Table Of ContentFORSCH U NGSBE RICHTE
DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEHRSMINISTERIUMS
NORD RH EIN -WESTFALEN
Herausgegeben von Staatssekretär Prof. Leo Brandt
Nr.184
Dr.-lng. E. Printz
Vollhydraulische Parallel-Kupplung für Ackerschlepper
Im Auftrage
der Firma Johann Printz, Kettwig (Ruhr)
Als Man U 5 k r i pt ge d ru c k t
WESTDEUTSCHER VERLAG / KOLN UND OPlADEN
1955
ISBN 978-3-663-03241-0 ISBN 978-3-663-04430-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04430-7
Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
G 1 i e der u n g
I. Zweck der vollhydraulischen Parallel-Kupplung • . s. 5
11. Die Pumpe als Erzeugerin des Druckmittels ••. · s. 6
111. Das Druckmittel ••• • • S. 10
IV. Hochdruckschläuche S. 11
.
.
V. Steuerung •••• • S. 11
VI. Druckzylinder • • • • • S. 15
VII. Verwendbarkeit der Vollhydraulik für verschiedene
. . . .
Zwecke · S. 16
VIII. Zusammenfassung • s. 19
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Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
I. Zweck der vollhydraulischen Parallel-Kupplung
Der Zweck der vollhydraulischen Parallel-Kupplung besteht darin, daß ein
besonders gut geeignetes und kinematisch denkbar gut entwickeltes Mittel
vorhanden ist, um irgendwelche landwirtschaftlichen Geräte an landwirt
schaftliche Zugmaschinen so zu koppeln, daß wirkungsgradmäßig der höchste
Effekt erzielt wird. Die einfachste Methode, um ein landwirtschaftliches
Arbeitsgerät an eine Zugmaschine zu koppeln, besteht d~rin, daß an die
Anhängeschiene der Zugmaschine das betreffende Gerät angehängt wird, wo
bei dann Voraussetzung ist, daß durchweg das betreffende landwirtschaft
liche Arbeitsgerät auf Rädern läuft. Es ergeben sich bei dieser Anhän
gungsart dieselben Verhältnisse wie bei der Anhängung z.B. eines vier
rädrigen Wagens an die Zugklaue irgendeiner Zugmaschine. Selbstverständ
lich kann hierbei eine Zugwirkung als solche auf den Wagen ausgeübt wer
den, aber hinsichtlich der irgendwie gearteten Beeinflussung auf den Wa
gen von der Zugmaschine aus, und hinsichtlich des wirkungsgradmäßigen
Nutzeffektes ist es bei einer derartigen Anhängung schlecht bestellt.
Man kann nämlich wegen der losen und nur aus einem Gelenk bestehenden
Verbindung zwischen Zugmaschine und Wagen praktisch keinen vertikalen
oder horizontalen Druck auf den Wagen ausüben. Dieses ist aber gerade
bei landwirtschaftlichen Geräten sehr wichtig. Weiterhin ist es so, daß
immer nur so viel Zugkraft übertragen werden kann, wie es die Beziehung
zwischen PS-Leistung des Antriebsmotors und Adhäsion der Triebräder auf
den Boden zuläßt.
Die in der vollhydraulischen Parallel-Kupplung eingebaute Hydraulik soll
besonders für landwirtschaftliche Zwecke in der Hauptsache folgende
Zwecke erfüllen:
1. Möglichst einfache Konstruktion, die bei eventuellen Reparaturen
die anfallenden Kosten möglichst gering hält.
2. Leichte Lösungsmöglichkeit vom Schlepper, damit bei anfallenden
Reparaturen an der Hydraulik keine umfangreichen Demontagen nötig sind.
3. Das verwandte Druckmittel soll einfach und möglichst leicht be
schaffbar sein.
4. Die von der Hydraulik erzeugten Kräfte sollen so hoch wie möglich
sein, um bei der Arbeit in der Praxis eine höchstmögliche Reserve bzw.
Sicherheit zu besitzen. Die von der Hydraulik ausgeübten Kräfte sollen
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für den Hub nach oben und für den Druck nach unten bei den Geräten
verwendbar sein.
5. Nach Möglichkeit soll der hydraulische Druck stufenlos eingesetzt
werden können, das heißt, daß stufenlos jeder Druck zwischen 0 kg bis
zur höchstmöglichen Kraft leicht einstellbar und erreichbar ist.
11. Die Pumpe als Erzeugerin des Druckmittels
Als Erzeugerin des Druckmittels wurde eine Zahnradpumpe gewählt. Die zu
erst verwandte Zahnradpumpe hatte einen Antrieb derart, daß die Achse
des angetriebenen Zahnrades in Abbildung 1 (Prospekt Nr. 80 vom 1.6.1950)
aus der Pumpe herausgeführt und mittels einer flexiblen Kupplung mit der
Zapfwelle des Schleppers gebunden wurde. Diese Art der Verbindung hat
sich jedoch nicht voll bewährt, da eine völlig exakt arbeitende flexible
Kupplung zu teuer gewesen wäre, und die im Bereich der vertretbaren Kal
kulation liegende flexible Kupplung doch auf die Dauer keine genügende
Lebensfähigkeit bewiesen hatte.
Daraufhin wurde in längeren Versuchsarbeiten zwischen den Jahren 1950
und 1953 eine Pumpe entwickelt, bei der die Zapfwelle des Schleppers
direkt in das antreibende Zahnrad der Pumpe auf Abbildung 2 (Prospekt
Nr. 275 vom 1.2.1955) gesteckt wurde. Hierdurch ergeben sich zwei über
aus große Vorteile, nämlich:
1. Die Verbindung zwischen der antreibenden Zapfwelle und der Zahnrad
pumpe war direkt ohne flexible Kupplung möglich.
2. Der Anbau der Pumpe am Schlepper konnte näher erfolgen. Gerade für
Anbaugeräte ist dieser Punkt vorteilhaft.
Es ergaben sich während der Jahre 1950 - 1953 mehrere Abdichtungsschwie
rigkeiten zwischen dem angetriebenen Zahnrad und der Pumpe, die daher
rührten, daß der abzudichtende Außendurchmesser (45 mm) des angetriebe
nen Zahnrades bei einer Normdrehzahl der Zapfwelle von 530 je Minute sehr
hohe Anforderungen an die Abdichtung stellten. Zu Anfang wurde diese Ab
dichtung dadurch erreicht, daß 2 Buna-Simmerringe eingesetzt wurden. Da
aber bei der Pumpe Drücke bis zu 120 Atü auftraten, waren diese Buna
Simmerringe nicht immer stark genug und platzten zuweilen weg.
Anschließend hieran wurde statt der 2 Buna-Simmeringe ein einziger Leder
Simmerring eingesetzt, und zwar aus der Überlegung heraus, daß die Lippen
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eines Leder-Simmerringes auf jeden Fall stark genug waren, um einen Druck
von 120 Atü der Pumpe auszuhalten. Diese Überlegung war aber insofern ein
Trugschluß, als der Leder-Simmerring wohl den Druck aushielt, aber nur
während des Druckes selbst. Bei stehender Pumpe konnten nämlich die Lip
pen des Leder-Simmerringes durch die Druckfeder des Simmerringes nicht so
auf der Welle aufgepreßt werden, daß kein Öl entweichen konnte. Bei ruhen
der Pumpe stellte sich heraus, daß das Öl herallstropfte.
Daraufhin wurde von uns ein Abschlußdeckel entwickelt, der dreierlei
Dichtungsmittel enthielt:
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1. Ein Leder-Simmerring, um den ersten Hauptdruck abzuführen.
2. Ein dünnlippiger Buna-Simmerring, der außen angebracht war und die
letzte Abdichtung übernahm.
3. Ein Filzring zur Staubabdichtung.
Zwischen Buna-Simmerring und Leder-Simmerring ist eine Saugleitung zum
Innern der Pumpe angebracht, die das von dem Leder-Simmerring nicht zurück
gehaltene Öl wieder in den normalen Ölstrom zurücksaugt. Wegen dieser
Saugwirkung mußte der unter 3 erwähnte Filzdichtungsring nach außen noch
angebracht werden, da sonst Staub und dergleichen von der Pumpe nach innen
gesaugt worden wäre.
Bei den ersten Zahnradpumpen wurden die Wellen der Zahnräder an der Ober
fläche nicht gehärtet. Dieses hat sich als nachteilig herausgestellt, da
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wegen des verhältnismäßig hohen Außendurchmessers (45 mm) der Zahnrad
wellen die Beanspruchung der Lagerstellen hoch war und in dem nicht ge
härteten Wellenmaterial Riefen von den Simmerringlippen entstanden. Sämt
liche vier Zahnradwellen der Pumpe wurden daraufhin immer gehärtet. Es
laufen Zeit noch Untersuchungen darüber, ob diese Zahnradwellen nicht
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besser durch Flammhärtung an der Oberfläche zu härten sind.
Die Lagerung der Zahnradwellen selbst ist mehrfach geändert worden. Im
nachstehenden wird nicht mehr von der zu Anfang des Jahres 1950 verwand
ten Pumpenausführung gesprochen, sondern von der später laufend verwand
ten Pumpenausführung mit innen durchbohrter treibender Zahnradwelle. Die
Lagerungen waren wie folgt:
1. 3 Y2 mm dickes Gleitbronzelager. Diese Lagerdicke hat sich als zu dünn
erwiesen, da häufig, besonders bei starker Beanspruchung Brüche an den
Lagerbüchsen auftraten.
2. Es wurden auf Empfehlung einer Spezialfabrik Gleitlagerbüchsen aus
Sintereisen eingebaut. Diese Büchsen haben sehr leicht zum Fressen ge
neigt, und es waren eine Anzahl von Ausfällen zu verzeichnen. Anderer
%
seits war hierbei festzustellen, daß nur etwa 2 - 3 sämtlicher so aus
gerüsteter Pumpen ausgefallen waren. Diese Ausfallprozente überschreiten
%
eigentlich nicht sehr stark die normalerweise mit etwa 1 - 2 veran
schlagten Ausfallprozente. Es wird noch zur Zeit von uns untersucht, ob
nicht doch in Zukunft wieder die Sintereisenbüchsen von etwa 7 mm ein
gesetzt werden sollen, da diese Sintereisenbüchsen verhältnismäßig preis
wert sind und wegen ihres ölspeichernden Charakters gut sind.
3. Es wurden Bronzebüchsen mit 7 mm stärke eingesetzt, die sich bis jetzt
gut bewährt haben.
4. Seit 1 Y2 Jahren werden Pumpen ohne Lagerbüchsen ausgeliefert. Diese
Pumpen sind wegen der fehlenden Lagerbüchsen erheblich preiswerter und
es hat sich bis jetzt gezeigt, daß wegen der fehlenden Lagerbüchsen kei
ne irgendwie nennenswerten Ausfälle zu verzeichnen waren. Die gehärteten
Zahnradwellen laufen unmittelbar in den feingebohrten Öffnungen der Zahn
radpumpe. Während aber bei Bronzebüchsen ohne weiteres ein Lagerspiel von
2/100 mm und 2,5/100 mm wegen der relativ guten Laufeigenschaften möglich
ist, und dadurch eine besondere Innendichtigkeit der Pumpe erreichbar
ist, kann bei büchsenlosen Pumpen nach den jetzigen Erfahrungen ein
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geringeres Lagerspiel als 5/100 mm nicht erreicht werden. Es wird noch
zur Zeit von uns daran gearbeitet, dieses Lagerspiel zu verringern, eben
deswegen, weil dann die innere Dichtigkeit der Pumpe und der erreichbare
Öldruck höher sind. Aber es müssen in diesem Falle Ölnuten an der trei
benden Welle angebracht werden. Die Ölnuten sind zweckmäßigerweise so
zu plazieren, daß der durch das Vorhandensein der Ölnuten erhöhte spe
zifische Lagerdruck dadurch kompensiert wird, daß der Öldruck X Ölnuten
fläche entgegen dem Lagerdruck wirkt.
111. Das Druckmittel
Als Druckmittel stand von vornherein Öl fest. Aus Gründen der Preiswürdig
keit, die bei der verhältnismäßig schlechten finanziellen Situation der
deutschen Landwirtschaft besonders beachtet werden muß, wurde zunächst
ein gutes Mineralöl ausgewählt, welches normalerweise im Maschinenbau
für Schmierzwecke allgemeiner Art benutzt wird. Es stellte sich jedoch
heraus, daß derartige Öle schon bei Temperaturen zwischen 50 und 800 zu
dünnflüssig wurden, und daher bei den zwangsläufig zum Schlupf neigenden
Zahnradpumpen den gewünschten Öldruck nicht mehr genügend weitergaben.
Daraufhin wurden Mineralöle besserer Qualität verwandt, aber die zu große
Neigung derartiger Öle, bei etwas erhöhten Temperaturen dünnflüssig zu
werden, ließen auch derartige Öle als ungeeignet erscheinen.
Daraufhin wurden eine Reihe von sogenannten Automobil-Motoren-Winterölen
versucht, und zwar aus der Überlegung heraus, daß bei höheren Temperatu
ren Automobil-Motoren-Winteröle privilegiert sind. Hierbei konnten ohne
weiteres die von der Ölindustrie gemachten Erfahrungen bezüglich der
Einhaltung höherer Viskositäten bei höheren Temperaturen nutzbringend
verwertet werden. Damit auch bei dem Startbetrieb mit der Pumpe eine
genügend geringe Viskosität vorhanden war, wurden dann einheitlich Auto
mobil-Motoren-Winteröle des Typs SAE 20 verwandt. Derartige Öle haben
nebenbei den Vorzug, daß sie seitens der Landwirtschaft überall greifbar
sind und durchweg von den Schlepperbesitzern auch als Motorenöle für
Schlepper auf Vorrat gehalten werden.
Wir haben mit einigen Firmen der Ölindustrie Verbindung aufgenommen, um
zu erreichen, daß dem Öl sogenannte Anti-Schaummittel zugesetzt werden.
Es stellte sich nämlich bei dem Betrieb der Zahnradpumpen heraus, daß
wegen der über die Simmerringe angesaugten Luft oft eine Schaumbildung
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im Öl festzustellen war. Soweit wir bis jetzt feststellen konnten, haben
jedoch die Anti-Schaumzusätze keine durchschlagende Wirkung. Diese Frage
wird von uns noch weiter verfolgt. Bei der Verbindung derartiger Öle mit
Anti-Schaumzusätzen muß allerdings auch die Tatsache mitsprechen, daß
derartige Öle nicht an sämtlichen Tankstellen, etc. erreichbar sind, son
dern immer direkt von uns, bzw. von der jeweiligen Ölfirma bezogen werden
müssen.
Ein großer Vorteil bei Zahnradpumpen besteht darin, nach geringerem oder
stärkerem Verschleiß der Lagerstellen und Zahnräder Öle mit entsprechend
höheren Viskositäten zu verwenden, um hierdurch das Druckmittel, also
das Öl wieder in den Stand zu bringen, genügend hohen Druck weitergeben
zu können.
IV. Hochdruckschläuche
Es wurden von Anfang an Hochdruckschläuche mit einer Widerstandskraft
von 150 Atü und bei einem Platzdruck von 230 Atü verwandt. Diese Sicher
heit erschien ausreichend bei einem Höchstdruck der Pumpe von 120 -
130 Atü. Versuche mit Hochdruckschläuchen, die mit Metallgespinst umspon
nen waren, und so vermittels der Metallumspinnung dem Schlauch eine be
sonders hohe Platzfestigkeit gaben, sind negativ verlaufen. Da die Hoch
druckschläuche zwischen der vollhydraulischen Parallel-Kupplung und dem
Schlepperhinterteil freihängend angebracht waren, konnte das Metallge
spinst sehr leicht mit durchgescheuert werden und die angespitzten Ein
zeldrähte des Metallgespinstes waren leicht in der Lage, den Gummikörper
zu durchstoßen, und so den gesamten Schlauch defekt zu machen. Hochdruck
schläuche mit einer äußeren Gummischicht, bzw. Bunaschicht haben sich
als ungeeignet herausgestellt, da diese Gummischicht zu weich und zu
wenig abriebfest wa .• Als beste Schläuche haben sich hierbei die Hochdruck
schläuche mit außen liegender Textilfaser herausgestellt.
V. Steuerung
Der Schwerpunkt bei der gesamten Konstruktion der vollhydraulischen
Parallel-Kupplung liegt in der überaus einfachen Steuerung für das Heben
und das Drücken der Geräte, wobei gleichzeitig diese Steuerung als Sicher
heitsventil funktioniert. Das Prinzip der Steuerung ist in der Abbildung 3
angegeben.
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