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    公开号:WO1985003979A1
    申请号:PCT/EP1985/000078
    申请日:1985-03-06
    公开日:1985-09-12
    发明作者:Frank Stelzer
    申请人:Frank Stelzer；
    IPC主号:F04B17-00
    专利说明:
    Hydraulikpumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Hydraulikpumpe, die von einem Verbrennungsmotor betätigbar ist und mehrere die Hydraulikflüssigkeit fördernde mit Kolbenfedern wechselwirkende Pumpenkolben umfasst. Unter Hydraulik versteht man technische Verfahren und Anlagen zur Kraftübertragung mittels Flüssigkeiten in geschlossenen Leitungssystemen. Diese Kraftübertragung und ihre Vorrichtungen sind als hydraulische oder hydrostatische Antriebe zu bezeichnen. Dabei werden wegen der korrosiven Eigenschaften von Wasser spezielle Hydraulikflüssigkeiten wie zum Beispiel Ölals Übertragungsmedien benutzt. Jeder hydraulische oder hydrostatische Antrieb baut sich grundsätzlich aus den zu einem Kreislauf geschalteten Grundelementen wie Pumpe, Druckleitungen, Steuer- und Regelorgane und Verbraucher sowie Hilfsgeräte auf. Zur Erzeugung hyraulischer Energie und ihrer Rücktrans formation in mechanische dienen Verdrängerpumpen vielfältiger Bauart, überwiegend Zahnrad-, Flügel-, Radial- und Axialkolben, Pumpen- und Hydromotoren sowie Hydraulikzylinder. Viele dieser Bauarten gestatten ein stufenloses Verstellen des Volumenstroms. Dabei ist jedoch immer wieder festgestellt worden, dass die Hydraulikflüssigkeit von der Hydropumpe nicht stetig genug gefördert werden kann. Häufig stellt man daher eine stossweise Förderung der Hydraulikflüssigkeit fest, die beim Betätigen des der Hydraulikpumpe nachgeschalteten Hydraulik motors zu einer nicht hinreichenden Gleichförmigkeit der Bewegung führt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Hydraulikpumpe der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, dass bei einfachem Aufbau und Antrieb sichergestellt ist, dass eine hinreichend stetige Förderung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt, wodurch die der hydraulischen Energie entnommene geradlinige, schwenkende oder rotierend wirkende mechanische Energie die gewünschte Stetigkeit aufweist. Dabei soll insbesondere sichergestellt sein, dass der von den Pumpenkolben hervorgerufene Förderdruck konstant oder nahezu konstant ist Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Verbrennungsmotor ein Kolbenmotor mit symmetrisch freifliegenden Stufenkolben ist, deren äussere Kolbenstufen zumindest jeweils drei Zylinderabschnitte unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, bei denen der innere den grössten und der mittlere Abschnitt den kleinsten Durchmesser zeigen, dass die den Kolben umgebenden Wandungen im Bereich der drei Zylinderabschnitte zumindest eine Stufe aufweist, wodurch bei Hin- und Herbewegen des Stufenkolbens das zwischen den einander zugewandten Stirnwänden des inneren und äusseren Zylinderabschnitts eingeschlossene Volumen veränderbar ist, und dass in der den Stufenkolben umgebenden Wandung im Bereich des äusseren Zylinderabschnitts, also im Bewegungsbereich der zwischen dem äusseren und inneren Zylinderabschnitt vorhandenen (weiteren) Stufe Öffnungen vorhanden sind, in denen die von den Kolbenfedern beaufschlagten Pumpenkolben verschiebbar angeordnet sind, wobei die von der Hydraulikflüssigkeit zu beaufschlagenden Flächen der den Öffnungen zugeordneten Pumpenkolben bezogen auf deren Lage entlang der sich hin- und herbewegenden weiteren Stufen von den äusseren zu den inneren hin zunehmen. Durch die erfindungsgemässe Lehre wird demzufolge mit einfachen Mitteln eine Hydraulikpumpe zur Verfügung gestellt, die eine Vielzahl von die Hydraulikflüssigkeit in einem Kreislauf fördernden Pumpenkolben umfasst, die ihrerseits auf einer Schraubenlinie in der den Stufenkolben umgebenden Wandung eingelassen sein können und in Abhängigkeit von dem Hub des Stufenkolben hin- bzw. herbewegbar sind, wodurch auch eine Regelung der Fluidstrommenge erfolgt, wobei gleichzeitig der Beschleunigung des Stufenkolbens derart Rechnung getragen wird, dass die Pumpenkolbenflächen variieren, um über die Pumpenkolben selbst einen konstanten oder nahezu konstanten Förderdruck hervorzurufen. D . h., dass die Flächen der mittleren Pumpenkolben grösser als die äusseren sind. Durch das axial versetzte Anordnen der Pumpenkolben ist sichergestellt, dass diese nacheinander mit einem-Fluid, vorzugsweise ebenfalls einer Hydraulikflüssigkeit wie Öl beaufschlagt werden, so dass sich ein gleichmässiges Fördern der Hydraulikflüssigkeit ergibt. Ferner sind die zu den einzelnen Pumpenkolben führenden Zu- bzw. Ablaufleitungen der Hydraulikflüssigkeit untereinander verbunden, wodurch sich vom Aufbau her konstruktive Vorteile ergeben. Vorzugsweise befindet sich in der den Stufenkolben umgebenden Wandung eine Stufe im Bereich des mittleren Zylinderabschnitts, wodurch sich im gewünschten Umfang eine Änderung des zwischen den Stirn flächen befindlichen Volumens ergibt. Die Pumpenkolben werden dann radial nach aussen gedrückt, wenn die zwischen den Stirnflächen befindliche Flüssigkeit in die dem jeweiligen Pumpenkolben zugeordnete Öffnung hineingedrückt werden kann. Mit anderen Worten muss die Stufe zwischen dem mittleren und äusseren Zylinderabschnitt im Bereich einer jeweiligen Öffnung gelangen, um so eine Fluidverbindung herzustellen. Wird demzufolge der Stufenkolben nach aussen bewegt, so erfolgt dadurch gleichzeitig eine sukzessive radial nach aussen gerichtete Bewegung der Stufenkolben. Wird dieser nach innen bewegt, so wird aufgrund der Vergrösserung des Volumens zwischen den Stirnflächen ein Unterdruck im Bereich der die Pumpenkolben aufweisenden Öffnung erzeugt, wodurch jene radial nach innen bewegt werden. Dadurch ist letztlich sichergestellt, dass die Hydraulikflüssigkeit, die zum Antreiben eines Motors oder ähnliches bestimmt ist, gleichmässig von dem Pumpenkolben gefördert wird. Durch die Verwendung eines Freiflugkolbenmotors ist neben einem einfachen Aufbau sichergestellt, dass ein verschleissfreier Betrieb möglich ist, bei dem zudem weitgehend Leckverluste ausgeschlossen sind. Ferner kann durch den Hub des Kolbens die Betätigung der Anzahl der Pumpenkolben und damit die Menge der Hydraulikflüssigkeit gesteuert werden. Vorzugsweise wird die erfindungsgemässe Hydraulikpumpe von einem Freiflugkolbenmotor betätigt, der einen symmetrischen freifliegenden Stufenkolben umfasst, der drei Stufenkolben aufweist, von denen die äusseren Kolbenstufen je in einer Brennkammer und die mittlere Kolbenstufe in einer weiteren diese in zwei gesonderte Vorverdichterräume unterteilende - Kammer angeordnet sind, und dass in Abhängigkeit von der Stufenkolbenstellung zwischen einem Vorverdichterraum und der angrenzenden Brennkammer entlang des zwischen den Kolbenstufen vorhandenen (mittleren) Kolbenabschnitts ein Ver bindung sk analfür Kraftstoffgemische verläuft. Durch die erfindungsgemässe Lehre wird folglich eine Hydraulikpumpe vorgeschlagen, die hydraulisch angetrieben und gesteuert ist. Weitere Einzelheite, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich sowohl aus den Ansprüchen als auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Es zeigen: Fig. 1 einen Ausschnitt einer Hydraulikpumpe mit Freiflugkolbenmotor in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 1 und Fig. 3 eine schematische Darstellung von mit einer Hydraulikflüssigk eitzu beaufschlagenden P umpenkolbenflächen. In den Figuren ist rein schematisch ein Motor 10 in Form einer Zweitakt-Brennkraftmaschine dargestellt, die einen in einem Motorblock 12 freifliegenden Stufenkolben 14 umfasst, der axial frei bewegbar ist. Der Stufenkolben 14 weist eine mittlere Kolbenstufe 16 sowie zwei symmetrisch dazu angeordnete äussere Kolbenstufen, von denen nur die äussere linke (Bezugszeichen 18)dargestellt ist. Die äusseren Kolbenstufen haben gleiche Durchmesser, wohingegen die mittlere Kolbenstufen 16 einen grösseren Durchmesser zeigen kann. Zwischen der Kolbenstufe 18 und der Kolbenstufe 16 befindet sich ein Kolbenabschnitt 20, der eine Stufe und/oder Kolbenringe 22 aufweisen kann. Ferner umfasst der Freiflugkolbenmotor 10 zwei Brennkammern, von denen im Ausführungsbeispiel nur die linke Brennkammer angedeutet und mit dem Bezugszeichen 24 versehen ist. Die Brennkammern sind axial innen bei den äusseren Kolbenstufen angeordnet. Die mittlere Kolbenstufe 16 befindet sich in einer weiteren Kammer 26, die von jener in zwei getrennte Vorverdichterräume 28 und 30 unterteilt ist. Die in dem Motorblock 12 angeordneten Kolbenstufen 16 und 18 mit der dargestellten Brennkammer 24 sowie dem Vorverdichterräumen 28 und 30 stellen demzufolge eine Antriebsmaschine in Form des Freiflugkolbenmotors 10 dar, wie er grundsätzlich in der Deutschen Offenlegungsschrift 30 29 287 beschrieben ist. Dabei besteht dann eine Verbindung zwischen dem Vorverdichterraum 26 und der Brennkammer 28, wenn sich die Kolbenstufe 18 in der unteren Totpunktlage (ganz links) befindet. Die Verbindung wird dadurch ermöglicht, dass ein um den Kolbenabschnitt 20 zylindrisch angeordneter nicht näher bezeichneter Kanal nicht mehr von der Stufe bzw. dem Kolbenring 22 versperrt ist. Befindet sich die Kolbenstufe 18 in der unteren Totpunktlage, so liegt die gegenüberliegende symmetrisch angeordnete Kolbenstufe in der oberen Totpunktlage, also in der Kompressionsstellung. In diesem Fall ist der gleichfalls dort vorhandene Kanal verschlossen. Erst wenn die Kolbenstufe 18 gemäss dem Ausführungsbeispiel nach rechts bewegt wird, wird der Kanal zwischen dem Vorverdichterraum 30 und der nicht dargestellten rechten Brennkammer geöffnet.Das Ansaugen des Kraftstoffgemisches wird durch die Stellung der mittleren Kolbenstufe 16 gesteuert, die in Abhängigkeit von der Lage des Stufenkolbens 14 eine Verbindung zwischen einer in der Motorblockwandung vorhandenen Öffnung 32 mit einem der Vorverdichterräume 28 bzw 30 herstellt. Dabei befindet sich die Öffnung 32 mittig zwischen den Stirnwandungen der mittleren Kammer 26. Die Zündung in den Brennkammern 24 selbst kann über eine Zündkerze 34 oder einen nicht dargestellten Glühstrumpf erfolgen. Die Brennkammern 24 weisen schliesslich Auspuffkanäle 36 auf, die von im wesentlichen tangential in die Brennkammern 24 einmündende Auslassschlitze ausgehen. Erfindungsgemäss setzen sich die äusseren Kolbenstufe (im Ausführungsbeispiel die äussere Kolbenstufe 18)über den Motorblock 12 hinausgehend fort und weist dabei drei zylindrische Endabschnitte 38, 40 und 42 auf, die unterschiedliche Durchmesser zeigen. Dabei ist der Durchmesser des inneren Zylinderabschnitts 38 am grössten, der des mittleren Zylinderabschnitts 40 am kleinsten gewählt. Schliesslich weist die die Zylinderabschnitte 38, 40, 42 umgebende Wandung eine Stufe 44 auf, die den Übergang zwischen zylindrisch verlaufenden Wandabschnitten 46 und 48 besitzt, die ihrerseits dem Durchmesser des Abschnitts 38 bzw. des Abschnitts 42 angepasst sind. Die Stufe 44 befindet sich dabei im Bereich des mittleren Zylinderabschnitts 40,unabhängig davon, ob sich der Stufenkolben 14 in der oberen oder unteren Totpunktlage befindet. Durch die Stufe 44 wird erkennbar erreicht, dass das Volumen V, das zwischen den einander zugewandten Stirnflächen 50 und 52 des inneren und äusseren Zylinderabschnitts 38 und 42 umschlossen wird, in Abhängigkeit von der Stellung des Stufenkolbens 14 verändert wird. Befindet sich der Stufenkolben 14 in der rechten Endstellung, so ist das Volumen V maximal, wohingegen das Volumen um so mehr abnimmt, wie der Stufenkolben 14 nach links bewegt wird (eine entsprechende Geometrie und Ausbildung des rechten Stufenkolbens, der in den zeichnerischen Darstellungen nicht dargestellt ist, ist ebenfalls gegeben, so dass sich ein vollständig symmetrischer Aufbau der erfindungsgemässen Anordnung ergibt).In dem Volumen V befindet sich nun vorzugsweise eine Hydraulikflüssigkeit, die auf einer Schraubenlinie angeordnete Pumpenkolben 54 bis 62 beaufschlagt. Dabei ist die von der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagte Kolbenfläche in Abhängigkeit von der Lage des Pumpenkolbens entlang des Bereichs, in dem sich die Stirnfläche 52, als die zwischen den den Zylinderabschnitten 40 und 42 ausgebildete Stufe hin- und herbewegt, unterschiedlich gewählt. Um über die Pumpenkolben den gleichen oder nahezu den gleichen Druck im nachfolgend noch näher zu beschreibenden Hydraulikkreislauf hervorzurufen, sind die im mittleren Bewegungsbereich der Stirnfläche 52 vorhandenen Flächen der Pumpenkolben am grössten und im Bereich der Umkehrpunkte der Stufe 52 am kleinsten gewählt. Dies soll der schematischen Darstellung gemäss Fig. 3 zu entnehmen sein. Man erkennt, dass die mit Druck zu beaufschlagende Flächen im Mittenbereich (1101am grössten, in den Randbereichen (112, 114)am geringsten sind. Dabei befinden sich die Pumpenkolben 56 bis 62 in radial verlaufenden Öffnungen 64, 66, die von der Innenwandung 48, dessen Durchmesser dem des äusseren Zylinderabschnitts 42 angepasst ist, ausgehen. Der Abschnitt 68 kann an den Motorblock 10 durch Schrauben oder ähnliches befestigt sein. Bewegt sich demzufolge der Stufenkolben 14 und damit der Abschnitt 42 nach links, so wird sukzessiv -mit dem innersten Pumpenkolben 54 beginnend- jeder Pumpenkolben mit der Hydraulikflüssigkeit, die sich zwischen den Stirnwänden 50 und 52 befindet, beaufschlagt. Infolgedessen werden die Pumpenkolben 54 bis 62 entgegen der auf sie wirkenden Federkraft, die durch Schraubenfedern 70 bis 78 oder ähnlich wirkende Elemente hervorgerufen wird, bewegt werden. Oberhalb der Pumpenkolben befindet sich nun eine Hydraulikflüssigkeit, die in Abhängigkeit von der Pumpenkolbenbewegung ein Antriebsaggregat wie zum Beispiel Hydromotor im geschlossenen Kreislauf zugeführt oder entnommen wird. Zu diesem Zweck gehen oberhalb eines jeden Pumpenkolbens eine Zu- bzw. Ablaufleitung 80, 84 bzw. 82, 86 aus, die über in dem Abschnitt 68 verlaufende Ringkanäle 88 bzw. 90 miteinander verbunden sind, um so über die Hauptzu- bzw. -ablaufleitungen 92 bzw. 94 zu dem erwähnten Aggregat, das auch als Sekundärteil einer Hydraulikanlage zu bezeichnen ist, zugeführt wird, um über diese die hydraulische Energie in gradlinige, schwenkende oder rotierend wirkende mechanische Energie umzuwandeln. Wird nun der Stufenkolben 14 nach rechts bewegt, so vergrössert sich das Volumen V zwischen den Stirnwänden 50 und 52, so dass infolgedessen die Pumpenkolben radial nach innen gezogen werden. Durch diese Anordnung wird demzufolge in den Leitungen 92, 94 kontinuierlich Hydraulikflüssigkeit im Kreislauf gefördert, wobei aufgrund der Anordnung der Pumpenkolben 54 bis 62 auf einer Schraubenlinie sichergestellt ist, dass die Hydraulikförderung überaus gleichmässig erfolgt. Ferner ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich in den Zubzw. Ablaufleitungen 80, 84 bzw. 82, 86 Einwegventile 96, 98, 100 und 102 Einwegventile angeordnet sind, über die die Strömungsrichtung der Hydraulik flüssigkeit vorgegeben ist.
    权利要求:
    Claims
    Patentansprüche:
    1. Hydraulikpumpe, die von einem Verbrennungsmotor betätigbar ist und mehrere die Hydraulikflüssigkeit fördernde vorzugsweise mitKolbenfedern wechselwirkende Pumpenkolben umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,dass der Verbrennungsmotor (10 ) ein Kolbenmotor mit freifliegendem Stufenkolben (14) mit Kolbenstufen (18)ist, die zumindest jeweils drei Zylinderabschnitte (38, 40, 42unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, von denen der innere (38)den grössten und der mittlere Abschnitt (40)den kleinsten Durchmesser aufweisen, dass die die Zylinderabschnitte (38, 40, 42)umgebende Wandung (46,48)in diesem Bereich zumindest eine Stufe (44)aufweist,
    wodurch bei Hin- und Herbewegung des Stufenkolbens (14)das zwischen den einander zugewandten Stirnwänden (50, 52)des inneren und äusseren Zylinderabschnitts (38, 42)eingeschlossene Volumen (V)veränderbar ist, und dass in der den Stufenkolben ( 14)umgeben den Wandung (48)entlang des Bewegungsbereichs der zwischen dem mittleren und dem äusseren Abschnitt vorhandenen (weiteren)Stufe (52)des Stufenkolbens Öffnungen (64, 66)vorhanden sind, in denen die von den Kolbenfedern (70, 72, 74, 76, 78)beauf schlagten Pumpenkolben (56, 56, 58, 60, 62)verschiebbar angeord net sind, wobei die druckbeaufschlagten Flächen (110,
    112, 114)entlang des Bewegungsbereichs der weiteren Stufe derart variieren, dass im mittleren Bewegungsbereich der weiteren Stufe(52)die Flächen (110)die grösste Erstreckung aufweisen und zu beiden Seiten hin abnehmen.
    2. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die in der Wandung vorhandene Stufe (44)die Veränderung des Volumens (V )zwischen den Stirnwänden (50, 520hervorruft.
    3. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Öffnungen (64, 66)auf einer Schraubenlinie angeordnet sind.
    4. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flächen (110, 112, 1140der mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagten Pumpenkolben (54, 56, 58, 60, 62)entlang derSchraubenlinie in deren Randbereichen am geringsten und in ihrem mittleren Bereich am grössten sind.
    5. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zu den einzelnen Pumpenkolben (54, 56, 58, 60, 624führenden Zu- bzw. Ablaufleitungen (80, 82, 84, 865für dieHydraulikflüssigkeit untereinander verbunden sind 6. Hydraulikpumpe nach zumindest Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Druckbeaufschlagung der Pumpenkolben (54, 56, 58, 60,62)eine Verbindung zwischen den Stirnwänden (50, 52)derZylinderabschnitte (38, 424besteht.
    7. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Raum zwischen den Stirnflächen (50, 525mit Hydraulik flüssigkeit gefüllt ist.
    8. Hydraulik pumpe, die von einem Verbrennungsmotor betätigbar und mehrere die Hydraulikflüssigkeit fördernde mit Kolbenfedern wechselwirkende Pumpenkolben umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Verbrennungsmotor eine Zweitakt-Brennkraftmaschine (100ist, die einen symmetrischen freifliegenden Stufenkolben (14) umfasst, der drei Stufenkolben (16, 180aufweist, von denen die äussere Kolbenstufe (18)je in einer Brennkammer (24)und die mittlere Kolbenstufe (16)in einer weiteren diese in zwei gesonderte Vorverdichterräume (28, 30) unterteilende Kammer (26)angeordnet sind,
    dass in Abhängigkeit von der Stufenkolben stellung zwischen einem Vorverdichterraum (28 bzw. 300und der angrenzenden Brennkammer ( 24)entlang des zwischen den Kolben stufen vorhandenen mittleren Kolbenabschnitts (20)ein Ver bindungskanal für Kraftstoffgemische verläuft, dass die äusserenKolbenstufen (18)zumindest jeweils drei Zylinderabschnitte (38,40, 42) unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, von denen der innere ( 38)den grössten und der mittlere Abschnitt ( 40)den kleinsten Durchmesser aufweisen, dass die die Zylinderabschnitte (38, 40, 42) umgebende Wandung (46, 48)in diesem Bereich zumindest eine Stufe (44)aufweist,
    wodurch bei Hin- und Her bewegen des Stufenkolbens (14)das zwischen den einander zu gewandten Stirnflächen (50, 52) des inneren und äusseren Zylinder abschnitts (38, 42) eingeschlossene Volumen (V)veränderbar ist, und dass in der die Zylinderabschnitte umgebenden Wandung entlang des Bewegungsbereichs der Stirnfläche (52)Öffnungen (64,66) vorhanden sind, in denen die von den Kolbenfedern (70, 72,74, 76, 78) beaufschlagten Pumpenkolben (54, 56, 58, 60, 62)verschiebbar angeordnet sind, wobei die Flächen (110, 112, 1140der mit der Hydraulikflüssigkeit zu beaufschlagenden Pumpen kolben von aussen nach innen zunehmen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0208683A1|1987-01-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1985-09-12| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1985-09-12| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT BE CH DE FR GB LU NL SE |
    1986-09-05| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1985901414 Country of ref document: EP |
    1986-09-09| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1985901414 Country of ref document: EP |
    1987-01-21| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1985901414 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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