DE1553245C3 - - Google Patents

Description

Getrieberitzel kämmt. In einer den Verdrängerzellen nicht unmittelbar benachbarten Seitenwand des Gehäuses sind zwei konzentrische Ringnuten angebracht, die mit dem Niederdruckanschluß bzw. dem Hochdruckanschluß der Maschine in Verbindung stehen. Zwischen jener Seitenwand und den Arbeitsrotoren befindet sich eine ebenfalls gehäusefeste Verteilerplatte. Über in dieser in entsprechender Anzahl vorgesehene Steueröffnungen werden die Verdrängerzellen bzw. Zahnlükken des Arbeitsrotors infolge der exzentrischen Bewegung dieses Rotors abwechselnd mit der einen und der anderen Ringnut in Verbindung gebracht. Diese Lösung ist offensichtlich nicht anwendbar, wenn der innenverzahnte Zahnring als Stator feststeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß eine möglichst ruckfreie und gleichförmige Antriebsverbindung zwischen der Maschinenwelle und dem Arbeitsrotor hergestellt ist, sich dabei noch die Wirkung einer Drehzahlübersetzung ergibt, bei der der Arbeitsrotor schneller umläuft als die Maschinenwelle, und dennoch die richtige Drehschieberumsteuerung für das Förder- bzw. Arbeitsmedium von und zu den Verdrängerzellen gewährleistet ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Arbeitsrotor von der Maschinenwelle über ein mit dieser drehfest gekoppeltes innenverzahntes Hohlrad und ein mit ihm verbundenes neben ihm befindliches Getrieberitzel angetrieben wird, welches mit der Innenverzahnung des Hohlrades kämmt, und daß die Zahl der Niederdrucksteueröffnungen bzw. der Hochdrucksteueröffnungen des Steuerdrehschiebers jeweils gleich der Zahl der Zähne des Arbeitsrotors multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis der Getriebezahnräder ist.

Bei der so ausgestalteten Rotationskolbenmaschine bewirkt das von dem innenverzahnten Hohlrad am Arbeitsrotor und dem Getrieberitzel gebildete Zahnradgetriebe, daß die Drehzahl des Arbeitsrotors in einem dem Verhältnis der Zähnezahlen der Getriebeteile entsprechenden Verhältnis größer als die Drehzahl der Maschinenwelle ist. Obwohl der Steuerdrehschieber drehfest mit der Maschinenwelle verbunden ist und sich somit langsamer als der Arbeitsrotor dreht, ergibt die angegebene Bemessung der Anzahl der Steueröffnungen die richtige Steuerung der Strömungskanäle und funktionsgerechte Verbindung der Verdrängerzellen mit den Anschlüssen am Maschinengehäuse. Die verringerte Drehzahl des Steuerdrehschiebers erweist sich auch im Hinblick auf Abnutzung und Vibrationen als vorteilhaft.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine nach der Erfindung, wobei der Schnitt entlang den Schnittlinien 1-1 in den Fig.2, 3 und 4 gelegt ist,

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

F i g. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 1 unter Weglassung der Gehäuseverbindungsschrauben bzw. der dazugehörigen Gewindelöcher, und

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

F i g. 1 zeigt eine Rotationskolbenmaschine 20, die als hydraulische Handpumpe gedacht ist. Sie hat ein mehrteiliges Gehäuse mit einem Gehäuseseitenteil 22, durch das eine axiale Bohrung 26 verläuft, die Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist. In dem in F i g. 1 rechts liegenden Abschnitt 23 des Gehäuseseitenteils 22 ist eine Maschinenwelle 52 gelagert, und im linken Abschnitt 24 ist ein Steuerdrehschieber 54 gelagert. Ein ringförmiger Einlaßkanal 29 und ein ringförmiger Auslaßkanal 30 umgeben im axialen Abstand voneinander den Steuerdrehschieber 54.

An das Gehäuseseitenteil 22 schließt sich ein zylindrischer Außenmantel 32 an, der an seinem anderen Ende mittels einer Endplatte 34 verschlossen ist. An der Innenwand des Mantels 32 ist ein Dichtungsrohr 33 vorgesehen. Im Innern des vom Mantel 32 umschlossenen Hohlraums sind eine Zwischenplatte 37 und ein Abstandsring 38 angeordnet. Letzterer liegt an der Stirnfläche des Gehäuseseitenteils 22 an. Zwischen der Zwischenplatte 37 und der Endplatte 34 ist ein innenverzahnter Zahnring 40 fest eingefügt, der den Stator der Rotationskolbenmaschine bildet und bei dem dargestellten Beispiel sieben Zähne 41a, 416,41 c, 41J, 41 e, 41/und 41^ hat. Die Endplatte 34, der Zahnring 40, die Zwischenplatte 37 und der Abstandsring 38 werden durch sieben Schrauben 35 fest in ihrer Lage gehalten, sind dabei miteinander verspannt und am linken Abschnitt 24 des Gehäuseseitenteils 22 befestigt. Ein außenverzahnter Arbeitsrotor 42 ist in dem innenverzahnten Zahnring 40 so angeordnet, so daß er sich einerseits um seine eigene Drehachse drehen kann, und andererseits diese Drehachse eine kreisende Bewegung um die Achse des Stators 40 ausführt. Die Zähnezahl des Arbeitsrotors ist grundsätzlich um eins kleiner als die Zähnezahl des Stators; somit hat der Rotor bei der dargestellten Ausführungsform sechs Zähne 43a, 43b, 43c, 43c/, 43e und 43/ Bei der Dreh- und Kreisbewegung des Rotors in bezug auf den Stator entsteht eine Reihe von abwechselnd größer und kleiner werdenden Verdrängerzellen A, B, C, D, E, F und G in den Zwischenräumen bzw. Zahnlücken zwischen den Zähnen 41 des Stators 40.

Durch die Zwischenplatte 37, den Abstandsring 38 und den Abschnitt 24 des Gehäuseseitenteils 22 verlaufen eine Reihe von in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordneten Kanälen 44,45,46,47,48,49, 50 (F i g. 3 und 4), die einerseits jeweils in eine der Verdrängerzellen und andererseits in den den Steuerdrehschieber 54 enthaltenden Abschnitt der Bohrung 26 an gleichmäßig um den Umfang verteilten Stellen münden.

Der Steuerdrehschieber 54 besteht aus einem inneren flanschrohrförmigen Teil 55 und einem äußeren ringförmigen Teil 56, die bei 58 zusammengeschraubt sind. Das linke Ende der Maschinenwelle 52 ist mit dem Steuerdrehschieber 54 durch einen Stift 57 drehfest verbunden.

Die Bohrung bzw. der Hohlraum 59 des Steuerdrehschiebers 54 steht, wie in F i g. 1 zu sehen ist, über Ausnehmungen am Ende der Welle 52 in ständiger Verbindung mit dem ringförmigen Einlaßkanal 29. In der Wand des Steuerdrehschiebers 54 sind eine Reihe von in gleichmäßigen Abständen angeordneten radialen Steuerkanälen 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 hindurchgeführt, die in axialer Richtung in der Querschnittsebene liegen, in welcher die Gehäusekanäle 44 bis 50 in die Bohrung 26 münden, so daß sie bei einer Drehung des Steuerdrehschiebers 54 den Hohlraum 59 abwechselnd mit diesen Kanälen in Verbindung bringen. Diese Steuerkanäle bilden die Niederdrucksteueröffnungen des Steuerdrehschiebers. Die in den F i g. 1 und 3 noch

dargestellte Ringnut um den inneren Teil 55 des Steuerdrehschieber 54, die die Steuerkanäle 62 bis 69 gleichsam unterbricht und ebenfalls miteinander verbindet, soll hier nicht weiter erläutert werden.

Jeweils in der Mitte zwischen zwei benachbarten Steuerkanälen 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 sind an der Außenumfangsfläche des Steuerdrehschiebers 54 Steuernuten 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79 angebracht, deren (in F i g. 1) rechtes Ende in ständiger Verbindung mit dem ringförmigen Auslaßkanal 30 steht. Die linken Enden der Steuernuten liegen wieder in der Querschnittsebene, in welcher die Gehäusekanäle 44 bis 50 in die Bohrung 26 münden, so daß sie bei der Drehung des Steuerdrehschiebers 54 die Kanäle 44 bis 50 abwechselnd mit dem Auslaßkanal 29 in Verbindung bringen. Die Steuernuten 72 bis 79 bilden somit die Hochdrucksteueröffnungen des Steuerdrehschiebers.

Ein innenverzahntes Hohlrad 81 ist durch Mitnehmer 82 drehfest mit dem Steuerdrehschieber 54 verbunden. Mit diesem innenverzahnten Hohlrad 81 kämmt ein außenverzahntes Getrieberitzel 83, das drehfest mit dem Arbeitsrotor 42 verbunden ist. Diese Verbindung erfolgt durch einen Wellenstummel 84, der in einer öffnung des Rotors 42 mittels Keilen 85 befestigt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Hohlrad 81 zwanzig Zähne und das Getrieberitzel 83 hat fünfzehn Zähne. Das Verhältnis der Zähnezahl des Hohlrads 81 zu der Zähnezahl des Getrieberitzels 83 von zwanzig zu fünfzehn ergibt ein Übersetzungsverhältnis von 4 :3. Dieses Übersetzungsverhältnis besteht somit zwischen der Drehzahl des Rotors 42 und der Drehzahl der Maschinenwelle 52. Da der Steuerdrehschieber 54 drehfest mit der Maschinenwelle 52 verbunden ist, dreht auch er sich um dieses Übersetzungsverhältnis langsamer als der Rotor 42.

Damit trotz dieses Unterschieds zwischen den Drehzahlen des Rotors und des Steuerdrehschiebers eine richtige Steuerung der Verdrängerzellen erhalten wird, ist sowohl die Anzahl der Steuernuten 72 bis 79 als auch die Anzahl der radialen Steuerkanäle 62 bis 69 jeweils gleich dem Produkt dieses Übersetzungsverhältnissses mit der Zähnezahl des Rotors 42, bei der dargestellten Ausführungsform also gleich acht. Um eine richtige Steuerung zu erhalten, ist es auch notwendig, daß die Anzahl der Steuernuten und der Steuerkanäle gleich der Zähnezahl des Stators plus eins oder minus ist. Da der Stator sieben Zähne hat, ist auch diese Bedingung erfüllt.

Der Arbeitsrotor macht für jede vollständige Umdrehung sechs Umläufe relativ zum Stator. Bei jedem Umlauf werden sieben Arbeitstakte ausgeführt. Somit werden für jede Umdrehung des Rotors zweiundvierzig Arbeitstakte ausgeführt, und infolge des Übersetzungsverhältnisses von 4 :3 werden für jede Umdrehung der Maschinenwelle 52 sechsundfünfzig Arbeitstakte ausgeführt.

Die in F i g. 1 dargestellte Pumpe arbeitet in folgender Weise: Bei der Annahme, daß die Maschinenwelle (gemäß den Fig.2, 3 und 4) gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, werden der Steuerdrehschieber 54 und infolgedessen auch das Hohlrad 81 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Das Getrieberitzel 83 wird im Uhrzeigersinn gedreht, und da es mit dem Arbeitsrotor 42 drehfest verbunden ist, dreht sich auch dieser Rotor im Uhrzeigersinn. Die Achse des Arbeitsrotors kreist dann gegen den Uhrzeigersinn um die Achse des Stators 40. Als Folge dieser Drehung werden die Verdrängerzellen E, Fund G einem Einlaßhub unterworfen und mit dem Einlaßkanal 29 über die radialen Steuerkanäle 66, 67 und 68 verbunden, die mit den Kanälen 48 bzw. 49 bzw. 50 in Verbindung stehen; dagegen werden die Kammern A, B und C einem Förderhub unterworfen und mit dem Auslaßkanal 30 über die Steuernuten 79,72 und 73 und die Kanäle 44, 45 und 46 verbunden. Die Kammer D befindet sich in der gezeigten Stellung in einem Übergangszustand zwischen einem Förderhub und einem Einlaßhub.

Die dargestellte Rotationskolbenmaschine ist vollkommen symmetrisch und kann daher in beiden Drehrichtungen betrieben werden. Wenn die Maschinenwelle 52 im Uhrzeigersinn gedreht wird, im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Drehung gegen den Uhrzeigersinn, werden die Funktionen der Steuerkanäle und Steuernuten des Steuerdrehschiebers sowie die Funktionen des Einlaßkanals und des Auslaßkanals vertauscht. Mit anderen Worten: der Einlaßkanal 29 wird zum Auslaßkanal, und der Auslaßkanal 30 wird der Einlaßkanal. Die Kanäle 62 bis 69 werden von Hochdrucksteueröffnungen zu Niederdrucksteueröffnungen, und die Steuernuten 72 bis 79 werden zu Hochdrucksteueröffnungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Rotationskolbenmaschine, die als Pumpe oder Flüssigkeitsmotor verwendbar ist, mit einem innenverzahnten als Statorteil feststehenden Zahnring und einem damit kämmenden sowie darin exzentrisch, drehbar und umlaufend angeordneten, außenverzahnten Arbeitsrotor, dessen Zähnezahl um eins kleiner ist als diejenige des Zahnringes und der lediglich mit seiner Verzahnung im Zahnring gehalten und geführt, sonst nicht gelagert ist, wobei seine Drehachse mit einer entsprechend seiner Zähnezahl höheren Frequenz um die Drehachse des Zahnrings und einer dazu konzentrischen Maschinenwelle (An- oder Abtriebswelle) umläuft, und mit einem zusammen mit der Maschinenwelle in einem Gehäuseseitenteil gelagerten, drehfest mit dieser verbundenen Steuerdrehschieber, der über seinen Umfang verteilt angeordnete, in abwechselnder Folge als Niederdruck- und Hochdrucksteueröffnungen dienende Steuerkanäle bzw. -nuten aufweist, die über entsprechende Statorkanäle die zwischen den Verzahnungen des Zahnrings und des Arbeitsrotors gebildeten Verdrängerzellen funktionsgerecht mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckanschluß am Stator verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsrotor (42) von der Maschinenwelle (52) über ein mit dieser drehfest gekoppeltes innenverzahntes Hohlrad (81) und ein mit ihm verbundenes neben ihm befindliches Getrieberitzel (83) angetrieben wird, welches mit der Innenverzahnung des Hohlrades kämmt, und daß die Zahl der Niederdrucksteueröffnungen (62—69) bzw. der Hochdrucksteueröffnungen (72—79) des Steuerdrehschiebers (54) jeweils gleich der Zahl der Zähne (43a—43/) des Arbeitsrotors (42) multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis der Getriebezahnräder (81,83) ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine, die als Pumpe oder Flüssigkeitsmotor verwendbar ist, mit einem innenverzahnten als Statorteil feststehenden Zahnring und einem damit kämmenden sowie darin exzentrisch, drehbar und umlaufend angeordneten, außenverzahnten Arbeitsrotor, dessen Zähnezahl um eins kleiner ist als diejenige des Zahnringes und der lediglich mit seiner Verzahnung im Zahnring gehalten und geführt, sonst nicht gelagert ist, wobei seine Drehachse mit einer entsprechend seiner Zähnezahl höheren Frequenz um die Drehachse des Zahnrings und einer dazu konzentrischen Maschinenwelle (An- oder Abtriebswelle) umläuft, und mit einem zusammen mit der Maschinenwelle in einem Gehäuseseitenteil gelagerten, drehfest mit dieser verbundenen Steuerdrehschieber, der über seinen Umfang verteilt angeordnete, in abwechselnder Folge als Niederdruck- und Hochdrucksteueröffnungen dienende Steuerkanäle bzw. -nuten aufweist, die über entsprechende Statorkanäle die zwischen den Verzahnungen des Zahnrings und des Arbeitsrotors gebildeten Verdrängerzellen funktionsgerecht mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckanschluß am Stator verbinden.

   Bei einer bekannten Rotationskolbenmaschine dieser Art (s. z. B. die US-PS 30 87 436) ist der Arbeitsrotor mit der Maschinenwelle durch eine Doppelgelenkwelle verbunden. Maschinenwelle, Steuerdrehschieber und Arbeitsrotor haben daher die gleiche Drehzahl, und die Anzahl der Niederdruck- und Hochdrucksteueröffnungen des Steuerdrehschiebers ist jeweils gleich der Zähnezahl des Arbeitsrotors. Die Verwendung einer Doppelgelenkwelle ist in mehrfacher Hinsicht ungünstig. Die Gelenkwelle muß eine gewisse Mindestlänge haben, damit zu große Winkelverlagerungen vermieden werden, was eine oft unerwünscht große Baulänge der Maschine, d. h. des für die Lagerung der Welle und die Aufnahme der Gelenkwelle erforderlichen Gehäuseteils ergibt. Außerdem entstehen Totgangserscheinungen, die besonders dann störend wirken, wenn die Maschine als Motor verwendet wird.

   Ferner stellt die starre Bindung der Wellendrehzahl an die Rotordrehzahl in manchen Anwendungsfällen eine unerwünschte Einschränkung dar. Insbesondere wäre es sowohl beim Motorbetrieb als auch beim Pumpenbetrieb oft zweckmäßig, daß die Drehzahl des Arbeitsrotors größer als die Drehzahl der Maschinenwelle ist. - Wenn die Maschine beispielsweise als Handpumpe verwendet wird, kann im allgemeinen nur eine verhältnismäßig niedrige Wellendrehzahl angewendet werden; wenn sich der Arbeitsrotor ebenfalls , mit dieser niedrigen Drehzahl dreht, ergibt sich eine geringe Förderleistung und eine stoßweise Förderung. Bei Langsamläufermotoren ist das Drehmoment ungleichförmig, wenn sich der Arbeitsrotor mit der niedrigen Drehzahl der Maschinenwelle dreht.

   Weiterhin sind Rotationskolbenmaschinen (siehe die DE-PS 3 40 826) mit einem gleichsam dreizahnigen Gehäusehohlraum und einem darin umlaufenden und kämmenden, ein Bogenzweieck als Umrißkontor aufweisenden Rotor bekannt, bei denen die Mitnahmeverbindung zwischen dem Rotor und der Maschinenwelle in sich als Getriebe ausgebildet ist, das die Umlaufbewegung des Rotors um die Wellenachse ermöglicht und zugleich eine Übersetzung zwischen den Drehzahlen des Rotors und der Welle ergibt. Zu diesem Zweck ist in einem Rotorhohlraum ein innenverzahntes Hohlrad ausgebildet, das mit einem mit der Welle drehfest verbundenen Getrieberitzel kämmt. In diesem Fall ist also die Drehzahl der Welle größer als die Rotordrehzahl. Die Funktion des Steuerdrehschiebers wird dabei von dem Rotor selbst übernommen, der über seitliche Rotorkanäle die im Gehäuse angebrachten Ein- ' und Auslaßöffnungen funktionsgerecht mit den Verdrängerzellen verbindet oder verschließt. Die dazu erforderliche Rotorkonstruktion mit seitlich angebrachten Kanälen bzw. Aussparungen für die Ein- und Ausströmung des Strömungsmittels ist für Drehkolbenmaschinen mit größerer Zähnezahl des Arbeitsrotors kaum brauchbar.

   Ferner ist eine Rotationskolbenmaschine (siehe die US-PS 32 15 043) zu beachten, bei der ebenfalls eine als Übersetzungsgetriebe wirkende Verzahnungsverbindung zwischen Rotor und Welle vorgesehen ist. Rotor und Stator haben in diesem Fall sieben bzw. sechs Förderzähne, wobei nicht das außenverzahnte Innenzahnrad, sondern der innenverzahnte Zahnring den Arbeitsrotor bildet, dessen Achse exzentrisch um die Wellenachse umläuft und der sich dabei um seine eigene Achse dreht. Das außenverzahnte Innenzahnrad ist dagegen koaxial zur Maschinenwelle drehfest mit dem Gehäuse der Maschine verbunden und bildet somit den Stator. Mit dem rotierenden und umlaufenden Arbeitsrotor ist ein innenverzahnter Getriebezahnring verbunden, der mit einem auf der Welle befestigten