DE1728617A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Patentanwälte 1723617

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

P 17 28 617.8-15 19. Oktober 1976

TRW INC.

Unser Zeichen: T 1907

Rotationskolbenmasehine (Ausscheidung aus Patentanmeldung P 15 53 245.3-15)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine, die als Pumpe oder als Flüssigkeitsmotor verwendbar ist, mit einem feststehenden innenverzahnten Außenzahnrad und einem damit kämmenden außenverzahnten Innenzahnrad, dessen Zähnezahl um eins kleiner ist als diejenige des Außenzahnrades und das in Bezug auf das Außenzahnrad eine exzentrische Umlaufbewegung ausführt, bei der sich seine Achse auf einer Kreisbahn um die Achse des Außenzahnrades bewegt, und dabei eine Drehbewegung um seine eigene Achse ausführt, mit einer im Gehäuse der Maschine drehbar gelagerten Maschinenwelle, die über ein aus einem außenverzahnten RitzBl und einem damit kämmenden innenverzahnten Hohlrad bestehendes drehmomentübertragendes Getriebe mit dem Innenzahnrad verbunden ist, und mit einem Steuerdrehschieber, der die zwischen den Verzahnungen der beiden Zahnräder gebildeten Verdrängerzellen funktionsgerecht mit einem Mederdruckanschluß und einem Hochdruokanschluß am Gehäuse verbindet.

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Lei/Gl

Rotationskolbenmaschinen dieser Art ergeben eine Untersetzung zwischen der Drehzahl der Maschinenteile und der Drehzahl des sich drehenden Zahnrades, ohne dessen Umlaufbewegung zu hindern. Es besteht aber das Problem der richtigen Umsteuerung der Strömung zu bzw. von den Verdrängerzellen. Bei einer aus der DT-PS 340 826 bekannten Rotationskolbenmaschine der eingangs angegebenen Art, bei welcher das Innenzahnrad nur zwei Zähne hat, wird die Punktion des Steuerdrehschiebers von dem Innenzahnrad selbst übernommen, das die im Gehäuse angebrachten Ein- und Auslaßöffnungen schließt. Dies erfordert aber eine komplizierte Konstruktion mit im Innenzahnrad angebrachten Aussparungen für die Ein- und Ausströmung des Strömungsmittels; eine solche Lösung ist für Drehkolbenmaschinen mit größerer Zähnezahl der Zahnräder nicht mehr brauchbar.

In der US-PS 3 215 043 ist eine Rotationskolbenmaschine beschrieben, bei der ebenfalls ein Übersetzungsgetriebe zwischen das rotierende und kreisende Zahnrad und die Welle eingeschaltet ist, die Zahnräder aber größere Zähnezahlen haben. Das Problem der richtigen Umsteuerung ist in diesem Pail dadurch gelöst, daß nicht das außenverzahnte Innenzahnrad, sondern das innenverzahnte Außenzahnrad den Arbeitsrotor bildet, dessen Achse 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. An dem rotierenden und umlaufenden Außenzahnrad ist ein innenverzahnter Getriebezahnring ausgebildet, der mit einem auf der Welle befestigten Getrieberitzel kämmt. In der die Verdrängerzellen begrenzenden Seitenwand des Gehäuses sind zwei koaxiale Ringnuten angebracht, die mit dem Niederdruckanschluß bzw. dem Hochdruckanschluß der Maschine in Verbindung stehen. Im Außenzahnrad angebrachte Öffnungen

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"bringen im Zusammenwirken mit öffnungen einer Verteilerplatte die Verdrängerzellen infolge der exzentrischen Bewegung des Außenzahnrads abwechselnd mit der einen und der anderen Ringnut in Verbindung. Diese Lösung ist offensichtlich nicht anwendbar, wenn das innenverzahnte Außenzahnrad als Stator feststeht.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Rotationskolbenmaschine der eingangs angegebenen Art mit einer einfachen Ausbildung des Steuerdrehschiebers.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Steuerdrehschieber im Gehäuse koaxial zur Maschinenwelle drehbar gelagert und über eine Mitnehmerverbindung mit dem Innenzahnrad derart verbunden ist, daß er sich mit der Drehzahl der Kreisbewegung dreht.

Bei der Rotationskolbenmaschine nach der Erfindung wird bei beliebigem Übersetzungsverhältnis zwischen Maschinenwelle und Innenzahnrad die richtige Umsteuerung der Strömungsmittelverbindungen zu und von den Verdrängerzellen mit einer sehr einfachen Ausbildung des Steuerdrehschieber dadurch erhalten, daß dieser mit der Drehzahl der Kreisbewegung umläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der Steuerdrehschieber nur zwei sich jeweils über den halben Umfang erstreckende Steuernuten, die ständig mit dem gleichen Anschluß verbunden sind und jeweils mit den auf der entsprechenden Umfangshälfte liegenden Verdrängerzellen in Verbindung kommen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

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Pig. 1 einen längsschnitt durch eine Rotationskolbenmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Maschine entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,

Pig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Pig. 1 und

Pig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 von Pig.

Die in der Zeichnung dargestellte Rotationskolbenmaschine ist symmetrisch ausgebildet und kann bei jeder Drehrichtung der Maschinenwelle durch entsprechende Zuordnung der Ansohlüsse zur Niederdruckseite und zur Hochdruckseite wahlweise als Pumpe oder als Motor betrieben werden. Sie wird nachstehend in ihrer Verwendung als Pumpe beschrieben.

Sie Maschine weist ein Gehäuse 135 auf, das mit einer Axialbohrung 136 versehen ist, in der eine Antriebswelle 138 gelagert ist. An dem in Pig. 1 linken Ende ist ein Ritzel 146 koaxial und drehfest an der Antriebswelle angebracht. Ein innenverzahntes Außenzahnrad 142 ist in dem Gehäuse am linken Ende der Antriebswelle feststehend angeordnet, und in dem Außenzahnrad 142 ist ein damit kämmendes außenverzahntes Innenzahnrad 144 derart exzentrisch angeordnet, daß es sich um seine eigene Achse drehen und dabei eine kreisende Umlaufbewegung um die Achse des Außenzahnrades 142 ausführen kann. Die Zähnezahl des Innenzahnrades 144 ist um eins kleiner als die Zähnezahl des Außenzahnrades 142; bei dem dargestellten Beispiel hat das Außenzahnrad 142 sieben Zähne und das Innenzahnrad 144 sechs Zähne (Pig. 4). Bei der Dreh- und Kreisbewegung des Innenzahnrades 144 in dem Außenzahnrad 142 entstehen somit zwischen den Verzahnungen der beiden Zahnräder Verdrängerzellen A, B, C, D, E, F, G (Pig. 4), die abwechselnd größer

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und kleiner werden. Durch diese Volumenänderung entsteht die gewünschte Forderwirkung der Pumpe oder, im Fall eines Motors, die Antriebswirkung. Um hierbei das Strömungsmittel funktionsgerecht in die Verdrängerzellen A bis G- einzuführen bzw. aus diesen abzuführen, sind im Gehäuse 135 seitlich neben den beiden Zahnrädern 142, 144 Gehäusekanäle 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164 ausgebildet, die jeweils in eine der Verdrängerzellen münden und über einen Steuerdrehschieber 149 der Reihe nach mit dem Mederdruckanschluß 151 bzw. dem Hochdruckanschluß 157 in Verbindung gebracht werden. An dem Innenzahnrad 144 ist ein innenverzahntes Hohlrad 140 ausgebildet, das sich gemeinsam mit ihm dreht und kreist. Das an der Antriebswelle 138 angebrachte Ritzel 146 kämmt mit der Innenverzahnung des Hohlrades 140. Dadurch ist die Übertragung des Drehmoments von der Antriebswelle 138 auf das Innenzahnrad 144 möglich, ohne daß dessen kreisende Umlaufbewegung gestört wird. Zugleich wird eine Untersetzung zwischen der Drehzahl der Antriebswelle 138 und der Drehzahl der Eigendrehung des Innenzahnrades 144 erhalten. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat das Hohlrad 140 achtzehn Zähne und das Ritzel 146 hat zwölf Zähne, so daß das Untersetzungsverhältnis 3 : 2 besteht. Eine Umdrehung der Antriebswelle hat somit zur Folge, daß das Innenzahnrad 144 zwei Drittel einer Umdrehung macht.

Der Steuerdrehschieber 149 hat eine axiale Mittelbohrung 150, die ständig mit dem Niederdruckanschluß 151 über radiale Öffnungen 152 in Verbindung steht. Die Bohrung 150 steht ferner über Öffnungen 155 mit einer halbkreisförmigen Einlaß-Steuernut 148 in Verbindung, die durch Steuerrippen 153 und 154 begrenzt ist. Die Steuerrippen 153 und 154 begrenzen auf der anderen Seite eine gleichfalls halbkreisförmige Auslaß-Steuernut 156, die ständig

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mit dem Hochdruckansohluß 157 in Verbindung steht. Die beiden Steuernuten 148 und 156 sind so ausgeführt, daß sie bei der Drehung des Steuerdrehschiebers an den Gehäusekanälen 158 bis 164 vorbeilaufen, wodurch die Verdränger zellen A bis G nacheinander funktionsgerecht zum Teil mit dem Niederdruckanschluß 151 und zum Teil mit dem Hochdruckanschluß 157 in Verbindung gebracht werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform dreht sich das Innenzahnrad 144 relativ zu dem Außenzahnrad 142, wobei seine Drehachse zugleich auf einer Kreisbahn um die Achse des Außenzahnrades umläuft, die mit der Achse der Antriebswelle 138 zusammenfällt. Bei jeder vollständigen Umdrehung des Innenzahnrades 144 um seine eigene Achse kreist seine Achse sechsmal um die Achse des Außenzahnrades 142. Damit das Strömungsmittel mit der beschriebenen Ausbildung des Steuerdrehschiebers funktionsgerecht zu und von den Verdrängerzellen A bis G gefördert wird, muß der Steuerdrehschieber bei jedem Umlauf des Innenzahnrades 144 eine vollständige Umdrehung um seine eigene Achse ausführen. Mit anderen Worten: die Drehzahl des Steuerdrehschiebers 149 muß gleich der Drehzahl der Umlaufbewegung des Innenzahnrades 144 sein. Um das zu erreichen, ist der Steuerdrehschieber 149 mit einem Langloch 167 versehen, in das ein Stift 168 ragt, der als fester Bestandteil des Innenzahnrades 144 ausgebildet ist. Wenn das Innenzahnrad 144 bei seiner Kreisbewegung einen Umlauf ausführt, dreht der Stift 168 den Steuerdrehschieber 149 um eine vollständige Umdrehung. Dies ergibt die richtige Drehfolge für den Steuerdrehschieber, so daß jeweils die sich zusammenziehenden Verdrängerzellen mit dem Hochdruckanschluß 157 in Verbindung stehen und gleichzeitig die sich erweiternden Verdrängerzellen mit dem Niederdruckanschluß 151 in Verbindung gebracht werden.

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Wenn die Antriebswelle 138 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, werden offensichtlich die Punktionen der Anschlüsse 151 und 157 ebenso wie diejenigen der Steuernuten 148 und 156 des Steuerdrehschieber vertauscht. Wenn angenommen wird, daß das Innenzahnrad 144 in Pig. 2, 3 und 4 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird das Volumen der Verdrängerzellen A, B und C verkleinert (Pörderhut), und das Volumen der Verdrängerzellen E, P und G- vergrößert sich (Ansaughut). Die Verdrängerzelle D befindet sich in einer neutralen Übergangsstellung. Unter diesen Bedingungen tritt Strömungsmittel aus den Verdrängerzellen A, B und C durch die Gehäusekanäle 159, 160 und 161 zur Auslaß-Steuernut 156 des Steuerdrehschiebers aus, die wiederum mit dem Hochdruckanschluß 157 in Verbindung steht. Die Verdrängerzellen E, P und G stehen über die Gehäusekanäle 163, 164 bzw. 158, die Einlaß-Steuernut 148, die Öffnungen 155, die Bohrung 150 und die Öffnung 152 mit dem Mederdruckanschluß 151 in Verbindung. Bei dieser Drehung im Uhrzeigersinn führt das Innenzahnrad 144 eine Kreisbewegung im Gegenuhrzeigersinn aus, und die durch den Stift 168 und das langloch 167 gebildete Mitnehmerverbindung bewirkt, daß der Steuerschieber 149 gleichfalls im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Wie oben erwähnt, werden bei einer Umkehrung der Drehrichtung des Innenzahnrades die Einlaß- und Auslaßfunktionen im Pumpenbetrieb vertauscht. Es ist unmittelbar zu erkennen, daß die Maschine unterschiedslos in der einen oder der anderen Drehrichtung als hydraulischer Motor arbeitet, wenn entweder dem Anschluß 151 oder dem Anschluß 157 ein Druckmittel zugeführt wird.

Die Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle 138 und dem Innenzahnrad 144 in Porm des Ritzels 146 und des Hohlrades 140 ergibt eine Untersetzung zwischen der Drehzahl

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der Antriebswelle und der Drehzahl des Innenzahnrades und zugleich eine Drehmomentübertragung, bei der die ein Verkanten des Innenzahnrades verursachenden Kräfte sehr gering sind. Diese Eigenschaft ist besonders günstig, wenn die Maschine als Motor arbeitet·

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Rotationskolbenmaschine, die als Pumpe oder als Flüssigkeitsmotor verwendbar ist, mit einem feststehenden innenverzahnten Außenzahnrad und einem damit kämmenden außenverzahnten Innenzahnrad, dessen Zähnezahl um eins kleiner ist als diejenige des Außenzahnrades und das in Bezug auf das Außenzahnrad eine exzentrische Umlaufbewegung ausführt, bei der sich seine Achse auf einer Kreisbahn um die Achse des Außenzahnrades bewegt, und dabei eine Drehbewegung um seine eigene Achse ausführt, mit einer im Gehäuse der Maschine drehbar gelagerten Maschinenwelle, die über ein aus einem außenverzahnten Ritzel und einem damit kämmenden innenverzahnten Hohlrad bestehendes drehmomentübertragendes Getriebe mit dem Innenzahnrad verbunden ist, und mit einem Steuerdrehschieber, der die zwischen den Verzahnungen der beiden Zahnräder gebildeten Verdrängerzellen funktionsgerecht mit einem Fiederdruckanschluß und einem Hochdruckanschluß am Gehäuse verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdrehschieber (149) im Gehäuse (135) koaxial zur Maschinenwelle (138) drehbar gelagert und über eine Mitnehmerverbindung (167, 168) mit dem Innenzahnrad (144) derart verbunden ist, daß er sich mit der Drehzahl der Kreisbewegung dreht.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdrehschieber (149) zwei sich jeweils über die Hälfte seines Umfangs erstreckende Steuernuten (148) aufweist, die bei seiner Drehung nacheinander mit den Verdrängerzellen (A bis G) in Verbindung kommen, und von denen die eine Steuernut (148) dauernd mit dem Mederdruckanschluß (151) und die andere Steuernut (156) dauernd mit dem Hochdruckanschluß (157) verbunden ist.

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- ίο -

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdrehschieber (149) eine exzentrische öffnung (167) aufweist, in die ein am Innenzahnrad (144) angebrachter Stift (168) eingreift.

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L e e r s e i t e