DE2249395A1 - Hydraulische kraftuebertragungsvorrichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.¥eickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

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^ΛαΛ L· LH<3 Oy Q MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

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HYDRAULIC PEODUOiES INCORPORATED, 7900 Durand Avenue, Sturtevant, Wisconsin, VoStoA·

Hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft hydraulische Kraftübertragungsvorrichtungen und zwar eine hydraulische Pumpe oder einen hydraulischen Motor vom Zahnradtyp, insbesondere vom Gerotortyp, mit teilweise im Eingriff stehenden inneren und äußeren Zahnradelementen, die sich in einem Gehäuse drehen, wobei das äußere Zahnradelement exzentrisch zum inneren Zahnradelement angeordnet ist* Die Erfindung zielt auf Verbesserungen solcher Vorrichtungen ab, durch die ein glatterer ruhigerer Betrieb mit verminderten DrehmomentSchwankungen erreicht und das Startdrehmoment verbessert wirdj, wenn die Vorrichtung als Motor arbeitete

Pumpen oder Motoren vom Gerotortyp sind bereits "bekannt· Die bekannten Vorrichtungen haben einen Startwiderstand, wenn sie als Motor verwendet werden. Dies beruht auf einem radialen Ungleichgewicht der Kräfte an dem äußeren Zahnradelement, wenn am Motor der Fluiddruck angelegt wird, mit der Folge, daß das äußere Zahnradelement dazu neigt, sich an der benachbarten Wand des Gehäuses festzufressen«) Bei Verwendung als Pumpe sind diese Vorrichtungen zudem geräuschvoll im Betrieb und haben Drehmomentschwankungen, die von der Einsperrung des Fluids in den Kreuzungsbereichen der

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Vorrichtung herrühren« Die genannten Mängel der bekannten Vorrichtungen werden von der Erfindung behobene

Die Erfindung will eine neue hydraulische Kraftübertragungavorriohtung schaffen, die frei von den Mängeln der bisher bekannten Vorrichtungen ist, einen glatten, ruhigen Gang hat und bei Verwendung als Motor ein verbessertes Start«· drehmoment aufweist· Sie Verbesserung des Startdrehmomentes soll erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß der Außenumfang des äußeren Zaiinrad element es dem Fluiddruck ausgesetzt wird mit Hilfe einer begrenzten Fluid strömung, die einen gesteuerten Druckabfall ergibt, so daß man beim Starten des Motors ein radiales Gleichgewicht erreichte Die Verbesserung des Geräusches und der Laufeigenschaften wird duroh einen Sammelraum begrenzter Kapazität erzielt, der jeweils an den Kreuxungebereiohen angeordnet ist, und mit entgegengesetzten Seiten sowohl des inneren als auoh des äußeren Zahnradelemente« und auoh mit einem etwa zwischen diesen vorhandenen Raum in Verbindung steht_v so daß der Fluiddruck auf die beiden Seiten der Zahnradelemente einwirkt und ein axiales Gleiohgewicht herstellt, wobei der Sammelraum unter Ausnutzung des Druokelaatizitätsmoduls des Fluids den Gesamtraum, der das Fluid in den Kreuzungsbereiohen umschließt, effektiv verändert. Sowohl die radiale Ausbalancierung des äußeren Zahnradelementes ala auch die Anbringung von Sammelräumen geschieht erfindungsgemäß duroh einfache Bearbeitungen am Gehäuse der Vorrichtungen, durch die Strömungskanäle vom Einlaß und Aualaß der Vorrichtung zu dem Raum an der Außenseite des äußeren Zahnradelementes geschaffen werden und ziemlich kleine Hohlräume in den Wänden des Gehäuses an entgegengesetzten Seiten dea inneren und äußeren Zahnrad«· elementes als Sammelräume ausgeformt werden₀

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiele anhand der

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beigefügten Zeichnungen hervor· Es zeigeni

Fig.i eine Seitenansicht der hydraulischen Kraftübertragungsvorriehtung, teilweise als Schnitt nach der linie 1-1 der Fig_e2j

Fig.2 einen vertikalen Schnitt, etwa nach der linie 2-2 der Pig»1j

Pig.3 einen Schnitt etwa naoh der Linie 3-3 in Pig«2β

In den Fig#1 und 2 ist die hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einem AusfüHffungsbeispiel dargestellt. Ein mehrteiliges Gehäuse hat äußere (Teile 10 und 11, zwischen denen ein Gehäusering 12 befestigt ist, wobei zwischen diesen Teilen eingelegte Sichtringe und 15 für eine flüssigkeitsfeste Abdichtung sorgen· Der Gehäusering 12 ist mit dem äußeren Gehäuseteil 10 mittels mehrerer Stifte 20 ausgerichtet und außerdem sind eine Reihe von Schrauben 21 vorgesehen, die duroh die äußeren Gehäuseteile 10, 11 und durch den Gehäusering 12 treten und das Gehäuse fluiddicht zusammenhalten« Die äußeren Gehäuseteile 10 und 11 sind jeweils mit einem lager 25 bzw· 26 versehen, in dem eine Welle 30 gelagert ist, die als Antriebswelle dient, wenn die Vorrichtung als Pumpe arbeitet, und ale Kraftabgabewelle, wenn die Vorrichtung als Motor arbeitet·

Zwischen beiden äußeren Gehäuseteilen 10 und 11 und umgeben von dem Gehäusering 12 sind zwei Zahnradelemente des Gerotortyps angeordnet· Zu diesen Elementen gehört ein inneres Zahnradelement 35, das auf der Welle 30 verkeilt und konzentrisch zur Rotationsachse der Welle angeordnet ist· Das zweite Element ist ein äußeres Zahnradelement 36, das in einer Kammer drehbar gehaltert ist, die von gegenüberliegenden Stirnflächen der äußeren Gehäuseteile 10 und 11 und von einer inneren Wand 37 des Gehäuseringes 12 begrenzt ist«

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Diese innere Wand let zylindrisch} ihre Mittelaohee ist exzentrisch versetzt zur Rotationeaohse der Welle 30 und des inneren Zahnradelementee 35· Dies ist Ublioh bti einer hydraulischen Kraftübertragungavorriohtung vom Gerotortyp· Mit den eeohe Zähnen 40 an dem inneren Zahnradelerneut 35 und den sieben inneren Zähnen 41 am äußeren Zahnradelement 36 werden auf diese Weise mehrere Fluidkammern in den Räumen zwischen den Zahnradeiern enten hergestellt·

In dem äußeren Gehäuseteil 11 sind zwei Pluidkanäle vorgesehen, die an ihren äußeren Enden mit Gewinden 45ι 46 zum Ansohluß von Rohrleitungen versehen sind und die an ihren inneren Enden derart geformt sind, daß zwei nierenförmige Pluiddurchlasaβ in der Stirnfläche des äußeren Gehäuseteil* 11 auf der einen Seite der Zahnradelemente 35 und 36 gebildet sind. Einer dieser Pluiddurohläsee 50 ist in Flg.1 und gestriohelt auoh in Pig.2 dargestellt. Bei Drehung der Zahnradelemente im Uhrseigersinn gemäß Fig·2 befindet sich das vorauslaufende Ende des Fluiddurohlasses 50 bei 51 % sein hinteres Ende bei 52. Wenn die Vorrichtung als Pumpe arbeitet, stellt dieser Durchlaß eine Saugöffnung dar, die mit einer Pluidquelle verbunden ist. Der zweite Pluiddurohlaß 55 ist in Pig·2 gestrichelt dargestellt. Bei der erwähnten Drehriohtung der Zahnradelemente hat er ein vorauslaufendes Ende 56 und ein hinteres Ende 57· Bei Verwendung als Pumpe ist dies die Druoköffnung. Durch das Zusammenwirken der Zahnradelemente entstehen zwei Kreuzungsberelohe, wo die Fluidverbindung zwischen den Öffnungen 50 und 55, sowie die Verbindung zwischen den Fluidkammern, die dann mit den entsprechenden Öffnungen verbunden sind, gesperrt ist·

In Pig·2 ist ein Zahn 41a des äußeren Zahnradelementes 36 eng eingesohmiegt in den angepaßten Zahnzwieohenraum des inneren Zahnradelementes 35 an einem Kreuzungsbereioh gezeigt. Der andere Kreuzungsbereioh wird duroh den Kontakt

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zweier Zähne 40a und 40b des inneren Zahnradelementes 35 mit Zähnen 41b und 41 ο des äußeren Zahnradelementes 36 her» gestellt. Nimmt man wieder eine Drehung der Zahnradelemente im Uhrzeigersinn an, so gibt es einen allmählich größer werdenden Baum swisohen den Zahnradelementen im Lauf von dem durch den Zahn 41a des äußeren Zahnradelementeß gebildeten Kreuzungsbereioh zu dem anderen Kreuzungsbereioh, der Fluid in die Pumpe einsaugt, wobei die Fluidkammern jenseits des letztgenannten Kreuzungsbereiehes allmählich kleiner werden und Fluid aus der Vorrichtung herauspumpen, bis sie den Kreuzungsbereioh mit dem Zahn 41a erreichen·

Die lluidanschlüsse der Vorrichtung können in bekannter Weise vertauscht werden, so daß der Durohlaß 50 mit einer Druckfluidquelle verbunden ist. Dann arbeitet die Vorriohtung als Motor und treibt die Kraftabgabewelle 30 an«.

Die Stirnfläche des äußeren G-ehäuseteils 10 ist mit nieren« förmigen Einsenkungen 60 und 61 versehen, die ähnlich geformt sind wie die Fluiddurchlässe 50 und 55, um die auf die Zahnradelemente aufgrund der Fluiddurchlässe 50 und 55 einwirkenden Kräfte auszugleichen«)

Wenn die hydraulische KraftÜbertragungsvorriohtung als Motor arbeitet und Druckfluid an die öffnung 50 angeliefert wird, herrscht beim Starten ein hydrostatischer Zustand, bei dem die auf die Zahnradelemente hydraulisch einwirken» den Kräfte in ihrer Resultierenden das äußere Zahnradelement 36 im allgemeinen in Richtung des Pfeiles A in Figo2 drücken. Daraus entsteht die Gefahr, daß sich das äußere Zahnradelement 36 beim Start festfrißt. Verbesserungen für das Startdrehmoment werden dadurch erzielt, daß man einen Fluiddruck auf den Außenumfang des Zahnradelementes 36 einwirken läßt· Der Druck auf die Außenfläche des äußeren Zahnradelementes entsteht durch eine gedrosselte Fluid strömung

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durch einen Kanal, der das äußere Zahnradelement umgibt und yon den angrenzenden Stirnflächen der äußeren Gehäuseteile 10, 11 und der Wand 37 des Gehäuseringea 12 zusammen mit dem äußeren Zahnradelement gebildet wird. Die gedrosselte Strömung liefert einen gesteuerten Druckabfall für einen radialen Lastausgleich des äußeren Zahnradelementes 36 aufgrund der speziellen örtliohen Anordnung des Einlasses und des Auslasses für-die Fluidströmung zu bzw· aus dem das äußere Zahnradelement 36 teilweise umgebenden Kanäle Wie insbesondere aus den Figoi und 2 ersichtlich, ist der Pluiddurohlaß 50 die Druoköffnung, wenn die Vorrichtung als Motor arbeitet, und ein Kanal 70 verbindet die Einlaßöffnung 45 mit einer in der Innenwand 37 des Gehäuseringes 12 gebildeten Einsenkung 71· Eine gesteuerte, begrenzte Strömung verläuft dann um die Außenfläche des äußeren Zahnradelemen« tee 36, bis sie eine Einsenkung 72 an der Innenwand 37 des Gahäuseringes 12 erreicht. Die Einsenkung 72 steht mit dem Fluidauslaß 46 über einen Kanal 73 in dem äußeren Gehäuse«· teil 11 in Verbindung.

Der Fluidfilm rollt zusammen mit dem äußeren Zahnradelement 36 und bewegt letzteres von dem Gehäusering 12 weg.

Die Lage der Einsenkungen 71 und 72 fällt annähernd mit dem Beginn 51 des Fluiddurchlasses 50 und dem Ende 57 des Fluiddurchlasses 55 zusammen. Mit dem Eintritt von Druck an der Stelle 71 entsteht eine Kraft, die entgegen der durch den Pfeil A gekennzeichneten arretierenden Kraft wirkt«,

Die hydraulische Kraftübertragungsvorriohtung weist ferner eine verbesserte Konstruktion zur Erzielung eines ruhigeren, gleichmäßigeren Laufes mit geringeren Drehmomentschwankungen oder -pulsationen auf» Diese Konstruktion hat die Form einer Sammelraumanordnung begrenzter Kapazität, die von mehreren Vertiefungen in den Stirnflächen der äußeren

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Gelläuseteile 10 und 11 gebildet wird· Diese sind derart angeordnet» daß sie das innere und äußere Zahnradelement in Achsrichtung ausbalancieren. Die Sammelraumanordnung besteht aus drei Paaren von Vertiefungen, wobei eine Vertiefung jedes Paares in dem äußeren Gehäuseteil 10 und die andere in dem äußeren Gehäuseteil 11 ausgebildet ist. Diese paarweisen Vertiefungen sind in Figo 3 gezeigt» und zwar ein erstes Vertiefungspaar bei 80 und 81, ein zweites bei 82 und 83 und ein drittes bei 84 und 85· Davon sind die Vertiefungen 80, 82 und 84 in dem äußeren Gehäuseteil 10 und die Vertiefungen 81, 83 und 85 in dein äußeren Gehäuseteil 11 angebrachte

Die Vertiefungen des ersten Paares 80 und 81 befinden sich in dem Kreuzungsbereich mit dem Zahn 41a des äußeren Zahnradelementes 36, wobei der Mittelpunkt der kreisförmigen Vertiefung auf dem Kerndurchmesser des inneren Zahnradelementes 35 zentriert ist. Auf diese Weise wirkt das in den Vertiefungen 80 und 81 befindliche Fluid in gleicher Weise auf die praktisch gleichen Flächen an den Seiten sowohl des inneren wie auch des äußeren ZahnradelementeSo

Das «weite und das dritte Vertiefungspaar befinden sich am anderen Kreuzungsbereieh* Die beiden Vertiefungen 82 und 83 sind auf dem Kerndurchmesser des inneren Zahnradelementes 35 zentriert, während das dritte Vertiefungspaar 84 und 85 auf dem Kerndurohmesser des äußeren Zahnradelementes 36 eingemittet ist. Die Vertiefungspaare stehen mit den Fluidkam« mern an den Kreuzungsbereiohen in Verbindung, in welchen das eingesperrte Fluid einer Kompression sowie einer Kavitation unterworfen wird ο Die Vertiefungspaare stellen «u«* sätzliohe fluidhaltige Räume dar, so daß der Druckelastizitätsmodul des darin festgehaltenen Fluids eine Akkumulator·· wirkung schaffen kann, die als Kompensation für Kompression, Kavitation, Toleranz und naturgemäße Frequenzsohwankungea

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In der mechanischen Struktur dient. Zudem wirken die Vertiefungen auch nooh ale Auegleichsöffnungen, die für eine axiale Balanoe am inneren und äußeren Zahnradelement 35 und 36 sorgen·

Die Kapazität der paarweieen Vertiefungen 82 - 85 BaB auf eine Fluidkapazität begrenzt werden, da, wenn lie zu groß ist, die von ihr auegehende Wirkung zu langsam ist (beim Vereuoh, die Kompreeslonsrate zu steuern) und ein nachlässiges System entstehen würde·

Andererseits müssen die Vertiefungen eine genügende Kapazität haben, damit der Gesamteffekt des Druokelastizltätsmoduls des Fluids die gewünschten Ergebnisse liefert· Duron Versuohe wurde gefunden, daß ein befriedigender Betrieb erzielt wird, wenn die Vertiefungen 82-85 ein gesamtes fluid-· volumen im Bereich von etwa 3 bis 20jf des Volumens einer Fluidkämmer maximaler Grüße hat, vorzugsweise ein soloheβ im Bereloh von 5 bis 1OJ*.

Die Vertiefungspaare 80-85 sind stete gegen die Fluiddurohlässe 50 und 55 abgesperrt· Die jeweils in einem der Gehäuseteile angeordneten Vertiefungen liegen auf einer Linie, die sich radial zur Welle 30 und zum inneren Zahnradelement 35 erstreckt und die mit der Linie zusammenfällt, auf der die Zahnradelemente exzentrisch zueinander versetzt sind·

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Claims (1)

1. Ansprüohe

   !•!Hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung mit einem Ge-""'^ häuse, in dem ein inneres und ein äußeres Zahnrad element teilweise miteinander kämmend drehbar angeordnet sind, wobei das äußere Zahnradelement mit einer Innenverzahnung versehen und exzentrisch zum inneren Zahnradelement an·· gebracht ist, so daß eine Reihe von Fluidkammern awi» sehen diesen Zahnradelementen gebildet werden, und wobei die Zahnradelemente mit ihren kämmenden Zähnen zwei Kreuzungsbereiche bilden, an denen die fluidverbindung zwischen den Fluidkammern zu beiden Seiten des jeweiligen Kreuzungsbereiches blockiert ist, und wobei zwischen den Kreuzungsbereichen in dem Gehäuse jeweils eine nierenför« mige Fluidöffnung angebracht ist, gekennzeichnet durch eine solche Fluidführung, daß der Außenumfang des äuße~ ren Zahnradelementes (36) einem für einen radialen Belastungsausgleich sorgenden Fluiddruck ausgesetzt wird, und durch eine an den Kreuzungsbereichen vorgesehene Sammelraumanordhung (80-85), die mit beiden Seiten des inneren und äußeren Zahnradelementes (35, 36) in Verbindung steht und auch mit dem zwischen beiden gebildeten Baum, so daß die beiden Zahnradelementθ in axialer Rieh« tung ausbalanciert sind, um das lauf geräusch zu verrin·* gern und die DrehmomentSchwankungen zu reduzieren·

   2· Hydraulische Kraftübertragungsvorriohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Motor arbeitet und daß die Fluidführung für den radialen Belastungsaus«· gleich des äußeren Zahnradelementes einen gedrosselten Strömungspfad von der den Fluiddruck empfangenden Fluid» öffnung (50) zur Auslaßöffnung (55) umfaßt, der um den Außenumfang des äußeren Zahnradelementes (36) von einer Stelle nächst dem vorauslaufenden Ende (51) der Druck« fluid-Einlaßöffnung (50) zu einer Stelle nächst dem Hin«

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   terende (57) äer Auelaßöffnung (55) verläuft.

   3. Hydraulische Kraftübertragungsvorriohtung naoh Anspruch

   2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem gedrosselten Strömungspfad zwei Kanäle (70, 73) in dem Gehäuse gehören, die sieh jeweils von einer der Fluidöffnungen (50, 55) bis zu einer Einsenkung (71» 72) erstreoken, die an der einen bzwo der anderen genannten Stelle in einem das äußere Zahnradelement umgebenden Gehäuseteil (12) ausgebildet sind.

   4· Hydraulische KraftUbertragungavorriohtung naoh Anspruch

   3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidströmung in dem gedrosselten Strömungspfad in Drehrichtung des äußeren Zahnradelementes erfolgt, so daß sich das hydraulisch· Fluid in dem äußeren Zahnradelement abwälzt·

   5· Hydraulisohe Kraftübertragungsvorriohtung naoh einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Samaielraumanordnung aus Vertiefungen (80-85) besteht, die in dem Gehäuse ausgebildet sind»

   6« Hydraulisehe Kraftübertragungsvorriohtung naoh Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß drei Paare von Vertiefungen (80,81; 82,83f 84,85) vorgesehen sind, die alle drei in den Kreuzungsbereichen angeordnet sind, und zwar ein Paar (80, 81) zentriert auf dem Kerndurohneeser dea inneren Zahnradelementes (35) an dem Kreuzungsbereich, wo ein Zahn (41a) des äußeren Zahnradelementes mit seiner Spitze sich eng an den Zahnfuß des im Eingriff stehenden Zahnzwisohenraums des inneren Zahnradelementes (35) anlegt, die beiden anderen Paare (82, 83f 84, 85) am anderen Kreuzungsbereich, wo sich eine Fluidkammer maximaler Größe befindet, und zwar das zweite Paar (82, 83) zentriert auf dem Kerndurohmesser des inneren Zahnrad-

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   elementes und das dritte Paar (84» 85) zentriert auf dem Kerndurohmesser des äußeren Zahnradelementes, wobei die beiden Vertiefungen eines jeden Paares in dem Gehäuse su beiden Seiten der Zahnradelemente ausgebildet sind und alle Vertiefungen auf ein und derselben Seite der Zahnradelemente auf einer Linie liegen, die radial sum inneren Zahnradelement verl&ufto

   7· Hydraulisehe Kraftübertragungsvorriohtung naoh einem der Ansprüohe 1,5 öder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als hydraulische Pumpe vom Gerotortyp arbeitet«

   8· Hydraulische Kraftübertragungsvorriohtung naoh Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden letzt» genannten Vertiefungspaare aus kreisförmigen Vertiefungen begrenzter !Tiefe bestehen, die zusammen eine begrenzte Fluidmenge von etwa 3 bis 20 J& des Volumens einer maxi« aalen lluidkammergröße, vorzugsweise von etwa 5 bis 10 Ί» dieses Volumens aufnehmen·

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