DE1528989C3 - Drehkolbenpumpe- oder Motor mit ortsfestem Zahnring sowie darin kreisendem und rotierendem Innenzahnrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe oder einen Drehkolbenmotor mit einem ortsfesten innenverzahnten Zahnring und einem exzentrisch darin kreisenden, sich dabei um die eigene Achse drehenden und mit dem Zahnring kämmenden, außenverzahnten Innenzahnrad, welches einen Zahn weniger als der Zahnring aufweist und mit einer zum Zahnring konzentrisch gelagerten Haupt-(An- oder Abtriebs-)welle durch eine entsprechende Verbindung, insbesondere Gelenkwelle, gekoppelt ist, wobei zwischen den Verzahnungen des Zahnringes und des Innenzahnrades Verdrängerzellen gebildet werden, die mit Hilfe eines Steuerdrehschiebers funktionsgerecht mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckanschluß am Gehäuse verbunden werden.

Bei Drehkolbenmaschinen dieser Art tritt in Folge des exzentrischen Kreisens des Innenzahnrades mit dem entsprechenden Ende der Gelenkwelle im Zahnring bzw. -Gehäuse naturgemäß eine Unwucht auf, die bei den bekannten Ausführungen (s. die US-PS 87 436) meistens vernachlässigt worden ist. Es ist auch bekannt, (s. die US-PS 22 40 874), im Fall einer Drehkolbenmaschine mit Zahnrädern im Inneingriff, bei der zwei Innenzahnräder auf dem Kurbelteil einer nach Art einer Kurbelwelle ausgebildeten Hauptwelle gelagert sind, zum Unwuchtausgleich ein drehfest auf diesem Kurbelteil angeordnetes Gegengewicht vorzusehen. Weiterhin ist es bekannt (s. die US-PS 13 63 451), bei einer Rollkolbenpumpe, bei der ein zylindrischer Rollkolben auf Exzentern der Antriebswelle gelagert

ίο ist und dabei eine exzentrische kreisende und rotierende Bewegung in einem zylindrischen Gehäusehohlraum ausführt, im inneren Hohlraum des Rollkolbens zwischen den Exzentern der Welle noch ein Gegengewicht zum Unwuchtausgleich drehfest auf der Welle anzuordnen. Dieses Gegengewicht rotiert im Rollkolben, ohne die Wände des Kolbenhohlraums zu berühren.

Erwähnt sei auch noch, daß bei einer bekannten Drehkolbenmaschine (s. die FR-PS 14 05 745), mit einem in einem feststehenden innenverzahnten Zahnring kreisenden außenverzahnten Innenzahnrad, das mittels einer Gelenkwelle mit der Hauptwelle verbunden ist, diese Gelenkwelle mit einer Verlängerung versehen ist, die in eine entsprechende Ausnehmung eines dazugehörigen Steuerdrehschiebers eingreift, der an seiner Umfangsfläche in der Bohrung eines zum Zahnring konzentrischen Steuergehäuseteils gelagert ist. Dadurch wird der Steuerdrehschieber derart in drehende Bewegung versetzt, daß er als sogenannter schnelllaufender Steuerdrehschieber wirken und ausgebildet

3© sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Drehkolbenmaschine der eingangs genannten Art einen Ausgleich der durch die Bewegung des Innenzahnrades entstehenden Unwucht zu schaffen, der in baulicher Hinsicht sehr einfach und bei platzsparender Anordnung der dazu erforderlichen Bauteile verwirklicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Bohrung des Innenzahnrades ein Unwuchtausgleichkörper drehbar gelagert ist, der zu einer 'in der Drehzahl der Umlaufzahl des Schwerpunktes des Innenzahnrades entsprechenden Drehbewegung gegenüber diesem Zahnrad angetrieben ist.

Bei der Drehkolbenmaschine nach der Erfindung läßt sich ein einwandfreier Ausgleich der auf die exzentrische Bewegung des Innenzahnrades zurückzuführenden Unwucht erzielen, ohne daß die Abmessungen der Maschine gegenüber Anordnungen ohne Unwuchtausgleich vergrößert zu werden brauchen. Der konstruktive ve Aufwand für den Unwuchtausgleich ist.,besonders gering.

Weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Drehkolbenmaschine mit den erfindungsgemäßen Merkmalen entlang der Linie 1 -1 der F ί g. 2,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Maschine entlang der Linie 2-2 der F i g. 1,

Fig.3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 1 und

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 1-

Die dargestellte Drehkolbenmaschine, die als Pumpe oder als Motor arbeiten kann, weist ein Gehäuse auf, das aus mehreren ringförmigen, zylindrischen Teilen besteht, und zwar einem Steuergehäuseteil 2, einer

Zwischenplatte 3, einem Zahnring 4 und einer Abschlußplatte 6, die mit Hilfe von am Umfang verteilt angeordneten Schrauben 10 koaxial miteinander verbunden sind.

Das Steuergehäuseteil 2 ist mit zwei axial verlaufenden, konzentrisch zur Achse 24 des Zahnrings 4 liegenden Bohrungen 20, 22 versehen. Ferner weist es eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung 16 bzw. 17 auf, die mit seinem Innenraum bzw. der Bohrung 22 in Verbindung stehen (F i g. 1) und deren Funktion sich umkehrt, wenn der Motor oder die Pumpe in entgegengesetzter Richtung arbeiten.

Mit der in der Bohrung 20 drehbar gelagerten Hauptwelle 30 ist ein in der Bohrung 22 drehbar angeordneter zylindrischer Steuerdrehschieber 28 einstückig verbunden. Die Welle 30 dient als Antriebswelle, wenn die Drehkolbenmaschine als Pumpe eingesetzt wird, und als Abtriebswelle, wenn die Drehkolbenmaschine als Motor arbeitet. Die Stirnfläche 32 des Steuerdrehschiebers 28 liegt gleitend an der benachbarten Stirnfläche 34 der Zwischenplatte 3 an.

Der Zahnring 4 weist mehrere Innenzähne 36 auf. Die Zähne 38 eines außenverzahnten Innenzahnrades 18, das mindestens einen Zahn weniger als der Zahnring hat, stehen mit den Zähnen 36 des Zahnrings 4 in Eingriff. Der Schwerpunkt des Innenzahnrades 18 führt eine Kreisbewegung um die Achse 24 des Zahnringes 4 aus, während sich das Innenzahnrad gleichzeitig um die eigene Achse dreht (s. die F i g. 1, 3 und 4). Es ist dabei in der von dem Zahnring 4 umschlossenen Kammer exzentrisch angeordnet. Seine eigene Achse bzw. Schwerachse ist mit 40 bezeichnet. Während der Umlaufbewegung des Innenzahnrades 18 werden zwischen dessen Zähnen 38 und den Zähnen 36 des Zahnrings 4 sich erweiternde und zusammenziehende Verdrängerzellen 42 gebildet, deren Anzahl gleich der Anzahl der Zähne 38 des Innenzahnrades 18 ist.

Eine senkrechte Mittellinie stellt in der in F i g. 3 und 4 gezeigten Betriebsstellung des Innenzahnrades 18 gegenüber dem Zahnring 4 zugleich die Exzentrizitätsebene 44 der Zahnräder dar. Läuft beispielsweise das Innenzahnrad 18 im Uhrzeigersinn um, dehnen sich die Verdrängerzellen 42 auf der rechten Seite der Exzentrizitätsebene aus und ziehen sich die Verdrängerzellen 42 auf der linken Seite derselben zusammen. Arbeitet die Drehkolbenmaschine als Motor, wird den sich erweiternden Verdrängerzellen unter Druck stehendes Druckmittel zugeführt, während Druckmittel aus den sich zusammenziehenden Zellen verdrängt wird. Arbeitet die Drehkolbenmaschine dagegen als Pumpe, wird in die sich erweiternden Verdrängerzellen Druckmittel eingesaugt und unter Druck aus den sich zusammenziehenden Verdrängerzellen ausgestoßen.

Die Zwischenplatte oder Steuerplatte 3 hat eine Bohrung 46, die zur Achse 24 des Zahnrings 4 konzentrisch liegt und genügend klein ist, so daß die an dem Zahnring 4 anliegende Ringfläche 48 zusammen mit der Abschlußplatte 6 die sich erweiternden und zusammenziehenden Verdrängerzellen 42 zwischen den Zähnen von Innenzahnrad und Zahnring 18 bzw. 4 für alle Umlaufstellungen des Zahnrads 18 seitlich abschließt.

Das Innenzahnrad 18 weist zwei Bohrungen 50 und 52 auf, die es als durchgehende abgestufte Bohrung durchsetzen und konzentrisch zu den Zähnen 38 liegen. Die Bohrung 50 ist mit einer Innenkeilverzahnung versehen, deren Zähne oder Keile 53 axial gerichtet sind. Eine zentrische Bohrung 54 des Steuerdrehschiebers 28, die konzentrisch zur Achse 24 liegt und mit der Bohrung 50 des Zahnrads 18 in Verbindung steht, weist ebenfalls eine Innenkeilverzahnung mit mehreren axial gerichteten Zähnen oder Keilen 55 auf. Eine Gelenkwelle 58 dient als mechanische Antriebsverbindung zwischen dem Zahnrad 18 und dem Steuerdrehschieber 28. An den gegenüberliegenden Enden der Gelenkwelle 58 vorgesehene, kugelige Gelenkköpfe 60, 62 tragen je eine Außenverzahnung, deren Keil- oder Zähnezahl gleich der Anzahl der Keile 53 und 55 des Innenzahnrades 18 und des Steuerdrehschiebers 28 ist, um mit diesen Keilen zusammenwirken zu können.

Da das Zahnrad 18 exzentrisch gegenüber dem Zahnring 4 angeordnet ist, ist die Gelenkwelle 58 stets gegenüber dem die gleiche Achse 24 wie der Zahnring 4 aufweisenden Steuerdrehschieber 28 und der Achse 40 des Zahnrads 18 geneigt. Ein sechs Zähne aufweisendes Innenzahnrad führt eine Umdrehung um seine Achse 40 aus, während es sechsmal in entgegengesetzter Richtung um die Achse 24 des Zahnringes 4 umläuft. Infolgedessen führt das rechte Ende der Welle 58 gemeinsam mit dem Zahnrad 18 sowohl eine Umlaufbewegung als auch eine Drehbewegung aus, während das linke Ende der Welle gemeinsam mit dem Steuerdrehschieber 28 nur eine Drehbewegung ausführt. Das mtL· tels der Gelenkwelle 58 mit .der Hauptwelle 30 bzw. dem Steuerdrehschieber 28 dj"ehfest gekoppelte Innenzahnrad 18 wird selbst in radialer Richtung nur dadurch gehalten, daß es sich mit seinen Zähnen 38 an der Innenverzahnung des Zahnrings 4 abstützt.

-Die.Umlaufbewegung des Innenzahnrades 18 um die Achse 24 führt zu einer Fliehkraftwirkung, wodurch eine umlaufende Radialkraft vom Zahnrad 18 auf den Zahnring 4 ausgeübt wird. Ein Unwuchtausgleichkörper in Form eines zylindrischen Gegengewichts 64 für den Ausgleich dieser Fliehkraft ist drehbar in der Bohrung 52 des Innenzahnrads 18 gelagert. Das Gegengewicht 64 weist einen ungefähr U-förmigen Hohlraum

65 in seiner einen Hälfte auf, wodurch der Schwerpunkt

66 des Gegengewichts von der Achse 40 des Innenzahnrads auf die dem Hohlraum 65 diametral gegenüberliegende Seite verschoben wird. Das Gegengewicht 64 besitzt einen dem Schwerpunkt 66 gegenüberliegenden, radial verlaufenden Schlitz 68 mit Wänden, die parallel zur Achse 40 des Zahnrads verlaufen, die zugleich auch die Drehachse des Gegengewichts 64 gegenüber dem Innenzahnrad 18 ist.

Die Gelenkwelle 58 weist eine zu ihrer Achse 72 konzentrische Mittelbohrung 70 auf, in der ein stiftähnlicher Verlängerungsteil 73 drehbar oder fest angeordnet ist. Der Verlängerungsteil 73 ragt in den Schlitz 68 des Gegengewichts 64 hinein und hat einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich der Breite des Schlitzes 68 ist. Bei dieser Anordnung wird das Gegengewicht 64 mit der gleichen Geschwindigkeit gedreht, mit der das Innenzahnrad 18 bzw. dessen Achse 40 im Zahnring 4 umläuft bzw. kreist. Außerdem wird der Schwerpunkt 66 des Gegengewichts 64 stets auf der Seite der Achse 24 gehalten, die der Achse 40, die auch durch den Schwerpunkt des Zahnrads 18 geht, gegenüberliegt. Der in den Schlitz 68 des Gegengewichts eingreifende Verlängerungsteil 73 bewirkt also, daß das Gegengewicht 64 synchron mit der Umlaufgeschwindigkeit des Zahnrads 18 gedreht wird, und daß die Flieh- oder Radialkraft ausgeglichen wird, die auf die Umlaufbewegung des Zahnrads 18 zurückzuführen ist.

Die Achse 72 der Gelenkwelle 58 und des Verlängerungsteils 73 bewegt sich in einer konischen Bahn synchron mit der kreisenden Bewegung des Zahnrads 18.

Wie aus F i g. 4 hervorgeht, liegt die Achse 72 in der Exzentrizitätsebene 44. Diese Beziehung wird für alle Stellungen von Innenzahnrad 18 und Verlängerungsteil 73 aufrechterhalten.

Der Steuerdrehschieber 28 und das Steuergehäuseteil 2 sind in bekannter Weise mit Kanälen versehen, durch die hindurch Druckmittel von der Einlaßöffnung

16 oder 17 zu den Verdrängerzellen 42 geleitet und von dort zur anderen öffnung bzw. Auslaßöffnung 16 oder

17 zurückgeführt wird. Je nach der gewünschten Drehrichtung der Hauptwelle 30 ist die öffnung 16 die Einlaßöffnung und die andere öffnung 17 die Auslaßöffnung und umgekehrt. Der Steuerdrehschieber 28 dreht sich mit der gleichen Drehzahl, mit der sich das Innenzahnrad 18 um seine Achse 40 dreht, jedoch in einer Drehrichtung, die der Richtung der kreisenden Bewegung des Zahnrads 18 entgegengesetzt ist. Zwei axial in Abstand voneinander angeordnete Ringnuten 74 und 76 des Steuerdrehschiebers 28 stehen mit den öffnungen 16 und 17 in Überdeckung. Wie aus F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist der Steuerdrehschieber 28 mit sechs in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, axial verlaufenden Schlitzen 78, die mit der Ringnut 74 und dem Anschluß 16 in Verbindung stehen, sowie mit sechs axial verlaufenden, mit den Schlitzen 78 in Umfangsrichtung abwechselnden Schlitzen 80 versehen, die mit der Ringnut 76 und dem Anschluß 17 in Verbindung stehen. Die Anzahl der Schlitze 78 und 80 ist also gleich der Anzahl der Zähne 38 des Innenzahnrads 18.

Das Steuergehäuseteil 2 und die Zwischenplatte 3 weisen sieben (entsprechend der Anzahl der Zähne 36. des Zahnrings 4) am Umfang verteilt angeordnete, im wesentlichen axial verlaufende Kanäle 82 auf. Die Kanäle 82 sind innerhalb des Steuergehäuseteils 2 mittels kurzer Radialkanäle 83 mit dem Innenraum des Steuergehäuseteil 2 verbunden, um eine Verbindung zwischen den Schlitzen 78 und 80 sowie den Kanälen 82 herzustellen.

Wenn sich der Steuerdrehschieber 28 dreht, wird jeder der Schlitze 78 und 80 nacheinander mit jedem der Kanäle 82 des Steuergehäuseteils 2 zur Deckung gebracht. Die Druckmittelzu- und -abfuhr zu und aus den Verdrängerzellen 42 erfolgt über die Kanäle 82, die an Stellen enden, die die Verbindungsstellen zwischen den Zähnen 36 des Zahnrings 4 darstellen (F i g. 3).

Arbeitet die Drehkolbenmaschine als Motor, strömt Druckmittel über die Einlaßöffnung 16, die Ringnut 74, die Schlitze 78 des Steuerdrehschiebers 28 und bestimmte Kanäle 82 des Steuergehäuseteils 2 in die in F i g. 3 auf der rechten Seite der sich in Wirklichkeit drehenden Exzentrizitätsebene 44 liegenden Verdrängerzellen 42 ein. Infolge der Ausweitung dieser Zellen dreht sich das Innenzahnrad 18 im Uhrzeigersinn, so daß die Verdrängerzellen 42 auf der linken Seite der Exzentrizitätsebene 44 verengt werden. Aus den letzteren austretendes Druckmittel gelangt über die Kanäle 82 auf der in F i g. 2 und 3 linken Seite der Exzentrizitätsebene 44 und über Schlitze 80 in die Ringnut 76 und tritt über die Auslaßanschlußöffnung 17 aus. Wegen der festen Verbindung des Innenzahnrads 18 mit dem Steuerdrehschieber 28 dreht sich dieser mit derselben Geschwindigkeit' und in derselben Richtung wie das Zahnrad 18. Dabei sorgt der Steuerdrehschieber 28 jedoch für eine Druckmittelzu- und -abfuhr mit der Frequenz der kreisenden Bewegung des Zahnrads 18 im Zahnring 4.

Die Wirkungsweise des sogenannten langsam laufenden Steuerdrehschiebers, dessen Ausbildung im einzelnen an sich nicht ein Gegenstand der Erfindung ist, wurde im Vorhergehenden zum besseren Verständnis der in der Zeichnung dargestellten Maschine erläutert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Drehkolbenpumpe oder -motor mit einem ortsfesten innenverzahnten Zahnring und einem exzentrisch darin kreisenden, sich dabei um die eigene Achse drehenden und mit dem Zahnring kämmenden, außenverzahnten Innenzahnrad, welches einen Zahn weniger als der Zahnring aufweist und mit einer zum Zahnring konzentrisch gelagerten Haupt-(An- oder Abtriebs-)welle durch eine entsprechende Verbindung, insbesondere Gelenkwelle, gekoppelt ist, wobei zwischen den Verzahnungen des Zahnringes und des Innenzahnrades Verdrängerzellen gebildet werden, die mit Hilfe eines Steuerdrehschiebers funktionsgerecht mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckanschluß am Gehäuse verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (52) des Innenzahnrades (18) ein Unwuchtausgleichkörper (64) drehbar gelagert ist, der zu einer in der Drehzahl der Umlaufzahl des Schwerpunktes des Innenzahnrades (18) entsprechenden Drehbewegung gegenüber diesem Zahnrad angetrieben ist.

2. Drehkolbenpumpe oder -motor nach Anspruch 1, bei der das Innenzahnrad mit der Hauptwelle über eine Gelenkwelle gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdrehschieber (28) mit der Hauptwelle (30) drehfest verbunden ist und die Gelenkwelle (58) zwei Gelenkköpfe (60, 62) aufweist, die mit ihrer Außenverzahnung jeweils in eine Innenkeilverzahnung des Steuerdrehschiebers (28) und des Innenzahnrades (18) eingreifen.

3. Drehkolbenpumpe oder -motor nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unwuchtausgleichkörper (64) einen radialen Schlitz (68) aufweist, in den ein Verlängerungsteil (73) der Gelenkwelle (58) hineinragt. .

4. Drehkolbenpumpe oder -motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlängerungsteil (73) um die Achse (72) der Gelenkwelle (58) mit Bezug auf die Gelenkwelle und den Unwuchtausgleichkörper (64) drehbar ist.