DE2402283B2 - Hydrostatische pumpe bzw. hydrostatischer motor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine hyrostatische Pumpe bzw. einen hydrostatischen Motor mit einem in einem Gehäuse angeordneten Rotor, der mit geringem axialen Spiel druckausgeglichen zwischen den Stirnwänden des Gehäuses angeordnet ist und der mehrere in seinem «5 Außenumfang ausgebildete Verdrängungskammern aufweist, die sich über die ganze Breite des Rotors erstrecken und von in einer, die eine Stirnwand bildenden Steuerplatte angeordneten Steuerkanälen mit Druckflüssigkeit versorgt und entsorgt werden, und wobei in den Verdrängungskammern Rollen als Verdrängungskörper wirken, welche an einer konzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordneten inneren Wellenbahn abrollen und wobei in dem Raum zwischen dem Außenumfang des Rotors und der Wellenbahn keine Druckflüssigkeit wirksam ist.

Eine derartige Pumpe bzw. ein derartiger Motor ist aus der DT-OS 20 52 497 bekannt. Hierbei sind zur Erzielung des Druckausgleiches für den Rotor die öffnungen der in der Steuerplatte angeordneten Steuerkanäle über Kanäle, die den Rotor durchsetzen, mit Schlitzen verbunden, die in der der Steuerplatte gegenüberliegenden Stirnwand bzw. in der entsprechenden Seite des Rotors angeordnet sind. Der Kanal steht unmittelbar mit der Verdrängungskammer in Verbindung und überträgt den in der jeweiligen öffnung herrschenden Strömungsmitteldruck an die gegenüberliegende Rotorseite. Da die Schlitze mit dem Kanal verbunden sind, wird die den öffnungen der Steuerkanäle gegenüberliegende Rotorseite mit dem im Kanal herrschenden Strömungsmitteldruck beaufschlagt. Die Schlitze sind gegenüber diesen öffnungen derart angeordnet, daß sich der in ihnen befindliche Strömungsmitteldruck in Abhängigkeit davon, mit welcher öffnung die Verdrängungskammer verbunden ist, ändert. In jedem der Schütze ist daher ein Strömungsmitteldruck vorhanden, der dem zu diesem Zeitpunkt an der gegenüberliegenden Seite des Rotors angreifenden Strömungsmitteldruck entspricht. Auf diese Weise wird an beiden Rotorseiten eine im wesentlichen gleich große Druckbeaufschlagung aufrechterhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nicht nur einen axialen Schubausgleich des Rotors, d.h. durch Druckübertragung von der einen auf die andere Seite des Rotors, zu erzielen sondern gleichzeitig einen Druckausgleich zu schaffen, durch den der Rotor in einer mittleren Lage zwischen den ihn einschließenden beiden Stirnwänden gehalten wird, d. h. es sollen beiderseits des Rotors zwischen dessen Stirnflächen und den benachbarten Stirnflächen der Stirnwände Spalte geschaffen werden, die eine unmittelbare Berührung der Stirnflächen ausschließen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer eingangs beschriebenen hydrostatischen Pumpe bzw. einem hydrostatischen Motor dadurch gelöst, daß der radial innerhalb der Steuerkanäle liegende Ringspalt zwischen der Stirnfläche an der Steuerplatte und der daran liegenden Rotorfläche durch einzelne axiale Überleitkanäle mit einer Ringnut in der Rotorfläche an der anderen Seite des Rotors verbunden ist und daß der radiale innerhalb der Ringnut liegende Ringspalt zwischen dieser Rotorfläche und der Stirnfläche der Stirnplatte radial innen durch einen mit der Niederdruckseite verbundenen Ringraum begrenzt ist.

Zur Erzielung des Druckausgleiches für den Roior wird bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Pumpe bzw. dem erfindungsgemäö ausgebildeten Motor der Einlaß des Überleitkanals auf der Hochdruckseite des Rotors als Ventil benutzt, wobei diese Ventilwirkung durch die Änderung der Breite des Ringspaltes zwischen der Stirnfläche der Steuerplatte und der daran liegenden Rotorfläche erzielt wird. Da die Fläche der Ringnut, in die die Überleitkanäle münden, wesentlich größer ist als die gegenüberliegende Fläche am Einlaß des Überleitkanals auf der Hochdruckseite des Rotors, neigt der Rotor dazu, wenn der Hochdruck in die Ringnut übertragen wird, sich in Richtung auf die Steuerplatte zu bewegen. Wenn sich der Rotor jedoch dorthin bewegt, bewirkt der durch die Verengung des Ringspaltes zwischen der Stirnfläche an der Steuerplatte und der daran liegenden Rotorfläche erzielte Ventileffekt eine Drosselung der Strömung durch den Überleitkanal, so daß der Druck in der Ringnut gegenüber dem Druck im Steuerkanal abnimmt. Hierdurch werden die Kräfte auf beiden Seiten des Rotors ausgeglichen, so daß sich der Rotor gegen die der Steuerplatte gegenüberliegende Stirnwand schiebt und schließlich eine mittlere Stellung zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen der Steuerplatte und der gegenüberliegenden Stirnplatte einnimmt. Dadurch wird jede längere Berührung des Rotors mit den benachbarten Flächen ausgeschlossen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die axialen Überleitkanäle in gleichen Winkelteilungen angeordnet. Besonders zufriedenstellende Ergebnisse konnten mit einer Ausführungsform

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erreicht werden bei der drei Überleitkanäle vorgesehen

Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung dient die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben in Verbindung mit der Zeichnung, von der

pig. I einen hydrostatischen Motor gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht zeigt;

F i g. 2 ein Axialschnitt duTh den in F i g. 1 gezeigten Motor entlang der Linie 2-2 in den F i g. 1 und 3 ist; und

F i g. 3 ein Querschnitt durch den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Motor entlang der Linie 3-3 in F i g. 2 ist.

In der Zeichnung ist ein hydrostatischer Motor 10 bezeichnet, der einen Füssigkeitseinlaß 12, einen Flüssigkeitsauslaß 14 und eine Ausgangswelle 16 aufweist. Das hier beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft einen hydrostatischen Molor; die Erfindung kann jedoch in gleicher Weise bei hydrostatischen Pumpen Anwendung finden. Das Hydrauliksystem, in welchem der Motor verwendet wird, weist normalerweise eine Pumpe zur Lieferung des erforderlichen Strömungsmitteldruckes auf, der über eine Leitung von der Pumpe zum Einlaß 12 und über eine mit dem Auslaß 14 verbundene Rücklaufleitung zurückgeleitet wird. Der hydrostatische Motor 10, der mit der normalerweise von einem Elektromotor oder einem anderen Motor angetriebenen Pumpe versehen ist, kann dazu verwendet werden, um eine Vielzahl verschiedener Maschinenarten oder Einrichtungen, die mit der Welle 16 des Motors verbunden sind, anzutreiben.

Der Motor 10 besteht aus einem Rotor 20 mit mehreren Verdrängungskammern 22 und darin angeordneten Roilen 24, die als Verdrängungskörper wirken. Der Rotor ist auf der Ausgangswelle 16 durch ineinandergreifende Nuten 26 und Rippen 28 einer Keilwellenverzahnung 30 befestigt und innerhalb eines Stators 40 angeordnet, dessen äußerer Teil den Umfang des Gehäuses 42 bildet. Das Gehäuse weist einen eine Stirnplatte 44 bildenden Befestigungsflansch, eine Endkappe 46 und eine mit Steuerkanälen versehene Steuerplatte 48 auf. Diese vier Abschnitte sind durch mehrere Schrauben 50 die sich durch Bohrungen in den Abschnitten erstrecken und ir. Gewindebohrungen der Endkappe 46 eingeschraubt sind miteinander verbunden, wobei die Abschnitte durch Dichtungsringe 49 abgedichtet sind. Die Welle 16 ist in Lagern 54 und 56 gelagert, die in ringförmigen Ausnehmungen der inneren Stirnflächen der Stirnplatte 44 und der Stcuerplatte 48 angeordnet sind. Die Welle 16 ist durch einen Dichtungsring 58 abgedichtet, der in der Bohrung 60 der Stirnplatte 44, in der sich die Welle dreht, angeordnet ist und durch einen in einer Nut 63 angeordneten Federring 62 und eine am Lager 56 anliegende Schulter 64 gegen axiale Bewegung gesichert. Das äußere Ende der Welle 16 ist mit einer Keilnut versehen, die zur Verbindung der Welle mit der anzutreibenden Vorrichtung dient. Eine Keilriemenscheibe, ein Zahnrad oder ein anderes Antriebselement kann auf der Welle befestigt sein, oder die Welle kann direkt mit der Eingangswelle der anzutreibenden Vorrichtung gekuppelt sein.

Die Verdrängiingskammern 22 im Rotor 20 bestehen aus Sehlitzen, die sich voll über den Umfang des Rotors erstrecken. Die Rollen 24 sind in einem verhältnismäßig engen Drehsitz, in den vergrößerten äußeren Endabschnitten 55 der Kammern 22 angeordnet und können sich darin vom inneren Fndabschnitt bis /ur voll ausgefahrenen Stellung hin- und herbewegen, wobei die letztere einer Sechsuhrstellung in F i g. 3 entspricht. Die Rollen werden durch den Druck in den Kammern, der fuf die Innenseiten der Rollen 24 wirkt, nach außen gedrückt und rollen dabei auf Kurvenflächen 70, die einen zunehmend radialen Abstand vom Rotor aufweisen, einer konzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordneten inneren Weüenbah.! 72 des Stators ab. Wenn der Druck in den Kammern 22 entlastet wird, wird die Druckflüssigkeit aus denselben mit einem verhältnismäßig geringen Druck durch den Auslaß 14 abgeführt, wenn die Rollen 24 an den einen abnehmend radialen Abstand vom Rotor aufweisenden Kurvenflächen 74 der Wellenbahn angreifen. Die Anzahl der Vorsprünge der Wellenbahn 72 weicht von der Anzahl der Verdrängungskammern und Rollen, ab und ist entweder größer oder kleiner, um einen gleichmäßigen stoßfreien Betrieb der Vorrichtung aufrechtzuerhalten. Die Rollen 24 haben Zylinderkern, im west.itlichen die gleiche Länge und Breite wie der Rotor 20 und sind in einem verhältnismäßig engen Sitz an den Enden zwischen der Stirnplatte 44 und der Steuerplatte 48 angeordnet, wie dies aus F i g. 2 ersichtlich ist, so daß ein Druckflüssigkeitsdurchgang von den Verdrängungskammern 22 in den Raum 60 zwischen dem Außenumfang des Rotors und der Wellenbahn ausgeschaltet oder auf ein Minimum beschränkt wird, obwohl etwas Flüssigkeit in den Raum 60 durchlecken und daraus ablaufen kann.

Die Verdrängungskammern 22 werden über Steuerkanäle 90 und 92 in der Steuerplatte 48 abwechselnd mit dem Hochdruckeinlaß 12 und dem NiederdrucV.auslaß 14 verbunden, wobei die Steuerkanäle 90 durch eine Nut 94 in der Steuerplatte 48 mit dem Einlaß 12 verbunden sin.d während die Steuerkanäle 92 durch eine Nut % in der Steuerplatte 48 mit dem Auslaß 14 verbunden sind. Wenn die Verdrängungskammern 22 mit den Steuerkanälen 90 in Verbindung stehen, bewegen sich die Rollen 24 nach außen über die Kurvenflächen 70 der Wellenbahn des Stators und wenn die Kammern mit den Steuerkanälen 92 in Verbindung stehen, bewegen sich die Rollen einwärts über die Kurvenflächen 74. Die Rollen werden durch den hohen, vom Einlaß 12 über die Steuerkanäle 90 in die Kammern 22 eingeführten Druck nach außen gegen die Kurvenflächen 70 gedruckt und bewirken dadurch eine Drehbewegung des Rotors 20. Die Kurvenflächen 74 bewegen die Rollen zu den inneren Enden der Kammern 22 hin und bewirken einen Ausstoß der Flüssigkeit in den Kammern 22 durch die Steuerkanäle 92 und den Auslaß 14.

Der vorstehend beschriebene Motor weist einen hydrostatischen Druckausgleich auf, der den Rotor 20 in einer mittleren Stellung gegenüber der Stirnplatte und der Steuerplatte hält. Dieser Druckausgleich wird dadurch erreicht, daß der radial innerhalb der Steuerkanäle 90, 92 liegende Ringspalt zwischen der Stirnfläche an der Steuerplatte 48 und der daran liegenden Ringfläche durch einzelne axiale Überleitkanälc !00 mit einer Ringnut 102 in der Rotorfläche an der anderen Seite des Rotors verbunden ist und daß der radial innerhalb der Ringnut 102 liegende Ringspalt zwischen dieser Rotorfläche und der Stirnfläche der Siirnplaitc 44 radial innen durch einen mit der Niederdruckseite verbundenen Ringraum begrenzt ist. Der Ringraum kann sowohl als im Rotor angeordneter Ringraum 104 als auch als in der Stirnpiaüe 44 angeordnete Ausnehmung 106 ausgebildet sein. In F i g. 2 sind beide Möglichkeiten dargestellt, wobei die

Ausnehmung 106 über einen Durchgang mit dem Auslaß 14 verbunden ist. Infolge der durch die Überleitkanäle 100 eindringenden Druckflüssigkeit hat der Druck in der Ringnut 102 somit eine Höhe, die zwischen dem Druck im Steuerkanal 90 und dem Druck im Ringraum liegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ringnut 102 in der Stirnfläche des Rotors angeordnet; sie kann aber auch in der Stirnfläche der Stirnplatte 44, falls erwünscht, vorgesehen sein.

Obwohl der Spalt zwischen dem Rotor 20 und den Stirnflächen der benachbarten Stirnwände klein ist, wäre ohne Druckausgleich doch noch ausreichender Raum für ein axiales Spiel des Rotors 20 und der Welle 16 vorhanden, so daß die dem Hochdruckeinlaß gegenüberliegende Stirnfläche des Rotors in Reibberührung gegen die benachbarte Stirnfläche der Stirnplatte 44 gedrückt würde.

Dieser Mangel wird mit dem hydrostatischen Druckausgleich gemäß der Erfindung ausgeschaltet bzw. auf ein Minimum begrenzt. Dabei wird der Einlaß 110 des Überleitkanals 100 auf der Hochdruckseite des Rotors als Ventil benutzt, wobei diese Ventilwirkung durch die Änderungen des Abstandes des Einlasses in den Überleitkanal 100 zur benachbarten Stirnfläche der Steuerplatte 48 erzielt wird. Da die Fläche in der Ringnut 102 wesentlich größer ist als die gegenüberliegende Fläche am Einlaß des Überleitkanals 100 auf der Hochdruckseite des Rotors, neigt der Rotor dazu, sich nach rechts, in Fig.2 gesehen, zu bewegen, wenn der Hochdruck in die Ringnut 102 übertragen wird. Wenn sich jedoch der Rotor nach rechts bewegt, bewirkt der Ventileffekt durch die Verengung des Ringspaltes zwischen der Stirnfläche an der Stirnplatte 48 und der daran liegenden Rotorfläche eine Drosselung der Strömung durch den Überleitkanal 100, so daß der Druck in der Ringnut 102 gegenüber dem Druck im Steuerkanal 90 abnimmt. Hierdurch werden die Kräfte auf beiden Seiten des Rotors ausgeglichen, so daß sich der Rotor nach links verschiebt und schließlich eine mittlere Stellung zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen der angrenzenden Stirnwände einnimmt. Diese Wirkung schließt jede längere Berührung zwischen den sich drehenden Flächen des Rotors und den benachbarten, sich in Ruhelage befindenden Flächen aus.

Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, münden drei Überleitkanäle 100 in die Ringnut 102. Es kann jedoch auch eine größere oder kleinere Anzahl von Überleitkanälen 100 Verwendung finden. Diese Überleitkanäle sind verhältnismäßig groß und können daher leicht gebohrt und wirksam für einen einwandfreien Betrieb gewartet werden, d.h. sie können von Schmutz oder anderen Fremdstoffen freigehalten werden, die den Durchfluß verstopfen oder einschnüren könnten, was die Druckübertragung von der Hoch- zur Niederdruckseite des

ίο Rotors einschränken würde. Die drei Überleitkanäle 100 sind in gleichen Umfangsabständen in der Ringnut 102 angeordnet, um eine weitere Ausgleichswirkung von einer radialen Seite des Rotors zur anderen zu erzielen. Die Größe der Ringnut 102 kann durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Breite derselben verändert werden, um die wirksamste Fläche für den auf den Rotor wirkenden Gegendruck herzustellen. Bei dieser Anordnung schwimmt der Rotor zwischen den benachbarten Stirnflächen der Stirnplatte 44 und der Steuerplatte 48 und ist praktisch während des Betriebes des Motors reibungsfrei.

Beim Betrieb des Motors, der mit einer anzutreibenden Vorrichtung od. dgl. verbunden ist, wird die Druckflüssigkeit von einer Hochdruckquelle dem Einlaß 12 zugeführt. Die Druckflüssigkeit strömt dann durch den Kanal 94 und die Steuerkanäle 90 in die Verdrängungskammern 22, die mit den Steuerkanälen 90 in Verbindung stehen. Der Druck in den Verdrängungskammern hält die Rollen in Anlage an den sich nach außen erstreckenden Kurvenflächen 70 der Wellenbahn 72 des Stators. Der die Rollen nach außen drückende Hochdruck bewirkt eine Drehung des Rotors im Uhrzeigersinne in Fig.3 gesehen. Die Verdrängungskammern, die die Rollen in Anlage an den sich einwärts erstreckenden Kurvenflächen 74 halten, stehen mit den Steuerkanälen 92 in Verbindung, die ihrerseits mit der Nut % und dem Auslaß 14 verbunden sind. Durch die Einwärtsbewegung der Rollen an den Kurvenflächen 74 wird die Druckflüssigkeit aus den Verdrängungskammern 22 herausgedrückt. Während der Drehung des Rotors wird der Druck an den gegenüberliegenden Seiten desselben im wesentlichen in der zuvor beschriebenen Weise gleichgehalten und zwar durch die Druckflüssigkeit, die durch die

Überleitkanäle 100 der Ringnut 102 zugeführt wird. Aul diese Weise ist der Rotor hydrostatisch ausgeglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Pumpe bzw. h\ statischer Motor mit einem in einem Gehäuse ; geordneten Rotor, der mit geringem axialen Spiel druckausgeglichen zwischen den Stirnwänden des Gehäuses angeordnet ist und der mehrere in seinem Außenumfang ausgebildete Verdrängungskammern aufweist, die sich über die ganze Breite des Rotors erstrecken ^|0 und von in einer, die eine Stirnwand bildenden Steuerplatte angeordneten Steuerkanälen mit Druckflüssigkeit versorgt und entsorgt werden, und wobei in den Verdrängungskammern Rollen als Verdrängungskörper wirken, welche an einer konzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordneten inneren Wellenbahn abrollen und wobei in dem Raum zwischen dem Außenumfang des Rotors und der Wellenbahn keine Druckflüssigkeit wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innerhalb der Steuerkanäle (90, 92) liegende Ringspalt zwischen der Stirnfläche an der Steuerplatte (48) und der daran liegenden Rotorfläche durch einzelne axiale Überleitkanäle (100) mit einer Ringnut (102) in der Rotorfläche an der anderen Seite des Rotors (20) verbunden ist und daß der radial innerhalb der Ringnut (102) liegende Ringspalt zwischen dieser Rotorfläche und der Stirnfläche der Stirnplatte (44) radial innen durch einen mit der Niederdruckseite verbundenen Ringraum begrenzt ^x ist.

2. Pumpe bzw. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Überleitkanäle (100) in gleichen Winkelteilungen angeordnet sind.

3. Pumpe bzw. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Überleitkanäle (100) vorgesehen sind.