 15. Bei der Zahnradpumpe
der Fig. 16 und 17 ist jede Pumpeneinheit Pl, P2 ... Pn
jeweils
mit einer Drosselstelle R1, R2 bzw. Rn in der Leitung D1, D2, ... bzw. Dn versehen,
die auf der einen Seite an die Pumpe P1, P2, ... Pn und auf der anderen Seite mit
dem Mehrfachventil 404 verbunden ist. Die Steuerventile T1, T2, Tn-1 enthalten einen
Ventilschieber T1', T2', ... Tn-1 und eine Feder S1, S2, ... bzw. Sn-1 auf der einen
Seite, die den Schieber gegen den Druck in der hydraulischen Verbindung über eine
Steuerleitung Jl, J2, ... Jn-1 auf die andere Seite des Schiebers vom Einlaß und
damit der Leitung D1, D2, ... Dn-1 drückt. Eine weitere Verbindung El, E2, bzw.
En-1 von dem Bereich mit dem kleinsten Durchmesser der Drosselstelle Rl, R2, ...
bzw. fln-l ist an die Federseite der Pumpe Pl, P2, ... bzw. Pn-1 angeschlossen.
Hierdurch wird der Druck auf die Dichtungseinheit B1, B2, ... Bn-1 gegen die Zahnräder
der Pumpen P2, P3, ... Pn mittels der Druckdifferenz gesteuert, die zwischen der
Einlaßseite und der Drosselstelle der Pumpe besteht, und zwar über eine Steuerleitung
Wl, W2, ... Wn-l, die das teuerventil Tl, T2, ... Tn-l mit der Dichtungseinheit
B2, B3, ... Bn-1 verbindet.
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Bei der so aufgebauten Zahnradpumpe wird, wenn die Pumpeneinheit P1
angetrieben wird, das aus dem Fluidbehälter 405 geförderte Fluid über die Hauptleitung
402 und die Leitung Cl und durch die Leitung D1, das Mehrfachventil 404, die Leitung
415, das Steuerventil 405 und die Leitung 404 der Betätigungseinrichtung 407 zugeführt.
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Reicht das der Betätigungseinrichtung 407 zugeführte Fluid nicht aus,
um die Betätigungseinrichtung 407 in der gewünschten Weise anzutreiben, wenn nur
die Pumpeneinheit P1 läuft, so ist die Druckdifferenz zwischen dem durch den Bereich
mit dem geringsten Durchmesser der Drosselstelle R1 und dem durch den Einlaß der
Pumpe Pl strömenden Fluid gering. Der Schieber T1' des Steuerventils T1 wird durch
die Feder S1 so
verschoben, daß die Öffnungen des Steuerventils
T1 voneinander getrennt werden (Fig.17). Demzufolge wird das Fluid in der Steuerung
der Dichtungseinheit B2 der Pumpe P2, die über die Leitung Wl und das Steuerventil
T1 mit dem Fluidbehälter 403 in Verbindung steht; abgesperrt. Das Fluid aus dQr
Leitung D1 wird über die Steuerleitung Y1 der Steuerung der Dichtungseinheit B2
der Pumpe P2 zugeführt, so daß die Dichtungseinheit B2 gegen die Zahnräder der Pumpe
P2 gedrückt wird und diese in Tätigkeit gesetzt wird. Das durch die an die Pumpe
P2 angeschlossene Leitung D2 abgeleitete Fluid gelangt über das Mehrfachventil 404,
die Leitung 415, das Steuerventil 405 und die Leitung 406 zusätzlich zur Betätigungseinrichtung
407. Die Pumpeneinheiten P3, P4, ... Pn werden aufeinanderfolgend eingeschaltet,
so daß die Menge des der Betätigungseinrichtung 407 zugeführten Fluids entsprechend
geändert wird.
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Durch das der Betätigungseinrichtung 407 zugeführte überschüssige
hydraulische Fluid wird die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und der Drosselstelle
Rn-l der Pumpe Pn so hoch, daß sie die eingestellte Spannung der Feder Sn-1 des
Steuerventils Tn-1 übersteigt. Damit wird der Schieber Tn-l' des Steuerventils auf
die andere Seite verschoben (Fig.16), so daß die Öffnungen des Steuerventils Tn-1
wieder miteinander in Verbindung stehen. Somit wird das-Fluid in der Steuerung der
Dichtungseinheit Bn der Pumpe Pn über die Steuerleitung Wn und das Steuerventil
Tn-1 zum Fluidbehälter 403 abgeleitet. Der Druck der Dichtungseinheit Bn-l der Pumpe
Pn auf die Zahnräder in dieser Pumpe wird gelöst und die Pumpe Pn außer Tätigkeit
gesetzt. Wenn die Druckdifferenz die eingestellte Spannung der Federn Sn-2, Sn-3,
... und 51 darauf übersteigt, werden die Pumpen Pn-1, Pn-2, ... P2 auf-einanderfolgend
außer Tätigkeit gesetzt, wenn die Spannungen der Federn der Steuerventile beispielsweise
so festgelegt sind, daß Sl S2 > S3, ...>Sn-1 (Fig.16 und 47).
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Im Motorbetrieb der Pumpen Pl, P2, ... Pn ist die hydraulische Arbeitsweise
genau umgekehrt der oben beschriebenen. Die Betätigungseinrichtung 407 arbeitet
dabei als Pumpe und die Steuerventile T1, T2, ... Tn werden automatisch entsprechend
der Änderung des Auslaßdruckes der als Pumpe arbeitenden Betätigungseinrichtung
gesteuert, so daß die als Motoren arbeitenden Pumpeneinheiten Pl, P2, ... Pn unterschiedliche
Drehmomente erzeugen.
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Fig. 18 und 19 zeigen ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Pumpe, wobei gleiche oder ähnliche Teile wie in den Fig. 14 und 15 jeweils mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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Die Zahnradpumpe bzw. der Zahnradmotor dieses Ausführungsbeispiels
enthält verschiedene, insgesamt mit N bezeichnete Steuermechanismen, nämlich einen
Drehzahlmesser RD zur Messung der Drehzahl des Antriebsmotors M der Pumpen Pl, P2,
... Pn, eine Steuerschaltung 425, die elektrisch an den Drehzahlmesser RD angeschlossen
ist, sowie mehrere Magnet-Steuerventile Tl, T2, ... Tn-1, die hydraulisch an die
Steuerungen der Dichtungseinheiten B2, 53, ... Bn der Pumpeneinheiten P2, P3, ...
bzw.
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Pa über Steuerleitungen Wi, W2, ... bzw. n-l angeschlossen sind. steuerleitungen
Yl, Y2, ... Yn-l verbinden die Leitungen D1, D2, ... Dn-l mit den Steuerungen der
Dichtungseinheitcn B2, B3, ... Bn der Pumpen P2, P3, ... bzw. Pn, ähnlich wie in
den vorherigen Ausführungsbeispielen. Die Steuerschaltung 425 entregt die Magnete
SOL2, SOL3,... SOLn der Magnet-Steuerventile T1, T2, ... Tn-1, wenn die Drehzahl
des Antriebsmotors M hoch ist, so daß die Schieber der Steuerventile durch die jeweilige
Feder in die S-tellung A verschoben werden, in der die Öffnungen der Steuerventile
miteinander verbunden sind. Bei niedriger Drehzahl des An-triebsmotors M werden
die Magnete SOL2, SOL3, ...
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SOLn erregt.
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Wenn die Pumpeneinheit Pl angetrieben wird, wird das Fluid aus dem
Fluidbehälter 403 durch die Hauptleitung 402 und die Leitung Cl sowie durch die
an die Pumpe Pl angeschlossene Leitung Dl, durch das Mehrfachventil 404, die Leitung
415, das Steuerventil 405 und die Leitung 406 der Betätigungseinrichtung 407 zugeführt.
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Reicht jedocll das der Betätigungseinrichtung 407 zugeführte Fluid
nicht aus, um diese in der gewünschten Weise zu betreiben, wenn nur die Pumpe Pl
arbeitet, so wird das Fluid a.us der Leitung D1 iiber die Steuerleitung Yl der Steuerung
der Dichtungseinheit B2 der Pumpe P2 zugeführt. Damit wird die Dichtungseinheit
B2 gegen die Zahnräder der Pumpe P2 gedrückt und diese beginnt zu arbeiten. Das
Fluid wird damit aus der Pumpe P2 über die Leitung D2, das Mehrfachventil 404, die
Leitung 415, die Öffnung 405a, das Steuerventil 405, die Öffnung 405c und die Leitung
406 der Unterseite 407a der Betätigungseinrichtung 407 zusätzlich zugeleitet. Die
zu dieser Zeit niedrige Drehzahl des Antriebsmotors 14 wird durch den Drehzahlmesser
RD gemessen und die Steuerschaltung 425 erregt den Magneten SOL2 des Magnet-Steuerventils
Tl. Der Schieber des Steuerventils T1 wird in die Stellung B verschoben und das
hydraulische Fluid in der mit einer Seite an die Steuerung der Dichtungseinheit
B2 der Pumpe P2 angeschlossenen Steuerleitung W2 sowie zum Steuerventil T1 wird
vom Fluidbehälter 403 abgesperrt. Damit wird die Dichtungseinheit BS gegen die Zahnräder
der Pumpe P2 gedrückt und diese beginnt zu arbeiten.
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Die anderen Pumpen P3, P4, ... Pn werden nacheinander zusatzlich eingeschaltet,
so daß der Durchsatz der Pumpe P und die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit der Be
tätigungs einrichtung 407 mit n multipliziert werden.
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Bei hoher Drehzahl der Antriebsmaschine M entregt die Steuerschaltung
425 die Nagnete SOLn, SOLn-1, ... SOL2 der Magnet-Steuenventile Tn-1, Tn-2, ...
T1, so daß die Schieber dieser
Ventile durch die Feder in die Stellung
A verschoben-werden und die Öffnungen der Steuerventile Tn-1, Tn-2, ... T1 miteinande
verbunden werd.en und das Fluid in der Steuerung der Dichtungseinheiten Bn, Bn-1,
... E2 über die Steuerleitung ; Wn-2, ... W1 und die Steuerventile Tn, Tn-1, ...
T1 zum Fluidbehälter 403 aufeinanderfolgend entleert wird.
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Damit wird der Druck der Dichtungseinheiten Bn, Bn-1,...
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BI auf die Zahnräder der Pumpen Pn, Pn-1, ... P2 gelöst, so daß die
Puri,pen außer Tätigkeit gesetzt werden.
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Bei den vorstehend beschreibenen beiden Ausführungsbeispielen wird
also die Pumpwirkung der Zahnräder in den einzelnen Pumpen verrtrlgert, indem der
Druck der Dichtungsteile auf die Zahnrader gelöst wird. Damit wird die erforderliche
Leitung auf die Leerlaufleistung vermindert, so daß eine Temperaturerhöhung des
hydraulischen Fluids verhindert wird. Hierdurch werden der Durchsatz und der hydraulische
Druck entsprechend abgesenkt und somit Leistung am Antriebsmotor gespart.
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Die erfindungsgemäßen Zahnradpumpen bzw. -motoren können unbelastet
mit niedriger Drehzahl frei laufen, ohne daß ein hydraulischer Druck erzeugt werden
müßte, wozu sämtliche Dichtungsteile der Pumpen gelöst werden. Ferner kann die notwendige
Anzahl del Pumpeneinheiten selektiv dadurch gesteuert werden, daß die Dichtungseinheiten
der Pumpen entsprechend der Last selektiv beaufschlagt werden. Hierdurch können
die Abnahme des Volumenwirkungsgrades oder die Abnutzung der Pumpe bei langer Benutzung
befriedigend kompensiert werden. Ferner kann die erfindunCsgemäße Zahnradpumpe bzw.
der erfindungsgemäße Zahnradmotor in verschiedenster Weise im Betrieb bei niedriger
Drehzahl verwendet werden. Es können verschiedene Zusatze für den gesteuerten Betrieb
bei kompaktem Aufbau verwendet werden.
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Da die Dichtungen der Pumpen bzw. Motoren unabhängig vom hydraulischen
Auslaßdruck und vom zugefUhrten Druck durch den Steuermechanismus N gesteuert werden
können, kann auch das Ausmaß
der Abdichtung durch die Dichtungseiliheiten
optimal gewählt werden. Die Spalte zwischen den Zahnenden und dem Dichtungsteil
oder -block, zwischen den Seitenflachen der Zahnräder und den seitlichen Dichtungsplatten
und zwischen dem Dichtungsblock und der seitlichen Dichtungsplatte werden gemäß
Fig. 2 möglichst so bemessen, daß der Volumenwirkungsgrad bei hoher Drehzahl nicht
vermindert wird, und möglichst der Werts #1 in Fig. 2 erreicht wird. Die hydraulische
Trag-oder Lagererscheinung wird durch die Zahnräder wirksam ausgenützt. Die Spalten
werden bei niedriger Drehzahl der Pumpe bzw. des Motors so stark wie möglich verringert,
um den Volunenwirkungsgrad der Pumpe zu verbessern. Somit wird ein Fressen und die
Abnu-tzung der Dichtungsteile durch die umlaufenden Teile bei hoher Drehzahl verhindert.
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Pat entansprüche