DE1198750B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. a.:

F 03 c

DeutscheKl.: 88b-2

Nummer: 1 198 750

Aktenzeichen: C149471 c/88 b

Anmeldetag: 5. Juni 1957

Auslegetag: 12. August 1965

4c 4spz

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine für Flüssigkeiten, die an einer Hauptwelle Leistung aufnimmt oder abgibt und somit als Motor, Pumpe, in Steuergeräten u. dgl. Verwendung finden kann, insbesondere als Flüssigkeitsmotor dienen soll, und geht dabei aus von einer Drehkolbenmaschine mit einem außenverzahnten Innenzahnrad und einem dieses umschließenden, einen Zahn mehr aufweisenden, zur Hauptwelle zentrischen, innenverzahnten, als Gehäuseteil dienenden Zahnring, zwischen dessen und des Innenzahnrades Zähnen und Stirnwänden von Gehäuseseitenteilen Verdrängerzellen gebildet sind, die über Kanäle im Gehäuse und über einen mit der Drehzahl der Hauptwelle mitrotierenden, zu dieser koaxialen zylindrischen Drehschieber mit der Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssigkeit abwechselnd verbunden werden, wobei die Kanäle von ... jedem Zahnfuß des Zahnringes zu einer Lagerbohrung in einem der genannten Gehäuseseitenteile, in welchen dieser Drehschieber gelagert ist, führen.

Bei einer bekannten Drehkolbenmaschine dieser Art ist jedoch das Innenzahnrad auf einer mit der Hauptwelle einerseits und dem Drehschieber andererseits starr verbundenen Kurbel gelagert. Dementsprechend rotieren Hauptwelle und Drehschieber verhältnismäßig schnell, nämlich mit der Drehzahl des Schwerpunktes des Innenzahnrades um die Mittelachse. Erst bei einer vollen Umdrehung der Hauptwelle bzw. Kurbelwelle hat das Innenzahnrad jede mögliche Stellung zum Zahnring einmal durchlaufen. Die Arbeitsflüssigkeit kann axial in einen zentrischen Hohlraum des Drehschiebers einströmen und von dort aus radial durch eine Öffnung im Drehschieber in einen zu einem Zahnfuß führenden Verbindungskanal übertreten. Eine in die Drehschieberumfangsfläche eingearbeitete Ringnut und eine oder mindestens eine Längsnut dienen vermutlich als Teile des Abflußweges für die Arbeitsflüssigkeit. Näheres über die Anzahl und Anordnung der Längsnut oder -nuten, über die Gestaltung weiterer Teile des Abflußweges sowie über die Anzahl von radialen Kanälen für die Zuflußarbeitsflüssigkeit gehen aus der Darstellung und Erläuterung der bekannten Maschine nicht hervor. Das Innenzahnrad dieser Maschine hat nur zwei Zähne, sein Querschnitt ist als Bogenzweieck ausgebildet, der Zahnring hat drei Zähne, wobei seine Innenquerschnittskontur einem Dreieck mit abgerundeten Ecken gleicht.

Es ist aber auch bekannt, daß bei einer nach dem vorerwähnten Grundprinzip konstruierten Zahnradmaschine das Innenzahnrad z. B. fünf und mehr Zähne aufweisen kann. Bei einer bekannten Zahn-Drehkolbenmaschine für Flüssigkeiten

Anmelder:

Germane Corporation, Minneapolis, Minn.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Schwan, Patentanwalt,
München 8, Goerzer Str. 15

Als Erfinder benannt:
Lynn Leslie Charlson, Minneapolis, Minn.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. Juni 1956 (590 314) -20

radmaschine mit sechs Zähnen am ortsfesten Zahnring und fünf Zähnen am Innenrad, welches ebenfalls nach Art eines Kurbeltriebes von der Hauptwelle aus angetrieben wird, ist an einer Stirnseite der Zahnräder ein Einlaßraum und an der anderen Stirnseite ein Auslaßraum angeordnet. In mitrotierenden Seitenscheiben, die im übrigen die Verdrängerzellen seitlich abschließen, ist je eine axiale öffnung vorgesehen, durch die das Arbeitsmedium den sich vergrößernden und verkleinernden Verdrängerzellen zu- und abgeleitet wird.
Bei einer anderen bekannten Maschine dieser Art mit dreizehn Zähnen am Innenzahnrad dient ein verdickter Teil der als Exzenterwelle ausgebildeten Antriebswelle, welche das Innenzahnrad antreibt, als rotierender Steuerzapfen. Dieser ist mit zwei Längskanälen und zwei damit verbundenen nicht ganz halbkreisförmigen Umfangsbogennuten, welche als Steueröffnungen dienen, versehen. Ein mitrotierender, mit dem Innenzahnrad fest verbundener, die Verdrängerzellen nach einer Seite abschließender Seitendeckel enthält der Zähnezahl des Innenzahnrades entsprechend Verbindungskanäle, die von den Lücken zwischen den Zähnen des Innenzahnrades zu den Steueröffnungen am Steuerzapfen führen und mit diesen so in Verbindung treten, daß immer, im groben gesehen, die eine Hälfte der Verdrängerzellen auf einer Umfangsseite des Innenzahnrades mit der Saugseite und die andere Hälfte der Verdrängerzellen auf der anderen Umfangsseite mit der Druck-

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seite verbunden ist, wie dies bei dieser Ausführungsform einer Zahnradmaschine erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine zu schaffen, die im Motorbetrieb schon bei kleiner Betriebsdrehzahl ein relativ hohes Ausgangsdrehmoment abgibt bzw. umgekehrt beim Pumpenbetrieb auch bei kleiner Antriebsdrehzahl eine relativ große Flüssigkeitsmenge liefert. Ferner soll sich der Drehschieber der Drehkolbenmaschine langsamer als bei bekannten Maschinen dieser Art drehen.

Zur Lösung der geschilderten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einer Drehkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art das Innenzahnrad mit der Hauptwelle in an sich bekannter Weise durch eine verschwenkbare Welle, insbesondere Gelenkwelle, drehfest verbunden ist, so daß der Schwerpunkt des Innenzahnrades mit einem der Zähnezahl desselben entsprechenden Vielfachen der Drehzahl der Hauptwelle um die Drehachse des Zahnringes sich bewegt, daß ferner der Drehschieber vom Innenzahnrad durch eine Antriebsverbindung synchron in der Drehbewegung mitgenommen wird und auf seinem Umfang im Bereich der Ausmündungsstellen der zu den Zahnfüßen des Zahnringes führenden Kanäle mit einer der doppelten Zähnezahl des Innenzahnrades entsprechenden Anzahl von Kanälen, insbesondere Längsnuten, versehen ist, von denen in abwechselnder Folge die einen mit dem Druck- und die anderen mit dem Niederdruckanschluß bzw. mit der Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssigkeit verbunden sind, so daß bei einer Relativdrehung um eine Zahnteilung des Innenzahnrades zwischen diesem und dem Zahnring ein vollständiger Steuerzyklus durchlaufen wird.

Bei dieser Konstruktion drehen sich die Hauptwelle und der Drehschieber nur mit einem Bruchteil der Anzahl der Umlaufbewegungen des Schwerpunktes des Innenzahnrades um die Mittelachse. Dementsprechend ist auch bei kleiner Drehzahl dieser Hauptwelle ein großes Drehmoment im Motorbetrieb bzw. eine große Flüssigkeitsförderung im Pumpenbetrieb gegeben. Beispielsweise hat ein Motor dieser Art ein recht hohes Anlaufdrehmoment, das nahezu gleich dem Betriebsdrehmoment ist. Auch kann ein solcher Motor mit Vorteil dort verwendet werden, wo nur geringe Drehzahlen benötigt werden, z. B. bei Steuergeräten, wie Lenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge. Bei alledem ist die Drehkolbenmaschine klein, billig und besitzt nur wenig bewegliche Teile.

Bei den vorher erwähnten bekannten Maschinen mit Kurbelantrieb des Innenzahnrades folgen die Drehschieber der Drehzahl des Schwerpunktes des Innenzahnrades, so daß sich für jeden vollständigen Steuerzyklus der Verdrängerzellen der Drehschieber einmal gedreht hat. Gerade dies ist beim Erfindungsgegenstand nicht der Fall; vielmehr dreht sich der Drehschieber nur mit einem Bruchteil der Drehzahl des Schwerpunktes des Innenzahnrades um die Mittelachse.

Beim Erfindungsgegenstand hat daher der Drehschieber auch nur einen Bruchteil der Winkelgeschwindigkeit, mit der der Zyklus in den Verdrängerzellen durchlaufen wird. Trotzdem sorgt der Drehschieber im Zusammenwirken mit den zu den Zahnfüßen führenden Verbindungskanälen dafür, daß jeweils die Verbindungskanäle auf der, grob gesehen,

einen Umfangshälfte (und damit die sich augenblicklich vergrößernden Verdrängerzellen) an die Druckseite und die Verbindüngskanäle auf der anderen Umfangshälfte (und damit die sich augenblicklich verkleinernden Verdrängerzellen) an die Niederdruckseite der Maschine angeschlossen sind und diese Anschlußverteilung mit der Winkelgeschwindigkeit des Schwerpunktes des Innenzahnrades um die Mittelachse umläuft. Diese Arbeitsweise ergibt sich daraus, daß durch die Kanäle, z. B. Längsnuten, im Drehschieber eine ständig abwechselnde Verbindung jedes Zahnfußes des Zahnringes einmal mit der Druckseite, darauf mit der Niederdruckseite, dann wieder mit der Druckseite usw. hergestellt wird. Dies wirkt sich aber infolge der der Zähnezahl des Innenzahnrades entsprechenden Anzahl der Druckverbindungskanäle und der gleichen Anzahl der Niederdruckverbindungskanäle im Drehschieber bei der Eigenart des einem Vielfachen der Drehzahl des Drehschiebers entsprechenden Umlaufes des Schwerpunktes des Innenzahnrades so aus, daß alle Verdrängerzellen in der richtigen Weise mit der Druckseite bzw. der Niederdruckseite der Maschine verbunden sind.

Es ist an sich auch eine Drehkolbenmaschine mit einem Zahnring, der drei Zähne aufweist und in dem ein Innenrotor mit Bogenzweieckquerschnitt umläuft, welcher von der Hauptwelle über eine Gelenkwelle angetrieben wird, bekannt. Wenn sich die Hauptwelle einmal gedreht hat, hat der Schwerpunkt des Innenrotors zweimal seine Umlaufbahn beschrieben. Hier ist der Innenrotor selbst zugleich als Steuerschieber ausgebildet, indem er an einer oder beiden Stirnseiten Steuerkanäle in Form von bogenförmigen Nuten aufweist, durch die der Zu- und Abfluß des Arbeitsmediums zu und von den Verdrängerzellen gesteuert wird. Eine biegsame Welle zur Verbindung der Hauptwelle mit dem Rotor ist schon bei einer Schneckenpumpe nach Art der Moineau-Pumpen bekannt, bei welcher in einem als Hohlschnecke ausgebildeten Stator ein Schneckenrotor, der einen Gewindegang weniger aufweist als der Stator, eine rotierende und in radialen Einrichtungen oszillierende Bewegung beschreibt. Eine solche Pumpe kann aus einer Zahnradmaschine mit einem Innenzahnrad in einem Zahnring entwickelt werden, indem der Querschnitt von Rotor und Zahnring der letzteren über eine bestimmte Länge schraubenförmig verdreht wird. Die Schneckenpumpe fördert in axialer Richtung. Ein Steuerschieber an einer Rotorseite ist nicht vorgesehen.

Eine Drehschieberanordnung mit am Umfang ausmündenden Kanälen, von denen in abwechselnder Folge die einen mit dem Druck- und die anderen mit dem Niederdruckanschluß verbunden sind, ist an sich schon bei einem Radialkolben-Flüssigkeitsmotor bekannt. Bei diesem rotiert ein Zylinderstern mit beispielsweise sieben radialen Zylindern als rotierendes Gehäuse um einen zentrischen feststehenden Steuerzapfen. Infolge einer den Zylinderstern umgebenden Nockenbahn, welche aus acht Nockenkurven zusammengesetzt ist, führt jeder der sieben Kolben in den Zylindern während einer Umdrehung des Zylindersterns acht Arbeits- und acht Ausstoßhübe aus. Von den sieben Zylindern mündet je ein radialer Kanal im Zylinderstern nach innen in die Wand der Bohrung aus, welche den Steuerzapfen umgibt. Dieser enthält sechzehn Längskanäle, von

denen abwechselnd einer mit der Druck- und der andere mit der Niederdruckseite verbunden ist und von denen kurze Radialbohrungen zur Umfangsfläche des Steuerzapfens führen. Dadurch kommt jeder Radialkanal des Zylindersterns abwechselnd mit jedem Druck- und jedem Niederdruckkanal des Steuerzapfens in Verbindung.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Zabnring und die Gehäuseseitenteile feststehend angeordnet. Zur Verbindung des Innenzahnrades mit der Hauptwelle wird am besten eine Gelenkwelle verwendet, die an ihrem inneren Ende einen kugelabschnittförmigen Kopf aufweist, welcher mit bogenförmigen Zähnen versehen ist, mit denen er nach Art einer Keilwellenverbindung in in einer Mittelbohrung des Innenzahnrades angebrachte parallele Längsnuten eingreift.

In vielen Fällen, insbesondere bei der Verwendung der Drehkolbenmaschine in einem Steuergerät, beispielsweise als Kraftverstärker einer Fahrzeuglenkung, ist es zweckmäßig, zusätzlich zu der Gelenkwelle zwischen Innenzahnrad und Hauptwelle eine Hilfsgelenkwelle als Antriebsverbindung zwischen Innenzahnrad und Drehschieber vorzusehen.

Außerdem ist es zur Verkürzung der Gesamtanordnung vorteilhaft, wenn die als Antriebsverbindung des Drehschiebers mit dem Innenzahnrad dienende Gelenkwelle sich durch das Innere des rohrförmig ausgebildeten Drehschiebers erstreckt und an dem dem Innenzahnrad abgewandten Endes des Drehschiebers mit diesem verbunden ist.

Wenn die erfindungsgemäße Maschine in einem Steuergerät, beispielsweise als Kraftverstärker einer Fahrzeuglenkung, verwendet wird, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den rohrförmigen Drehschieber mit einer Handhabe, z. B. einem Steuerrad, zu versehen und so mit der Hilfsgelenkwelle zu verbinden, daß eine beschränkte Relativdrehbewegung des Drehschiebers gegenüber der Hilfsgelenkwelle und damit dem Innenzahnrad möglich ist. Des weiteren kann der rohrförmige Drehschieber so mit der Hilfsgelenkwelle verbunden sein, daß eine beschränkte axiale Verschiebbarkeit des Drehschiebers gegenüber dem Innenzahnrad möglich ist, wobei in der einen axialen Endlage des Drehschiebers, seiner Ruhestellung, ein Kurzschlußweg eröffnet ist, der die Zu- und Abflußleitungen für die Arbeitsflüssigkeit direkt miteinander verbindet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich noch aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel, und zwar einer Hilfskraft-Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, die die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine als Motor verwendet, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels, wobei einige Teile weggebrochen, geschnitten oder schematisch dargestellt sind,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Motor mit dem Drehschieber in neutraler Stellung,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2, wobei jedoch ein Teil des Drehschiebers in Ansicht gezeigt ist,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2,

F i g. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2,

F i g. 6 eine Einzelheit im Teilquerschnitt entlang der Linie 6-6 in F i g. 2,

F i g. 7 einen Längsschnitt entsprechend F i g. 2, jedoch mit einigen Teilen in anderer Stellung,

F i g. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 7,

F i g. 9 einen Querschnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 7,

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 in Fig. 7, wobei einige Teile weggebrochen sind,
Fig. 11 einen Teilquerschnitt entlang der Linie

ίο 11-11 in F i g. 7 und

Fig. 12 einen Teilquerschnitt entlang der Linie 12-12 in Fig..7.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 1 aus einem einen Zahnring bildenden Mittelteil 2 und Seitenteilen 3 und 4. Im Seitenteil 3 lagert ein Drehschieber 44 und im Seitenteil 4 eine Hauptwelle 5. Die Gehäuseteile 2, 3 und 4 sind durch über den Umfang verteilte Schrauben 6 fest miteinander verbunden, die durch Bohrungen 7 und 8 im Mittelteil 2 bzw. Seitenteil 4 hindurchgehen und in das Seitenteil 3 eingeschraubt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dienen die Schrauben 6 außerdem zur Befestigung des Gehäuses 1 an einer geeigneten Wandung oder einem Rahmenteil 9 eines Kraftfahrzeuges, wie eines Traktors od. dgl. Die Hauptwelle 5, die außen in einem Ausleger 13 gehalten ist, kann beispielsweise über Kegelräder 11 und 12 eine Abtriebsvvelle 10 antreiben, was hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt wird, aber nicht zur Erfindung gehört.

DerZahnring 2 weist nach innen gerichtete Zähne 14 auf. Diese bilden zusammen mit den angrenzenden Stirnwänden 15 und 16 der Gehäuseseitenteile 3 und 4 sowie den nach außen gerichteten Zähnen 19 eines Innenzahnrades 18 Verdrängerzellen 17. Das Innenzahnrad 18 weist einen Zahn 19 weniger als der Zahnring 2 auf, nämlich sechs Zähne gegenüber sieben Zähnen 14 am Zahnring 2. Da der Zahnring 2 feststeht, muß der Schwerpunkt des Innenzahnrades 18 wegen seiner exzentrischen Lage innerhalb des Zahnringes 2 in einer bestimmten Umlaufbahn um die Achse dieses Zahnringes 2 wandern; mit anderen Worten: das Innenzahnrad 18 führt eine zykloidisohe Bewegung innerhalb des Zahnringes 2 aus.

Wenn der Schwerpunkt des Innenzahnrades 18 auf seiner Umlaufbahn in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (gemäß F i g. 5 und 9) umläuft, wird dem Zahnrad 18 selbst eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn gemäß den gleichen Figuren erteilt. Bei dem Zähneverhältnis von 7 : 6 macht das Innenzahnrad 18 bei jedem vollen 360°-Umlauf seines Schwerpunktes eine Sechstelumdrehung um seine eigene Achse.

Das Innenzahnrad 18 ist mit einer durchlaufenden, mit Nuten 20 a versehenen Axialbohrung 20 ausgerüstet, die den Kopf 21 einer Gelenkwelle 22 aufnimmt, deren anderes Ende durch einen Kugelkopf 23 gebildet wird. Dieser Kugelkopf 23 ist mit einer Queröffnung 24 versehen, durch die ein Stift 25 geführt ist, dessen beide Enden in entsprechenden Ausnehmungen der in diesem Bereich rohrförmigen Hauptwelle 5 gelagert sind. Der Kopf 21 ist mit Zähnen 26 versehen, die in die Nuten 20 a der Bohrung 20 eingreifen. Die Zähne 26 sind hierbei in der Längsrichtung bogenförmig gestaltet, um eine Kippoder Schwenkbewegung der Gelenkwelle 22 in bezug auf die Achse des Innenrades 18 zu ermöglichen. Die Queröffnung 24 ist so gestaltet, daß sie eine begrenzte

allseitige Schwenbewegung der Gelenkwelle 22 gegenüber der Hauptwelle 5 zuläßt, während aber der Stift 25 die Drehbewegung der Gelenkwelle 22, die dieser vom Innenrad 18 erteilt wird, auf die Hauptwelle 5 überträgt. Der Kopf 21 der Gelenkwelle 22 weist eine geringere axiale Länge als die Axialbohrung 20 des Innenrades 18 auf. Eine ringförmige Stirnfläche 27 des Kopfes 21 liegt an der benachbarten Stirnwand 16 des Seitenteils 4 an, wodurch eine axiale Bewegung der Gelenkwelle 22 und der Hauptwelle 5 gegenüber dem Seitenteil 4 nach außen verhindert wird.

Das Gehäuseseitenteil 3 ist mit einer Lagerbohrung 28 versehen, in deren Umfang ein Paar in axialem Abstand angeordneter ringförmiger Kanäle in Form von Ringnuten 29 und 30 verläuft. An ihrem inneren Ende ist die Lagerbohrung 28 eingesenkt und nimmt dort eine ringförmige Druckscheibe 31 auf, deren Zweck später erläutert wird. Das Seitenteil 3 ist ferner mit einem Einlaßkanal 32 und einem Auslaßkanal 33 ausgestattet. Der Einlaßkanal 32 ist mit einer Pumpe 34 über eine Leitung 35 und einen normalen Anschlußstutzen 36, der in das Seitenteil 3 eingeschraubt wird, verbunden. Der Aus-Iaßkanal 33 steht mit einem Flüssigkeitsreservoir 37 über eine Leitung 38 und einen normalen Anschlußstutzen 39 in Verbindung, der ebenfalls in das Gehäuseseitenteil 3 eingeschraubt ist (F i g. 1 und 2). Eine Verbindungsleitung 40 erstreckt sich von dem Flüssigkeitsreservoir 37 zur Pumpe 34, so daß sich ein vollständiger Flüssigkeitskreislauf für die hier als Motor arbeitende Drehkolbenmaschine ergibt.

Das Gehäuseteil 3, das in Anbetracht seiner nachstehend erläuterten Ausbildung und Funktion auch als »Ventilgehäuse« bezeichnet werden kann, ist mit mehreren axial verlaufenden Bohrungen 41 versehen, die in der Stirnwand 15, vorzugsweise unmittelbar am Fuß der Zähne 14, zu den Verdrängerzellen 17 hin geöffnet sind. Die anderen Enden der Bohrungen 41 stehen mit je einer radialen Bohrung 42 in Verbindung, die sich nach innen erstreckt und sich mit einer verengten Mündung 43 in die Lagerbohrung 28 im Gehäuseseitenteil 3 öffnet. Die Mündungen 43 der Kanäle bzw. Bohrungen 42 liegen in der Mitte zwischen den Ringkanälen 29 und 30 (F i g. 2, 3 und 7).

Der Drehschieber 44 ist drehbar und mit begrenzter axialer Beweglichkeit in der Lagerbohrung 28 gelagert. Er ist mit mehreren über den Umfang gleichmäßig verteilten Längsnuten 45 und 46 versehen. Diese Nuten 45 und 46 haben zwar die gleiohe Länge, sind jedoch wechselweise axial gegeneinander versetzt, wie insbesondere aus F i g. 3 hervorgeht. Die Anzahl der Längsnuten 45, 46 beträgt das Doppelte der Anzahl der Zähne 19 des Innenzahnrades 18, d. h., bei sechs Zähnen des Innenzahnrades sind sechs Längsnuten 45 und sechs Längsnuten 46 vorgesehen. Die Länge der Nuten 46 ist dabei so gewählt, daß bei neutraler Stellung des Drehschiebers 44 beide Enden der Nuten 46 mit den Ringkanälen 29 und 30 des Ventilkörpers Verbindung haben. So wird, wenn der Drehschieber 44 sich in der nach F i g. 2 linken axialen Endstellung befindet, Flüssigkeit von der Pumpe 34 über den Einlaßkanal 32 direkt zum Auslaßkanal 33 und von da in das Reservoir 37 zurückgepumpt. Obgleich die Kanäle 42 mit den Längsnuten 45 oder 46 in Verbindung stehen, erhalten in der linken, der neutralen oder Ruhestellung des Drehschiebers, die Verdrängerzellen 17

keinen Druck, da dieser sofort durch den Auslaßkanal 33 entweicht. Durch eine Verschiebung des rohrförmigen Drehschiebers 44 aus seiner neutralen oder unwirksamen Stellung (F i g. 2 und 3) nach rechts in eine Arbeitsstellung (F i g. 7) wird die Verbindung zwischen den Längsnuten 46 und der Ringnut 29 unterbrochen, und die Längsnuten 46 verbinden nur noch die Mündungen 43 der Kanäle 42 über die Ringnut 30 mit dem Auslaßkanal 33.

u> Dabei werden auch die Längsnuten 45 so verschoben, daß die Mündungen 43 bestimmter anderer der Kanäle 42 mit der Pumpe 34 über den Einlaßkanal 32 und die Ringnut 29 in Verbindung kommen. Nunmehr wird bestimmten Verdrängerzellen 17 Druckflüssigkeit zugeführt. Zur Bewegung des Drehschiebers 44 in axialer und zugleich in Drehrichtung — was weiter unten noch näher erläutert ist — kann ein gewöhnliches Lenkrad 47 od. dgl. dienen.

Eine Antriebsverbindung, hier in Form einer

zo Hilfsgelenkwelle 48, erstreckt sich axial innerhalb des rohrförmigen Drehschiebers 44. Sie ist an ihrem zahnradseitigen Ende mit einem Kopf 49 versehen, der innerhalb der mit Nuten 20 a versehenen Bohrung 20 des Innenzahnrades 18 gelagert ist. Der Kopf 49 ist mit axial verlaufenden bogenförmigen Zähnen 50 versehen, die in die Nuten 20 a der Bohrung 20 eingreifen, so daß die Gelenkwelle 48 gemeinsam mit dem Innenzahnrad 18 gedreht wird. Der Kopf 49 hat eine ringförmige Stirnfläche 51, die mit dem Druckring 31 zusammenarbeitet, um eine Axialbewegung der Gelenkwelle 48 nach außen in bezug auf das Gehäuseseitenteil 3 zu verhindern. Die einander benachbarten größeren Stirnflächen der Köpfe 21 und 49 sind abgerundet und stoßen stumpf aneinander, so daß sie gegenseitig eine Axialbewegung nach innen verhindern. Am anderen Ende ist die Gelenkwelle 48 mit einem Kugelkopf 52 versehen, der eine Queröffnung 53 aufweist, durch die sich ein Kupplungsstift 54 erstreckt. Die öffnung 53 ist in der Axialrichtung der Welle 48 etwas länglich ausgebildet, um eine begrenzte Schwenkbewegung der Welle 48 in einer Ebene, in der auch die Drehachse des Stiftes 54 liegt, bzw. mit einer Bewegungskomponente in dieser Ebene zu ermöglichen. Diese Schwenkbewegung zusammen mit der Beweglichkeit der Gelenkwelle 48 um die Drehachse des Stiftes 54 läßt eine begrenzte Universalbewegung der Gelenkwelle 48 in der gleichen Weise zu, wie es bei der Gelenkwelle 22 der Fall ist. Die Enden des Stiftes 54 greifen in dreieckige, d. h. nach Art eines Dreiecks mit abgerundeten Ecken ausgebildete, einander gegenüberliegende öffnungen bzw. Führungen 55 in der Rohrwand des Drehschiebers 44 nähe seinem äußeren Ende ein (F i g. 2, 7 und 12). Die Führungen 55 haben Führungsflächen 56 und 57, die mit den Enden des Stiftes 54 zusammenarbeiten und eine Axialverschiebung des Drehschiebers 44 nach innen in bezug auf das Gehäuseseitenteil bzw. Ventilgehäuse 3 ergeben, sobald das Lenkrad 47 in der einen oder anderen Richtung aus seiner neutralen Stellung bzw. Ruhelage gemäß Fig. 2 heraus verdreht wird. Der Drehschieber 44 wird durch eine Spiraldruckfeder 58, die zwischen einer ringförmigen Schulter 59 an der Gelenkwelle 48 und einem Anschlag 60 etwa nach Art eines Sprengringes od. dgl. innerhalb des Drehschiebers 44 eingesetzt ist, nachgiebig in die Ruhestellung gemäß F i g. 2 gedrückt.

Die Relativstellung der Nuten 20 a in der Boh-

Claims (14)

rung 20 gegenüber den Zähnen 19, der Zähne 50 in bezug auf den Stift 54 und der Führungen 55 hinsichtlich der Längsnuten 45 und 46 sowie die Lage dieser Kanäle in bezug auf die Mündungen 43 der Kanäle 42 sind sämtlich vorbestimmt und so angeordnet, daß bei Drehung des Drehschiebers 44 durch das Lenkrad 47 und bei dessen Axialverschiebung während der Drehung des Lenkrades infolge der Zusammenarbeit des Stiftes 54 mit der einen oder anderen Führungsfläche 56 oder 57 Druckflüssigkeit ίο vorbestimmten Verdrängerzellen 17 zugeführt wird, wodurch das Innenzahnrad 18 in die zykloidische Umlaufbewegung seines Schwerpunktes versetzt wird. Gleichzeitig fließt Flüssigkeit durch andere Kanäle 41 und 42 von bestimmten anderen Verdrängerzellen 17 durch den Auslaßkanal 33 in das Reservoir 37 zurück. Sobald das Innenzahnrad 18 innerhalb des Zahnringes 2 seine zykloidische Bewegung ausführt, wird die Hilfsgelenkwelle 48 ebenfalls gedreht und diese Drehung über den Stift 54 auf den Drehschieber 44 übertragen. Die gleiche Drehbewegung wird der Hauptwelle 5 über die Gelenkwelle 22 erteilt. Während, dieser Bewegung werden die Längsnuten 45 und 46 des Drehschiebers nacheinander mit anderen Mündungen 43 in Verbindung gebracht, so daß sich eine fortschreitende Umlauf- und Drehbewegung des Zahnrades 18 ergibt. Auf diese Weise wird die Umlauf- und die Drehbewegung so lange fortdauern, wie das Lenkrad 47 in der gewünschten Richtung gedreht wird. Sobald nun der Fahrer die Drehung des Lenkrades 47 unterbricht, veranlaßt die weitere Drehung der Gelenkwelle 48 den Stift 54, gegen die Mitte zwischen den Führungsflächen 56 und 57 zu wandern, wobei die Feder 58 den Drehschieber axial in die neutrale oder ruhende Stellung gemäß F i g. 2 bewegt, d. h., an diesem Punkt hört jede Drehbewegung des Innenzahnrades auf. Es sind immer eine oder mehrere der Längsnuten 45 und 46 mit einem bestimmten der Kanäle 42 in Verbindung. Jeder der Zahnfüße des Zahnringes 2, d. h. jede Lücke zwischen zwei Zähnen 14 des Zahnringes 2, kommt abwechselnd mit einer Längsnut 45 und einer Längsnut 46 und infolge der versetzten Lage der Längsnuten 45, 46 zueinander abwechselnd mit dem Einlaß 32 und dem Auslaß 33 in Verbindung, so daß der Drehschieber 44 während seiner Drehung ähnlich wie ein Kommutator bei einem Elektromotor wirkt und Druckflüssigkeit jeweils der richtigen Verdrängerzelle 17 zuführt und den Austritt der Flüssigkeit aus anderen Verdrängerzellen zuläßt, so daß sich eine sanfte und ununterbrochene Bewegung des Innenzahnrades 18 ergibt. Die Verbindung zwischen dem Drehschieber 44 und dem Kopf 52 der Hilfsgelenkwelle 48 durch den Stift 54, die Verbindung zwischen den Köpfen 49 und 21 der Gelenkwellen 48 und 22 durch die Nuten 20 a des Innenzahnrades 18 und die Verbindung zwischen dem Kopf 23 der Gelenkwelle 22 und der Hauptwelle 5 durch den Stift 25 ergeben zusammen eine durchlaufende mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 47 und der Hauptwelle 5, so daß beim Abschalten der Pumpe 34 das Fahrzeug von Hand gesteuert werden kann, als ob eine durchgehende Lenksäule vom Lenkrad 47 zur Hauptwelle 5 bestünde. Damit diese Drehkolbenmaschine als kontinuierlich arbeitender Druckflüssigkeitsmotor verwendet werden kann, ist es lediglich erforderlich, daß der Drehschieber 44 axial nach innen verschoben und in der gewünschten Richtung relativ zur Gelenkwelle 48 bis zu einem Grade gedreht wird, wie er durch die Breite der Führung 55 gegeben ist, und dann in dieser Stellung durch irgendwelche Mittel blockiert wird. Wenn dies erfolgt ist, wird sich das Innenzahnrad 18 gleichförmig in einer gegebenen Richtung so lange drehen, wie Flüssigkeit unter Druck der Verdrängerzellen 17 durch die Pumpe 34 zugeführt wird. Selbstverständlich wird die Umkehr der Drehrichtung der Hauptwelle 5, gleichgültig, ob das Gerät als Steuermotor oder als kontinuierlich drehender Motor verwendet wird, einfach durch Drehen des Lenkrades 47 in der entgegengesetzten Richtung gegenüber der ursprünglichen bewirkt, wodurch die Zusammenarbeit zwischen einer oder mehreren der Längsnuten 45 und 46 mit den entsprechenden Kanälen 42 geändert wird. Die Drehkolbenmaschine kann auch als Flüssigkeitspumpe Verwendung finden, indem an der Hauptwelle 5 eine drehende Antriebskraft, z. B. ein Motor, angeschlossen wird und die Leitungen 35 und 38 zu einer Flüssigkeitsquelle bzw. einem druckflüssigkeitsbetätigten Gerät führen. Hierbei wird die Hauptwelle 5 mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit gedreht, und es wird trotzdem eine große Flüssigkeitsmenge, jedoch mit verhältnismäßig niedrigem Druck gefördert, da der Schwerpunkt des Innenzahnrades 18 einen vollständigen Umlauf für jede Sechstelumdrehung der Welle 5 und der Gelenkwelle 22 ausführt. Patentansprüche:

1. Drehkolbenmaschine für Flüssigkeiten, die an einer Hauptwelle Leistung aufnimmt oder abgibt, insbesondere Flüssigkeitsmotor, mit einem außen verzahnten Innenzahnrad und einem dieses umschließenden, einen Zahn mehr aufweisenden, zur Hauptwelle zentrischen, innenverzahnten, als Gehäuseteil dienenden Zahnring, zwischen dessen sowie des Innenzahnrades Zähnen und Stirnwänden von Gehäuseseitenteilen Verdrängerzellen gebildet sind, die über Kanäle im Gehäuse und über einen mit der Drehzahl der Hauptwelle mitrotierenden, zu dieser koaxialen zylindrischen Drehschieber mit der Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssigkeit abwechselnd verbunden werden, wobei die Kanäle von jedem Zahnfluß des Zahnringes zu einer Lagerbohrung in einem der genannten Gehäuseseitenteile, in welchem dieser Drehschieber gelagert ist, führen, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenzahnrad (18) mit der Hauptwelle (5) in an sich bekannter Weise durch eine verschwenkbare Welle, insbesondere Gelenkwelle (22), drehfest verbunden ist, so daß der Schwerpunkt des Innenzahnrades (18) mit einem der Zähnezahl desselben entsprechenden Vielfachen der Drehzahl der Hauptwelle um die Drehachse des Zahnringes sich bewegt, daß ferner der Drehschieber (44) vom. Innenzahnrad (18) durch eine Antriebsverbindung synchron in der Drehbewegung mitgenommen wird und auf seinem Umfang im Bereich der Ausmündungsstellen der zu den Zahnfüßen des Zahnringes (2) führenden Kanäle (41, 42, 43) mit einer der doppelten Zähnezahl des Innenzahnrades (18) entsprechenden Anzahl von

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Kanälen (45, 46), insbesondere Längsnuten, versehen ist, von denen in abwechselnder Folge die einen mit dem Druck- und die anderen mit dem Niederdruckanschluß bzw. mit der Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssigkeit verbunden sind, so daß bei einer Relativdrehung um eine Zahnteilung des Innenzahnrades zwischen diesem und dem Zahnring ein vollständiger Steuerzyklus durchlaufen wird.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der Zahnring (2) und die Gehäuseseitenteile (3, 4) feststehend angeordnet sind.

3. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Innenzahnrades (18) mit der Hauptwelle (5) eine Gelenkwelle (22) verwendet ist, die an ihrem inneren Ende einen kugelabschnittförmigen Kopf (21) aufweist, welcher mit bogenförmigen Zähnen (26) versehen ist, mit denen er nach Art einer Keilwellenverbindung in in einer Mittelbohrung (20) des Innenzahnrades (18) angebrachte parallele Längsnuten (20 a) eingreift.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Gelenkwelle (22) zwischen Innenzahnrad (18) und Hauptwelle (5) eine Hilfsgelenkwelle (48) als Antriebsverbindung zwischen Innenzahnrad (18) und Drehschieber (44) vorgesehen ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Antriebsverbindung des Drehschiebers (44) mit dem Innenzahnrad (18) dienende Gelenkwelle (48) sich durch das Innere des rohrförmig ausgebildeten Drehschiebers (44) erstreckt und an dem dem Innenzahnrad (18) abgewandten Ende des Drehschiebers (44) mit diesem verbunden ist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgelenkwelle (48) am zahnradseitigen Ende einen kugelabschnittförmigen Kopf (49) aufweist, welcher mit bogenförmigen Zähnen (50) versehen ist, mit denen er nach Art einer Keilwellenverbindung in die Längsnuten (20 a) der Bohrung (20) des Innenzahnrades (18) eingreift.

7. Maschine nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (20) des Innenzahnrades (18) die Köpfe (21, 49) der Gelenkwelle (22) und der Hilfsgelenkwelle (48) aufgenommen sind und daß diese Köpfe (21, 49) an den einander zugekehrten Seiten mit balligen Stirnflächen sich gegenseitig berühren, daß ferner der Kopf (21) der Gelenkwelle (22) mit seiner anderen, ringförmigen Stirnfläche (27) die den Zahnrädern zugekehrte Stirnwand (16) des einen Gehäuseteils (4) und der Kopf (49) der Hilfsgelenkwelle (48) mit seiner anderen, ringförmigen Stirnfläche (51) die den Zahnrädern zugekehrte Stirnwand (15) des anderen Gehäuseseitenteils (3) bzw. eine mit dieser Stirnwand (15) bündige Endfläche eines in den Gehäuseteil (3) eingesetzten Druckringes (31) berührt, womit die Gelenkwellen (22, 48) gegen axiale Verschiebung gesichert sind.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkanäle zur Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssigkeit zum Teil durch Ringnuten (29, 30)

gebildet sind, die zu beiden Seiten des Bereichs der Ausmündungsstellen (43) der zu den Zahnfüßen des Zahnringes (2) führenden Kanäle (41, 42, 43) in der Wand einer den Drehschieber (44) aufnehmenden Bohrung (28) in dem damit als Ventilgehäuse dienenden Gehäuseseitenteil (4) angeordnet sind, und daß der Drehschieber (44) auf seiner Mantelfläche mit abwechselnd in Längsrichtung gegeneinander versetzten Längsnuten (45, 46) solcher Länge versehen ist, daß sie abwechselnd von dem Bereich der Ausmündungsstellen (43) zu dem einen und dem anderen der beiden Ringkanäle (29, 30) führen können, welche über einen Ein- und einen Auslaßkanal (32, 33) mit Leitungsanschlüssen (36, 39) an der Maschinenaußenseite verbunden sind.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei deren Verwendung in einem Steuergerät, beispielsweise als Kraftverstärker einer Fahrzeuglenkung, der rohrförmige Drehschieber (44) mit einer Handhabe (47), z. B. einem Steuerrad, versehen und so mit der Hilfsgelenkwelle (48) verbunden ist, daß eine beschränkte Relativdrehbewegung des Drehschiebers (44) gegenüber der Hilfsgelenkwelle (48) und damit dem Innenzahnrad (18) möglich ist.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei deren Verwendung in einem Steuergerät, beispielsweise als Kraftverstärker einer Fahrzeuglenkung, die Hilfsgelenkwelle (48) so mit dem rohrförmigen Drehschieber (44) verbunden ist, daß eine beschränkte axiale Verschiebbarkeit des Drehschiebers (44) gegenüber dem Innenzahnrad (18) möglich ist, wobei in der einen axialen Endlage des Drehschiebers, seiner Ruhestellung, ein Kurzschlußweg (32, 29, 46, 30, 33) eröffnet ist, der die Zu- und Abflußleitungen für die Arbeitsflüssigkeit direkt miteinander verbindet.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hälfte der in Längsrichtung wechselweise gegeneinander versetzten Längsnuten (45, 46) des Drehschiebers (44), nämlich die Längsnuten (46), eine axiale Länge aufweist, die größer als der Randabstand zwischen den beiden Ringnuten (29, 30) ist, und daß diese Längsnuten (46) so angeordnet sind, daß in der einen axialen Endlage, der Ruhestellung, des Drehschiebers (44) eine direkte Verbindung über diese Längsnuten (46) zwischen der druck- und niederdruckseitigen Ringnut (29 bzw. 30) hergestellt und damit der Kurzschlußweg zwischen dem Ein- und Auslaßkanal (32 bzw. 33) und somit der Zu- und Abflußleitung für die Arbeitsflüssigkeit eröffnet ist.

12. Maschine nach den Ansprüchen 9 und 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgelenkwelle (48) an dem dem Innenzahnrad (18) abgelegenen Ende mit einem kugeligen Gelenkkopf (52) versehen ist, der quer von einem Kupplungsstift (54) durchsetzt ist, dessen radial herausragende Enden in dreieckähnliche Öffnungen (55, 56, 57) des rohrförmigen Drehschiebers (44) eingreifen, wobei die dreieckähnlichen öffnungen (55, 56, 57) so groß bemessen und so angeordnet sind, daß die erwähnte Relativdrehbewegung und die axiale Verschiebbarkeit des

Drehschiebers (44) gegenüber der Hilfsgelenkwelle (48) und damit dem Innenzahnrad (18) ermöglicht wird.

13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (44) durch eine Druckfeder (58) in seiner Ruhestellung gehalten wird, bei der die Enden des Kupplungsstiftes (54) jeweils an der Dreieckspitze der dreieckähnlichen öffnungen (55, 56, 57) anliegen, und durch die nach beiden Seiten mögliche Drehung der Handhabe (47) des Drehschiebers (44) in die andere axiale Endlage, seine Arbeitsstellung, bewegt wird.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwelle (5), zumindest zum Teil, als Hohlwelle ausgebildet ist, in deren Bohrung ein Teil der Gelenkwelle (22) angeordnet ist, welch letztere an ihrem dem Innenzahnrad (18) abgelegenen Ende mit einem kugeligen Gelenkkopf (23) versehen ist, welcher von einem Kupplungsstift (25) quer durchsetzt ist, durch den die drehfeste Verbindung mit der Hauptwelle (5) hergestellt ist, wobei die Querbohrung bzw. Queröffnung (24) im Gelenkkopf (23) so gestaltet bzw. aufgeweitet ist, daß eine beschränkte allseitige Schwenkbewegung der Gelenkwelle (22) gegenüber der Drehachse der Hauptwelle (5) ermöglicht ist.

15 In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr.^J4-5-8523l6-850, «839-51:4";—

deutsche Patentanmeldung S 17241 a/88 b (bekanntgemacht am 25. 1. 1951);

schweizerische Patentschriften Nr. 58 987, 94 291; französische Patentschriften Nr.,855 j22,j9.7.2-Q97; britische Patentschriften tir.-Qi&t&FF,- 523 19.6?* USA.-Patentschriften Nr. 1_321-θ8ο7Χ389189;' " L527-339T 1 682.563r**-32-8±-2-_w2 240 874, ' ^2-5θ7Γ^2^54ΐτ'>_₍

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr._l-013-5247 '

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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