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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch
1. Eine Vorrichtung dieser Art ist aus
DE 3519783 , Danfoss, bekannt. Der Nachteil
der bekannten Vorrichtung ist, dass die Trommelhülsen mit der Rotationsgeschwindigkeit entlang
der ersten Stirnplatte gleiten, was dazu führt, dass die Abdichtung unzureichend
ist und es zu einer Abnutzung kommt. Um diese Nachteile zu vermeiden,
ist die Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1 ausgelegt. Dies ergibt eine Beschränkung der
Gleitgeschwindigkeit entlang der Abdichtung der Trommelhülse und
bedeutet, dass es zu keinen Undichtheiten und oder keiner Abnutzung kommt.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 2 ausgelegt. Dies
bedeutet, dass die Trommelhülse
stets auf eine solche Weise mit der Trommelplatte verbunden ist,
dass eine Abdichtung gebildet ist.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 3 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass der Raum zwischen den Trommelhülsen kleiner
gehalten werden kann und der Durchmesser der Kolben erhöht werden
kann, was zu einer größeren Verschiebung
führt.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass die Trommelhülse auf eine einfache Weise an
der Trommelplatte gesichert ist.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 5 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass die Trommelhülse durch den Druck in der Kammer
auf die Trommelplatte gepresst wird, so dass ein Auslaufen von Flüssigkeit
verhindert wird.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass die Abdichtung zwischen der zylindrischen Wand
und dem Kolben selbst dann an ihrer Stelle gehalten wird, wenn abreibende
Teilchen wie etwa jene, die sich in verschmutztem Öl finden,
vorhanden sind.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
7 ausgelegt. Diese Maßnahme
verringert die Kraft, mit der der Kolbenring gegen die zylindrische
Wand presst, und bedeutet, dass die Reibungskräfte geringer sind.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
8 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass der Kolbenring dann, wenn sich
der Kolben in der Trommelhülse
in einer geneigten Stellung befindet, durch den Kolben gestützt wird und
die Abdichtung zwischen dem Kolbenring und der zylindrischen Wand
bewahrt wird.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
9 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass die Trommelplatte auf
eine einfache Weise zentriert wird.
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Nach
einer anderen Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
10 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass der Rotor auf eine einfache Weise
zentriert wird, und, falls angebracht, auch die Trommelplatte auf
eine einfache Weise zentriert werden kann.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
11 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass die axialen Kräfte auf
den Rotor ausgeglichen werden und kaum jegliche axialen Kräfte vorhanden
sind, die auf die Lagermittel des Rotors wirken.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
12 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass es möglich ist, das Öl über zwei
verschiedene Stirnplatten zu den Kammern zu liefern und daraus abzulassen.
In diesem Fall ist es möglich,
dass ein Stirnplattenanschluss an einer Stirnplatte so ausgelegt
ist, dass er über
einen Teil seines Umfangs geschlossen ist, so dass er eine Öffnung im
Gehäuse
verschließt.
Als Ergebnis ist es möglich,
die Stirnplatte über
eine größere Bogenlänge als
die Bogenlänge
des Stirnplattenanschlusses zu rotieren, und wird der Steuerbereich
der Vorrichtung auf eine einfache Weise durch eine Rotation der Stirnplatte
erhöht.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
13 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass die Druckspitzen, die
auftreten, wenn die Trommelplatten durch die Stirnplatten geschlossen
sind, beschränkt
sind, da der Ölfluss
für jede
Kammer entlang von zwei Stirnplatten fließen kann. Dies verbessert die
Leitungsfähigkeit
und verringert die erzeugten Lärmpegel.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
14 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass die Verschiebung pro
Rotation durch eine Verdopplung der Anzahl der Kolben auf eine einfache
Weise verdoppelt wird, während
der Flächenbereich
der Stirnplattenanschlüsse
ebenfalls verdoppelt wird, so dass die Verluste nicht zunehmen.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
15 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass auf eine einfache Weise
ein genauer und stabiler Rotor mit Kolben erhalten wird.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
16 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass sich Kolben an beiden
Seiten des Rotors abwechselnd an den Stirnplattenanschlüssen vorbei
bewegen, so dass es möglich
ist, auf die gesamte Anzahl der Kolben zu zählen, wenn während der
Rotation des Rotors die Impulse im Fluss des Öls und im Drehmoment betrachtet
werden. Folglich wird die Größe dieser
Impulse verringert.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
17 ausgelegt. Wenn drei oder mehr Stirnplatten verwendet werden,
kann die Hydraulikvorrichtung als Hydrauliktransformator verwendet
werden, in dem Kammern durch die Stirnplattenanschlüsse verschlossen
werden, während sich
das Volumen in den Kammern stark verändert. Wenn die Anzahl der
Kolben ein Vielfaches der Anzahl der Stirnplattenanschlüsse beträgt, bleibt
die axiale Kraft, die auf die Trommelplatte wirkt, mehr oder weniger
konstant, was dazu führt,
dass sie glatter und stabiler rotieren kann.
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Nach
einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
18 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass das Öffnen und Schließen von korrespondierenden
Kammern an beiden Seiten des Rotors nicht an der gleichen Rotationsposition
stattfindet, was dazu führt,
dass Drehmomentschwankungen und Druckspitzen in einer Kammer vermieden werden
können.
Als Ergebnis werden die Stabilität und
die Leistungsfähigkeit
verbessert.
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Nach
einer Ausführungsform
ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
19 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass während des Betriebs und insbesondere,
nachdem sich die Vorrichtung im Stillstand befunden hat, die Schmierung
zwischen der Trommelplatte und der Trommelhülse verbessert ist.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 20 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass die gekrümmte Fläche der Trommelplatte leicht
herzustellen ist.
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Nach
einer Ausführungsform
ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
21 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass die Trommelhülse bei
geringen Kosten hergestellt werden kann.
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Nach
einer Ausführungsform
ist die Vorrichtung gemäß Anspruch
22 ausgelegt. Das Ergebnis davon ist, dass die Kräfte, die
auf die Trommelhülse wirken,
genau bekannt sind, was dazu führt,
dass die Kräfte
erfolgreicher ins Gleichgewicht gebracht werden können und
die Reibungskräfte
so gering als möglich
gehalten werden.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 23 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass sich die Trommelhülse nicht neigen kann.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 24 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass die von Druckimpulsen stammende übermäßige Lärmbelästigung,
die als Ergebnis der Resonanz in den Verbindungsdurchlässen auftreten
kann, in einem bedeutenden Umfang unterdrückt, verringert oder verhindert
wird.
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Nach
einer Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 25 ausgelegt. Das
Ergebnis davon ist, dass Druckimpulse, die als Ergebnis der Resonanz
in den Verbindungsdurchlässen
entstehen können,
durch einfache Mittel unterdrückt,
verringert oder verhindert werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine Anzahl beispielhafter
Ausführungsformen
und mit Hilfe von Zeichnungen erklärt, wobei
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1 einen
Querschnitt des Inneren einer Hydraulikvorrichtung zeigt,
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2 eine
perspektivische Ansicht der in 1 gezeigten
Hydraulikvorrichtung zeigt,
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3 eine
Einzelheit von 1 einschließlich der Kräfte, die
auf die Trommelhülse
wirken, zeigt,
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4 die Ebenen durch die Achsen des Rotors
und der Trommelplatte diagrammatisch darstellt,
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5 eine
zweite Ausführungsform
der Hydraulikvorrichtung zeigt,
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6 eine
Hydraulikvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform zeigt,
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7 und 8 eine
Einzelheit einer Ausführungsform
der Trommelplatte zeigen,
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9 eine
Ausführungsform
einer Trommelhülse
zur Verwendung in der Hydraulikvorrichtung zeigt,
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10 eine
Einzelheit der Trommelhülse von 9 zeigt,
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11 eine
erste Ausführungsform
einer inneren Sicherung der Trommelhülse an der Trommelplatte zeigt,
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12 eine
zweite Ausführungsform
einer inneren Sicherung der Trommelhülse an der Trommelplatte zeigt,
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13 eine
erste Ausführungsform
einer Pumpe oder eines Motors zeigt, und
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14 eine
zweite Ausführungsform
einer Pumpe oder eines Motors zeigt.
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Die
in
1 und
2 gezeigten Bestandteile sind
die Teile eines Hydrauliktransformators, die in einem Gehäuse angebracht
sind. Ein Hydrauliktransformator dieser Art ist zum Beispiel in
den veröffentlichten
Anmeldungen
WO 9731185 und
WO 9940318 beschrieben,
deren Inhalte als bekannt angesehen werden. Lager
1, in
denen eine Rotorwelle
2 mit einer Achse
1 rotieren
kann, sind auf eine bekannte Weise im Gehäuse angebracht. Ein Rotor mit Rotoröffnungen
15 ist
an der Rotorwelle
2 angebracht. In den Rotoröffnungen
15 befinden
sich stangenartige Bestandteile, die an beiden Seiten des Rotors
14 Kolben
12 bilden.
Die Kolben
12 sind mit Kolbenringen
10 versehen,
wobei die Außenfläche der Kolbenringe
10 eine
konvexe Form aufweist und die Mitte dieser Konvexität für alle Kolben
an einer Seite des Rotors
14 in einer einzelnen Ebene liegt.
Falls angebracht, ist die Außenfläche der
Kolbenringe
10 gewölbt.
Die linke Seite und die rechte Seite des Rotors
14 sind
in Bezug auf die Mitte des Rotors
14 symmetrisch. Jede
Seite des Rotors
14 wirkt mit einer Trommelplatte
7 mit
Trommelhülsen
11 zusammen, die
um eine Achse m
1 und m
2 rotieren,
wobei die Achsen
1 und m
1 bzw.
1 und
m
2 einander in der Ebene, die senkrecht
zu 1 durch die Mittelpunkte der Außenflächen der Kolbenringe
10 für die an
dieser Seite befindlichen Kolben
12 verläuft, schneiden.
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An
der Rotorwelle 2 befindet sich eine Zentrierfläche 22,
um die die Trommelplatte 7 schwenken kann. Die Zentrierfläche 22 ist
konvex, wobei die Mitte der Konvexität in der Ebene liegt, auf der
die Mitte der konvexen Kolbenringe 10 liegt. Die Rotation
der Trommelplatte 7 ist durch einen Keil 16, der
in einer Keilnut eingreift, mit der Rotation der Rotorwelle 2 gekoppelt.
In der Ebene der Fläche
der Welle weist der Keil 16 einen abrundenden Radius auf,
der kleiner als der Radius der Zentrierfläche 22 ist, so dass
der Keil 16 nicht in der Keilnut festgeklemmt wird, wenn
die Trommelplatte 7 rotiert. Falls angebracht, kann mehr als
ein Keil 16 vorhanden sein. Es ist auch möglich, dass
der Keil 16 in der Rotorwelle 2 angebracht ist und
die Keilnut in der Trommelplatte 7 angeordnet ist.
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An
der Seite, die zu den Kolben 12 gerichtet ist, ist die
Trommelplatte 7 mit Trommelhülsen 11 versehen,
die durch eine Hülsenhaltevorrichtung 18 gegen
die Trommelplatte 7 gespannt sind. An der Innenseite weist
die Trommelhülse 11 eine
zylindrische Wand 23 auf. Jeder Kolben 12 ist
von einer Trommelhülse 11 umgeben,
wobei es für
den Kolbenring 10 möglich
ist, sich in einer abgedichteten Weise entlang der zylindrischen
Wand 23 zu bewegen. Der Kolben 12 und die zylindrische
Hülse 11 bilden
daher eine Kammer 9, deren Volumen sich verändert, wenn die
Rotorwelle 2 rotiert. Die Veränderung im Volumen verursacht
einen Ölfluss über eine
Trommelhülsenöffnung 24,
einen Trommelanschluss 6 und einen Trommelplattenanschluss 3 zu
einer Öffnung
im Gehäuse
in die Kammer 9 und daraus heraus. Die korrespondierenden
Trommelplattenanschlüsse 3 sind im
Gehäuse
miteinander verbunden. Da die Achsen der Rotation des Rotors 14 und
der Trommelplatte 7 in Bezug zueinander einen Winkel bilden,
beschreiben die Kolben 12 in der Ebene der Trommelplatte 7 einen
elliptischen Weg, und werden die Trommelhülsen 11 über eine
Kontaktfläche 8 der
Trommel platte 7 gleiten. Die Haltevorrichtung 18 ist
mit Öffnungen ausgelegt,
die gestatten, dass dieses Gleiten stattfindet, und stellt auch
sicher, dass der Abstand zwischen der Trommelplatte 7 und
der Trommelhülse 11 beschränkt bleibt,
so dass sich bei der Inbetriebnahme Druck in der Kammer aufbauen
kann. In einer anderen Ausführungsform
ist es der Haltevorrichtung 18 auch möglich, auf eine solche Weise
an der Trommelplatte 7 gesichert zu werden, dass die Rotation des
Rotors 14 über
die Kolben 12, die Trommelhülsen 11 und die Haltevorrichtung 18 zur
Trommelplatte 7 übertragen
wird, was dazu führt,
dass auf den Keil 16 und die zugehörige Keilnut verzichtet werden kann.
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Der
Stirnplattenanschluss 3 ist in einer Stirnplatte 4 angeordnet,
die gegen eine Fläche
des Gehäuses
gehalten wird. Diese Fläche
befindet sich nicht in einem rechten Winkel zur Achse 1,
sondern bildet vielmehr einen Winkel damit, wodurch die Richtung
der Achse m1 oder m2 und
daher auch die Rotationsposition, in der das Volumen in der Kammer 9 am
kleinsten oder am größten ist,
bestimmt wird. Die Stirnplatte 4 ist auf eine solche Weise
im Gehäuse gesichert,
dass sie um die Achse m1 oder m2 rotieren kann,
und ist über
einen Teil ihres Umfangs mit einer Zahnung 5 versehen,
die mit einem durch einen Antrieb angetriebenen Zahnrad zusammenwirkt.
Eine Zentrierhülse
(nicht gezeigt) kann verwendet werden, um die Rotation der Stirnplatte 4 im
Gehäuse
auf eine bekannte Weise zu zentrieren. Die Rotation der Stirnplatte 4 verursacht,
dass sich die Einstellung des Hydrauliktransformators verändert, wie
in den Patentanmeldungen, die früher
im Text angeführt
wurden, beschrieben ist.
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Um
die Öffnungen
zwischen der Stirnplatte 4 und der Trommelplatte 7 während der
Inbetriebnahme klein zu halten, wenn in den Kammern 9 bisher noch
kein Druck vorhanden ist, ist ein druckausübender Ring 19 vorhanden,
der gegen die Zentrierfläche 22 gehalten
wird. Zwischen dem druckausübenden Ring 19 und
einem Ring 21, der in der Trommelplatte 7 gesichert
ist, befinden sich Tellerfedern 20, durch welche die Trommelplatte 7 stets
auf die Stirnplatte 4 gepresst wird. Falls angebracht,
können
anstelle der Tellerfedern 20 andere elastische Elemente
verwendet werden.
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3 zeigt
die Trommelhülse 11,
die an der Kontaktfläche 8 der
Trommelplatte 7 gehalten wird. Während der Verwendung herrscht
in der Kammer 9 und im Trommelanschluss 6 ein
hoher Druck, während
außerhalb
der Trommelhülse 11 ein
niedrigerer Druck herrscht. Im Zwischenraum in der Kontaktfläche 8 zwischen
der Trommelhülse 11 und
der Trommelplatte 7 wird sich ein verändernder Öldruck bilden, wie durch Pfeile
A in der Figur angegeben ist. Um zu verhindern, dass die Größe des Zwischenraums
unter dem Einfluss dieses Öldrucks
zunimmt, weist die Trommelhülsenöffnung 24 einen
kleineren Flächenbereich
als die Abdichtungsfläche
des Kolbens 12 in der zylindrischen Wand 23 auf.
Es ist nun ein Rand um die Trommelhülsenöffnung 24 vorhanden,
auf den der Öldruck,
der durch Pfeile B angegeben ist, eine Kraft in der Richtung der
Kontaktfläche 8 auf
die Trommelhülse 11 ausübt. Wenn
die Trommelhülse 11 richtig
dimensioniert ist, ist es möglich, sicherzustellen,
dass die Trommelhülsen 11 unter dem
Einfluss des Öldrucks
stets auf die Kontaktfläche 8 gepresst
werden.
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Die
Kräfte,
die auf den Kolbenring 10 wirken, sind auch in 3 gezeigt.
An der Außenseite
weist der Kolbenring 10 eine konvexe Fläche auf, so dass die Abdichtung
zwischen dem Kolbenring 10 und der zylindrischen Fläche 23 in
der Ebene erzeugt wird, die senkrecht zur zylindrischen Fläche 23,
d. h., senkrecht zur Achse m liegt. Falls angebracht, kann die Fläche anstatt
rund konvex vielmehr ge wölbt sein.
Der Kolbenring 10 ist als Ergebnis der Winkel zwischen
den Achsen 1 und m nicht ringsherum einer gleichmäßigen Belastung
ausgesetzt, da der Flächenbereich,
der als Ergebnis des Öls
an der Außenseite
unter einem hohen Druck steht, bei E groß ist, wie durch Pfeile angegeben
ist, und bei D klein ist. Da der Flächenbereich, der unter Druck
steht, bei D klein ist, könnte
der Kolbenring 10 unter dem Einfluss des Drucks an der
Innenseite, der durch die Pfeile C angegeben ist, stark auf die
zylindrische Wand 23 pressen und eine hohe Reibungskraft
verursachen.
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Diese
Reibungskraft wird durch den Umstand, dass die Innenseite des Kolbenrings 10 mit
einer Schulter 25 ausgelegt ist, stark verringert. Wenn diese
Schulter 25 in der Hälfte
der Breite des Kolbenrings 10 liegt, wird die auswärts gerichtete
Kraft halbiert. Wie gezeigt ist die einwärts gerichtete Kraft bei E
größer als
die auswärts
gerichtete Kraft. Unter dem Einfluss dessen wird der Kolbenring 10 auf
dem Kolben 12 gehalten, während als Ergebnis der Verschiebung
der Trommelhülse 11 die
Abdichtung zwischen dem Kolbenring 10 und der zylindrischen
Wand 23 ringsherum bewahrt wird. Als Ergebnis des Halts übt der Kolbenring 10 eine
resultierende Kraft R auf den Kolben 12 aus, und diese
Kraft R treibt den Rotor 14 an. Es ist offensichtlich auch
möglich,
dass die Vorrichtung nicht mit Kolbenringen 10 ausgerüstet ist, doch
wird es in diesem Fall nötig
sein, Maßnahmen zu
treffen, um eine Verschmutzung, die eine Abnutzung verursachen kann,
zu vermeiden.
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Der
Hydrauliktransformator ist auf eine solche Weise ausgelegt, dass
sich die Kolben
12 an beiden Seiten des Rotors
14 abwechselnd
in den oberen Totpunkt, d. h., die Position, in der das Volumen
der Kammern
9 am kleinsten ist, bewegen, so dass es hinsichtlich
der Schwankungen im Ölfluss
und im Drehmoment, das auf den Rotor
14 wirkt, möglich ist, auf
die gesamte Anzahl der Kolben
12, d. h., im gezeigten Beispiel
achtzehn Kolben, zu zählen.
In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform, in der die Kolben
12 an
beiden Seiten des Rotors in einer Linie miteinander liegen, wird
dies durch Rotieren des oberen Totpunkts der Kolben an einer Seite
durch einen Winkel α in
Bezug auf den oberen Totpunkt an der anderen Seite erreicht. In
diesem Fall ist α gleich
dem halben Rotationswinkel zwischen zwei Kolben
12. Die
Stirnplatten
4 werden in Bezug zueinander ebenfalls durch
diesen Winkel rotiert. Dies ist in
4a gezeigt,
in der V
1 die Ebene durch die Achsen
1 und m
1 ist, und V
2 die
Ebene durch die Achsen
1 und m
2 ist.
Eine andere Ausführungsform
ist in
4b gezeigt. In diesem Fall liegen
die Achsen
1, m
1 und m
2 in
einer Ebene V und sind die Kolben
12 im Rotor
14 versetzt
angeordnet. Diese Ausführungsform
ist besonders von Interesse, wenn die Volumina der Kammern
9,
die aufeinanderfolgend ein Höchstvolumen erreichen,
durch Durchlässe
mit Ventilen gekoppelt sind, wie in den Anmeldungen
WO 0244524 und
WO 0244525 besprochen ist. In der
Ausführungsform,
die in
4b gezeigt ist, liegen die Achsen
der Kolben
12 parallel zur Achse
1, und sind die
Kolben an beiden Seiten unterschiedliche Bestandteile, die im Rotor
14 versetzt
angeordnet sind. In einer Ausführungsform,
die nicht gezeigt ist, und in der die Kolben
12 an beiden
Seiten des Rotors
14 versetzt sind und die Achsen
1,
m
1 und m
2 ebenfalls
in einer Ebene liegen, sind die Kolben
12 an beiden Seiten
aus einem Bestandteil hergestellt, der im Rotor
14 angebracht ist
und eine Achse aufweist, die mit der Achse
1 einen Winkel
bildet.
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Es
ist bevorzugt, dass die Rotation der beiden Stirnplatten 4 gekoppelt
ist, so dass nur ein Antrieb benötigt
wird. Dies wird zum Beispiel durch Rotieren der Stirnplatten 4 unter
Verwendung eines Zahnrads, das mit einer Welle gekoppelt ist, und
Koppeln der beiden Wellen mit einer homokinetischen Kupplung, so
dass die Rotation der beiden Stirnplatten genau synchron ist, erreicht.
Falls angebracht, können
die beiden Stirnplatten 4 mit ihrem eigenen Antrieb versehen
sein, so dass für
bestimmte Betriebszustände
eine hydraulische Vorbelastung erhalten werden kann.
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Der
Winkel β zwischen
den Achsen 1 und m bestimmt die Verschiebung der Vorrichtung.
In der gezeigten Ausführungsform,
mit 9 Kolben 12 an beiden Seiten, beträgt der Winkel 9 Grad. Wenn
die Anzahl der Kolben 12 zunimmt, muss dieser Winkel kleiner
sein, da andernfalls die Beschränkung
des Kolbens 12, die benötigt
wird, damit er stets von der Trommelhülse 11 fern bleibt,
zu groß wird.
In der gezeigten Ausführungsform
wurden die Berechnungen auf eine höchste Rotationsgeschwindigkeit
des Rotors 14 von 8000 Umdrehungen pro Minute basiert. Wenn
diese Geschwindigkeit größer ist,
wird ein kleinerer Winkel β benötigt, um
das Auftreten von unannehmbaren Druckspitzen zu verhindern.
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In
der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist gezeigt, dass
die Trommelplatte 7 durch die Zentrierfläche 22 zentriert
ist. Es ist auch möglich, dass
diese Zentrierung auf andere Weisen ausgelegt wird, zum Beispiel
durch Versehen der Trommelplatte 7 an ihrem Außenumfang
mit einem Pendellager, das im Gehäuse gesichert ist. Eine andere
Ausführungsform
kann umfassen, dass die Trommelplatte 7 zum Beispiel durch
Versehen der Stirnplatte 4 mit einer konischen Form in
Bezug auf letztere zentriert wird. Es ist auch möglich, dass eine Zentrierhülse im Gehäuse angeordnet
wird, um sowohl die Stirnplatte 4 als auch die Trommelplatte 7 zu
zentrieren.
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5 zeigt
eine andere Ausführungsform des
Hydrauliktransformators. In diesem Fall können die Achsen 1,
m1 und m2 des Rotors 14 und
beide Trommeln in einer einzelnen Ebene liegen, obwohl es auch möglich ist,
dass sie wie in 4a gezeigt ausgelegt sind. Die
Kammern 9 an beiden Seiten des Rotors 14 sind
durch einen Durchlass 27, der durch die Kolben 12 verläuft, miteinander
verbunden. Stirnplatten 26 und 28 sind auf eine
solche Weise ausgelegt, dass der Stirnplattenanschluss 3,
der zur Tankverbindung führt, über einen
Durchlass 29 direkt mit dem Inneren des Gehäuses verbunden
ist, wodurch dieses Innere mit der Tankverbindung verbunden ist. Die
Stirnplatten 26 und 28 sind auf eine solche Weise ausgelegt,
dass jede Stirnplatte 26 oder 28 einen der beiden
Anschlüsse
von den zwei verbleibenden Stirnplattenanschlüssen 3 aufweist und
an der Stelle des anderen Anschlusses verschlossen ist. Dies macht
es möglich,
dass die Verbindung im Gehäuse eine Öffnung zur
Stirnplatte über
einen weiten Winkel aufweist, und ermöglicht, dass die Stirnplatten
durch einen großen
Winkel rotieren, was dazu führt,
dass der Steuerbereich des Hydrauliktransformators durch eine Rotation
der Stirnplatte auf eine einfache Weise vergrößert wird. Die Rotation der
Stirnplatten 26 und 28 ist auf die oben beschriebene
Weise gekoppelt.
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In
den oben gegebenen beispielhaften Ausführungsformen wurde die Vorrichtung
als Hydrauliktransformator beschrieben. Dem Fachmann wird klar sein,
dass die Vorrichtung mit nur geringen Anpassungen wie etwa, unter
anderem, an den Stirnplatten 4 und an der Rotorwelle 2,
zur Verwendung als Pumpe oder Motor geeignet gemacht werden kann.
Beispiele dafür
sind in 13 und 14, die
später
in diesem Text besprochen werden, gezeigt.
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6 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform,
in der Kolben 12 nur an einer Seite untergebracht sind.
Ihre Gestaltung entspricht dem, was in der in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform beschrieben
wurde. Zum axialen Ausgleichen des Rotors 14 ist letzterer
an der vom Kolben entfernten Seite mit einer Stirnplatte 34 versehen.
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An
der Seite der Stirnplatte 34 ist der Rotor 14 mit
Kammern 31 versehen, die über einen Durchlass 30 mit
den Kammern 9 in Verbindung stehen. Der Flächenbereich
der Kammern 31 ist mit dem Abdichtungsflächenbereich
der Kolben 12 vergleichbar, so dass der Rotor 14 in
der axialen Richtung ausgeglichen ist.
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Die
Stirnplatte 34 kann ohne Stirnplattenanschlüsse ausgelegt
sein. In einer Ausführungsform können auch
Stirnplattenanschlüsse 33 vorhanden sein,
die mit Durchlässen
im Gehäuse
in Verbindung stehen. Dies macht es möglich, Impulse im Flüssigkeitsfluss
und im Flüssigkeitsdruck
zu verringern, da der Fluss der Flüssigkeit zu und von der Kammer 9 über zwei
Stirnplatten stattfindet.
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In
der beispielhaften Ausführungsform,
die in 6 gezeigt ist, wurde die Rotorwelle 2 zur
Außenseite
des Gehäuses
verlängert
und endet an einem Wellenende 37. Die Rotorwelle 2 ist
zu diesem Zweck mit einer Abdichtung 36 und einem Lager 35 versehen.
Diese Ausführungsform
ist besonders zur Verwendung als Pumpe oder Motor geeignet.
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In
den oben besprochenen beispielhaften Ausführungsformen sind die Winkel
zwischen den Achsen konstant und wird die Verschiebung durch Rotation
der Stirnplatten verändert.
Es ist offensichtlich, dass die Gestaltung des Rotors mit den fest
angebrachten Kolben und der Trommelplatte mit den Trommelhülsen, die
rechtwinkelig zur Achse der Trommelplatte verschoben werden können, auch
in Ausführungsformen
verwendet werden kann, in denen die Achse der Trommelplatte in Bezug
auf die Achse des Rotors schwenken kann.
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7 und 8 zeigen
eine abgewandelte Ausführungsform
der Trommelplatte 7, die das Gleiten der Trommelhülsen 11 über die
Kontaktfläche 8 vereinfacht.
Um den Widerstand während
der Gleitbewegung der Trommelhülsen 11 über die
Trommelplatte 7 zu verringern, ist es nötig, dass zwischen der Trommelhülse 11 und
der Trommelplatte 7 ein Ölfilm vorhanden ist, selbst
wenn der Rotor 14 stationär ist, so dass das Starten
der Rotation des Rotors 14 so wenig wie möglich behindert
wird. Um die Bildung eines Ölfilms
von dieser Art zu fördern,
weist die Kontaktfläche 8 eine
Krümmung
in einer Richtung auf, so dass ein linearer Kontakt zwischen den
Trommelhülsen 11 und
der Trommelplatte besteht. Zu diesem Zweck ist die Kontaktfläche 8 vorzugsweise
als ein Konus mit einem Winkel 40 von 0,3 Grad mit einer Toleranz
von ± 0,1
Grad ausgelegt. Die Trommelhülse 11 ruht
nun an einer gekrümmten
Fläche
mit einem Radius R1 am Innendurchmesser
der Trommelplatte und einem Radius R2 an
der Außenseite,
wobei R2 größer als R1 ist.
Unter dem Einfluss des Drucks in der Kammer und/oder der Rotation
des Rotors 14 wird die Trommelhülse 11 bis zu einem
gewissen Ausmaß entlang
der Kontaktfläche 8 rollen,
wobei zwischen der Trommelhülse 11 und
der Kontaktfläche 8 ein
lokaler Zwischenraum von einigen wenigen Mikron vorhanden ist. In
diesem Zwischenraum wird sich ein Ölfilm bilden, wodurch die Schmierung
sichergestellt wird.
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9 und 10 zeigen
eine Ausführungsform
der Trommelhülse 11,
wobei letztere durch spanlose Umformung hergestellt wurde. Durch
dieses Herstellungsverfahren können
die Trommelhülsen 11 genau
und zu geringen Kosten aus einem Blechmaterial hergestellt werden,
indem, unter anderem, das Blechmaterial über einen Dorn getrieben wird,
bis es die gewünschte
Form und die gewünschten
Abmessungen erreicht. In diesem Fall wird ein Innendurchmesser D1 auf eine solche Weise genau hergestellt,
dass der Durchmesser nach dem Härten der
Hülse den
gewünschten
Wert aufweist. Die Treibtätigkeit
führt zur
Bildung einer Bodenfläche 43 der Hülse, die
einen Flansch 41 aufweist. Um in einer abgedichteten Weise
an der Kontaktfläche 8 anzuliegen,
wird die Bodenfläche 43 zum
Beispiel durch Schleifen genau umgearbeitet, um eine Abdichtungsfläche 47 zu
bilden. Damit der Flansch 41 an der Hülsenhaltevorrichtung 18 anliegt,
wird er, falls angebracht, ebenfalls geschliffen, damit sich der
Flansch 41 in einer festen Entfernung 42 von der
Abdichtungsfläche 47 befindet.
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In
der Abdichtungsfläche 47 befindet
sich eine Nut 44, die über
einen Durchlass 46 mit dem Außenumfang der Trommelhülse 11 in
Verbindung steht. Dies gestattet, dass sich zwischen der Trommelhülse 11 und
der Trommelplatte 7 wie in Verbindung mit 3 besprochen
ein Ölfilm
bildet; in dieser Ausführungsform
ist der Durchmesser der Abdichtungsfläche 47 größer als
der Durchmesser der Nut 44, so dass die Trommelhülse 11 einen
größeren Flächenbereich
zum Halten aufweist und das Kippen der Trommelhülse 11 beschränkt ist.
Falls angebracht, kann in der Abdichtungsfläche 47 eine Nut 45 mit
einem kleineren Durchmesser als dem der Nut 44 angeordnet
werden. Als Ergebnis wird der Flächenbereich, über den
der abnehmende Druck zwischen der Trommelhülse 11 und der Trommelplatte 7 aktiv
ist, genau definiert.
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In
den oben besprochenen Ausführungsformen
der Trommelhülse 11 ist
die Trommelhülse 11 als
ein Bestandteil ausgelegt, der aus einem Material besteht. Falls
ange bracht, kann die Trommelhülse 11 aus
zwei Materialien bestehen, die miteinander verbunden sind, in welchem
Fall jener Teil der Trommelhülse 11,
der die Abdichtungsfläche 47 bildet,
aus einem bronzehaltigen Material besteht, um die Reibung zu verringern.
Diese Reibung ergibt sich aus der Rotation und dem Gleiten der Trommelhülse 11 in Bezug
auf die Trommelplatte 7. In diesem Fall werden die Form
der Verbindung zwischen den beiden Bestandteilen der Trommelhülse 11 und
die Elastizität
der Materialien auf eine solche Weise gewählt, dass die Verbindung unter
dem Einfluss des Flüssigkeitsdrucks,
der in der Kammer 9 vorherrscht, verschlossen ist.
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11 und 12 zeigen
alternative Ausführungsformen
der Spannvorrichtung zum Spannen der Trommelhülsen 11 gegen die
Trommelplatte 7. In der oben gezeigten Ausführungsform
sind die Trommelhülsen 11 an
der Außenseite
von der Hülsenhaltevorrichtung 18 umgeben.
Im Fall einer schnellen Rotation des Rotors 14 werden hohe
Zentrifugalkräfte
auf eine Trommelhülse 11 ausgeübt. Wenn
der Flüssigkeitsdruck
in der Kammer 9 gering ist, wird die Trommelhülse 11 nur
durch eine geringe Kraft auf die Trommelplatte 7 gepresst
und es besteht dann als Ergebnis der Zentrifugalkraft die Gefahr
der elastischen Verformung der Hülsenhaltevorrichtung 18,
die verursachen kann, dass zwischen der Trommelplatte 7 und
der Trommelhülse 11 unannehmbare
Lecks auftreten. Wenn die Trommelhülse 11 auf die in 11 und 12 gezeigte
Weise mit einer Spannhülse 48 in
der Nähe
der Trommelplatten 7 angeordnet ist, wird dieser Nachteil
vermieden. Der Innendurchmesser der Trommelhülsenöffnung 24 ist auf
eine solche Weise in der Größe bemessen,
dass die Trommelhülse 11 um
die Spannhülse 48 über die
Trommelplatte 7 gleiten kann, um dem Kolben 12 zu
folgen, wobei die Trommelhülse 11 axial
zwischen einem Kragen der Spannhülse 48 und
der Trommelplatte 7 eingeschlossen ist. 11 und 12 zeigen
zwei Beispiele der Weise, auf die die Spannhülse 48 in der Trommelplatte 7 gesichert
ist. In diesem Kontext ist es wichtig, dass die Spannhülse 48 in
Bezug auf die Trommelplatte 7 in der axialen Richtung genau
angeordnet ist. In diesem Fall wird die Spannhülse 48 vorzugsweise
im Trommelanschluss 6 gesichert. In der Ausführungsform,
die in 11 gezeigt ist, ist die Spannhülse 48 mit
elastischen Elementen ausgelegt, die hinter einem Rand im Trommelanschluss 6 festhalten.
In der Ausführungsform,
die in 12 gezeigt ist, wird die Spannhülse 48 mit
einer schweren Presspassung auf eine Schulter gepresst. Dem Fachmann
wird klar sein, dass die gleiche technische Wirkung zusätzlich zu
den Ausführungsformen
der Spannhülse 48,
die gezeigt sind, auch mit anderen Ausführungsformen erreicht werden
kann.
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13 zeigt
eine hydraulische Pumpe oder einen Motor, die bzw. der auf eine ähnliche
Weise wie der unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschriebene Hydrauliktransformator ausgelegt
ist, und die korrespondierenden Bestandteile sind mit identischen
Bezugszeichen versehen. Die Pumpe oder der Motor besteht aus einem
Gehäuse 61 und
einer Abdeckung 55. Im Gehäuse 61 und in der
Abdeckung 55 sind Lager 1 angebracht, und die
Rotorwelle 2 kann mit einer Rotationsache 1 in
den Lagern 1 rotieren. In der Abdeckung 55 ist
eine Öffnung
vorhanden, durch die ein Wellenende 51 vorspringt, um die
Welle 2 mit einem Motor oder einem Werkzeug zu koppeln.
Zwischen dem Wellenende 51 und der Abdeckung 55 ist
eine Abdichtung 53 angeordnet. Ein Rotor 14, in
dem die Kolben 12 an beiden Seiten angeordnet sind, ist
zwischen den Lagern 1 an der Welle 2 angeordnet.
Diese Kolben 12 bewegen sich, auf eine Weise, die bereits
oben besprochen wurde, in den Trommelhülsen 11, die mit den
Trommelplatten 7 gekoppelt sind. Die Trommelplatten 7 sind
mit der Rotorwelle 2 gekoppelt und rotieren damit, wobei sie
gegen die Stirnplatten 4 gehalten werden. Die Fläche zwischen
der Stirnplatte 4 und der Trommelplatte 7 liegt
in diesem Fall nicht in einem rechten Winkel zur Rotationsachse 1.
Die Stirnplatten 4 sind in der in 4a gezeigten
Weise angebracht und sind an einem untersten Punkt mit einer Sperröffnung 52 versehen,
die mit einem Stift zusammenwirkt, der im Gehäuse 61 oder in der
Abdeckung 55 angebracht ist und dadurch die Rotationsposition
der Stirnplatte 4 bestimmt.
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In
jeder Stirnplatte 4 sind zwei Stirnplattenanschlüsse angeordnet:
ein Niederdruckanschluss, der über
einen Verbindungsdurchlass 54 und eine Niederdruckleitung 59 mit
einer Niederdruckverbindung T verbunden ist, und ein Hochdruckanschluss, der über einen
Verbindungsdurchlass 54 und eine Hochdruckleitung 62 mit
einer Hochdruckverbindung P verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform sind
die Verbindungsdurchlässe 54 von
ungefähr gleicher
Länge,
bevor sie sich bei 60 treffen und in die Niederdruckleitung 59 oder
in die Hochdruckleitung 62 verlaufen. Die Kammern 9 in
den Trommelhülsen 11 an
beiden Seiten des Rotors 14 sind abwechselnd mit den zwei
konvergierenden Verbindungsdurchlässen 54 verbunden,
und daher ist es im Fall ungünstiger
Bedingungen möglich,
dass das Öl
bei 60 zu schwingen beginnen kann, was zu Druckspitzen
und übermäßigem Lärm in der
Niederdruckleitung 59 und/oder der Hochdruckleitung 62 führen kann.
Es besteht auch die Gefahr von übermäßigem Lärm, wenn
Hydrauliktransformatoren mit drei Druckleitungen verwendet werden.
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Um
diesen übermäßigen Lärm zu beschränken, befinden
sich wie in 13 gezeigte Resonanzdämpfer, falls
angebracht, in jedem Verbindungsdurchlass 54. Jeder Resonanzdämpfer umfasst
eine Kammer 57, die mit Öl gefüllt ist und durch einen Durchlass 56 mit
kleinem Querschnitt mit dem Verbindungsdurchlass 54 verbunden
ist. Die ölgefüllte Kammer 57 ist
durch einen Hohlraum in einer Abdeckung 58 gebildet, die
im Gehäuse 61 oder
in der Abdeckung 55 gesichert ist. Die Abmessungen der Kammer 57 und
des Durchlasses 56 sind auf die Frequenz der Druckimpulse,
die auftreten, und die Eigenschaften des Öls abgestimmt. Eine geeignete Wahl
dieser Parameter macht es zum Beispiel möglich, die Impulse in der Hochdruckleitung 62 in
einer Pumpe von 50 Bar auf ungefähr
1 bis 3 Bar zu verringern.
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14 zeigt
eine hydraulische Pumpe oder einen Motor, worin die Länge der
Verbindungsdurchlässe 54,
die zu den Stirnplatten 4 führen, an den beiden Seiten
des Rotors 14 unterschiedlich ist. Auf diese Weise werden
die Druckimpulse ebenfalls beschränkt, wenn auch in einem geringeren
Ausmaß. Zum
Beispiel werden die Impulse, die in der Druckleitung 62 einer
Pumpe auftreten, von 50 Bar zu Impulsen von 1 bis 3 Bar verringert.
Doch dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass der Einfluss der
Eigenschaften der Flüssigkeit
verringert ist. Falls angebracht, ist es auch möglich, dass auch die wie in 13 gezeigten
Resonanzdämpfer
in den wie in 14 gezeigten Verbindungsdurchlässen 54 verwendet
werden.
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Die
Gestaltungen zum Verringern von übermäßigem Lärm im Fall
einer Doppelhydraulikpumpe oder eines -motors können selbstverständlich auch verwendet
werden, wo es nötig
ist, die Impulse, die in einem Doppelhydrauliktransformator auftreten
können,
zu verringern.
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In
den beispielhaften Ausführungsformen der
Hydraulikvorrichtung, die oben besprochen wurden, haben die Figuren
stets eine Vorrichtung mit Trommelhülsen 11, die während der
Rotation einen elliptischen Weg beschreiben, und Kolben 12,
die einen kreisförmigen
Weg beschreiben, gezeigt. Dem Fachmann wird klar sein, dass eine
Anzahl der besprochenen Gestaltungseinzelheiten auch in anderen
bekannten Gestaltungen wie etwa Gestaltungen, in denen die Trommelhülsen zusammengesetzt
sind, um eine Trommel zu bilden, und die Kolben auf eine solche
Weise angeordnet sind, dass sie in oder auf eine Trommel geschwenkt
oder verschoben werden können,
verwendet werden kann. Andere Gestaltungen, die ebenfalls mit den
hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen kombiniert werden können, sind
mit einer veränderlichen
Verschiebung ausgelegt, die zum Beispiel erreicht wird, indem der Winkel β veränderlich
gestaltet wird.