DE2524586A1 - POWER TRANSMISSION DEVICE - Google Patents
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K.FinckePatent attorneys Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr K. Fincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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HYDRAULIC PRODUCTS INCORPORATED, 79oo Durand Avenue, Stürtevant, Wisconsin, V.St.A.HYDRAULIC PRODUCTS INCORPORATED, 79oo Durand Avenue, Stürtevant, Wisconsin, V.St.A.
KraftübertragungseinrichtungPower transmission device
Die Erfindung betrifft eine Zweirichtungs-Kraftübertragungseinrichtung der Gerotor-Art und insbesondere eine solche Einrichtung, die entweder als hydraulischer Motor oder als Pumpe arbeitet.The present invention relates to a bidirectional gerotor type power transmission device, and more particularly to one Device that works either as a hydraulic motor or as a pump.
Es sind Kraftubertragungseinrichtungen der Gerotor-Art bekannt, bei denen die Erzielung des radialen Gleichgewichts des äußeren Elements in einer Weise versucht wird, wie sie beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift 3 427 983 gezeigt ist. Die Unzulänglichkeiten dieses Versuchs sind in einem späteren amerikanischen Patent 3 680 989 aufgeführt. Bei einer Einrichtung der Gerotor-Art sind die erzeugten Kräfte sowohl in der Größe als auch in derThey are power transmission devices of the gerotor type known in which the achievement of radial equilibrium of the outer element is attempted in a way as they is shown, for example, in US Pat. No. 3,427,983. The inadequacies of this attempt are listed in a later U.S. Patent 3,680,989. In a device of the gerotor type are the forces generated both in size and in
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Richtung veränderlich, da der Arbeitsbereich auf dem inneren Teil des äußeren Zahnradelements auf zwei beweglichen
Dichtpunkten und^ auf der Zeitsteuerung bezücjlich des Fluid-
oder Flüssigkeitsdurchlasses, der den Raum zwischen den
Zahnradelementen versorgt, beruht. Dieser Bereich verändert sich in der Frequenz und der Größe, wobei die Frequenz
eine Funktion der Anzahl von Zähnen auf dem inneren Zahnradelement multipliziert mit seiner Rotationsgeschwindigkeit
und die Größe eine Funktion der Geometrie des inneren und des äußeren Zahnradelements sind. Außerdem
führt die Kraft, die auf das äußere Zahnradelement einwirkt, zu einer Verdrehung des äußeren Zahnradelements in bezug
auf das Gehäuse um einen im allgemeinen festen Punkt, was einen minimalen Raum in dem das äußere Zahnradelement umgebenden
freien Bereich bewirkt. Diese Stelle ändert sich mit der Variation der Größe und der Richtung der beim Betrieb
der Einrichtung erzeugten Kräfte.Direction variable, since the working area on the inner part of the outer gear element is based on two movable sealing points and on the timing with respect to the fluid or liquid passage that defines the space between the
Gear elements supplied, is based. This range changes in frequency and size, with the frequency
a function of the number of teeth on the inner gear member times its speed of rotation and the size is a function of the geometry of the inner and outer gear members. aside from that
the force acting on the outer gear element results in a rotation of the outer gear element with respect to one another
on the housing about a generally fixed point which creates minimal space in the free area surrounding the outer gear member. This location changes with the variation in the magnitude and direction of the forces generated in the operation of the device.
Es ist versucht worden, das äußere Zahnradelement dadurch ins Gleichgewicht zu bringen, daß an eine Vielzahl von
Stellen außerhalb des äußeren Zahnradelements ein Arbeitsdruck geleitet wird. Dabei wird die Variation der Größe
und der Richtung der Kräfte nicht berücksichtigt.Attempts have been made to balance the outer gear member by having a plurality of
Set outside the outer gear element, a working pressure is passed. Doing so will vary the size
and the direction of the forces are not taken into account.
Zur Lösung dieser Probleme ist auch bereits vorgeschlagen v/orden, eine radiale Balance für das äußere Zahnradelement
durch Verwendung eines hydro-dynamischen Hülsenlagereffekts zu erzielen, bei dem ein Fluid, d.h. ein Gas oder eine
Flüssigkeit, (im folgenden wird zur Vereinfachung nur
von Flüssigkeit die Rede sein), im freien Raum zwischen
dem äußeren Zahnradelement und dem Gehäuse fließen kann,To solve these problems, it is also proposed to achieve a radial balance for the outer gear element by using a hydrodynamic sleeve bearing effect in which a fluid, ie a gas or a
Liquid, (in the following, for the sake of simplicity only
be talking about liquid), in the free space between
the outer gear element and the housing can flow,
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und zwar in Richtung der Drehung des äußeren Zahnradelements und mit einer Druckausbildung, die von den Kräften abhängt, mit denen das äußere Zahnradelement gegen das Gehäuse gedruckt wird. Diese vorgeschlagene Lösung eignet sich nur für den Betrieb in einer Richtung.namely in the direction of rotation of the outer gear element and with a pressure formation that depends on the forces, with which the outer gear element is pressed against the housing. This proposed solution is only suitable for one-way operation.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine in zwei bzw. in beiden Richtungen wirkende Kraftübertragungseinrichtung zu schaffen, bei der ein äußeres Zahnradelement einerEinrichtung der Gerotor-Art mittels eines hydro-dynamisehen Hülsenlagereffekts in jeder dar beiden Rotationsrichtungen der Einrichtung radial im Gleichgewicht gehalten wird.The object of the invention is to create a force transmission device that acts in two or in both directions, in which an outer gear member of a gerotor type device by means of a hydrodynamic sleeve bearing effect is kept radially in equilibrium in each of the two directions of rotation of the device.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eins Kraftübertragungseinrichtung mit den IJerkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ist das äußere Zahnradelement der Gerotorartigen Einrichtung innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Zwischen dem äußeren Zahnradelement und dem Gehäuse befindet sich ein freier Raum bzw. ein Spielraum, der mit einem Flüssigkeitseinlass entlang einer Linie verbunden ist, die im allgemeinen mit der Rotationsachse des inneren Zahnradelements zusainmenfällt, wobei der Drehpunkt für das äußere Zahnradelement zusammen mit einem Flüssigkeitsauslaß von dem Spielraum dem Flüssigkeitseinlaß diametral gegenüberliegt; Ventileinrichtungen reagieren auf den Flüssigkeitsdruck, um den I'lüssigkeitseinlaß mit einem der beiden Gehäusedurchlässe für die Einrichtung, der den Flüssigkeitsdruck aufnimmt und den Flüssigkeitsauslaß mit dem anderen der Gehäusedurchlässe, der an dem 'i'ank bzw. Abflußbehälter angeschlossen ist, verbinden.According to the invention, this object is achieved by means of a power transmission device solved with the IJerkmalen of claim 1. The outer gear element is of the gerotor type Device arranged within a housing. Located between the outer gear element and the housing is a free space connected to a liquid inlet along a line that passes through the generally coincides with the axis of rotation of the inner gear member, with the pivot point for the outer Gear element together with a liquid outlet from the clearance is diametrically opposed to the liquid inlet; Valve devices react to the fluid pressure, around the liquid inlet with one of the two housing passages for the device that receives the liquid pressure and the liquid outlet with the other of the housing passages connected to the 'i' tank is to connect.
iiit der Stelle eines Flüssigkeitseinlasses und eines Flüssigkeitsauslasses bezüglich eines Spielraums in das äußereiiit the location of a liquid inlet and a liquid outlet regarding a leeway in the outside
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Zahnradelement der Kraftübertragungseinri^htung umgebenden
Gehäuse ist es möglich, einen hydrostatischen
Druckgradienten bein anfänglichen Starten der Einrichtung als Motor und einen hydrodynamischen Druck während
des normalen Betriebsder Einrichtung als Pumpe oder Motor aufzubauen, um eine radiale Balance des äußeren Zahnradelements
zu erreichen und veränderliche Belastungen zu absorbieren, die von einer Verschiebungsresultierenden der
Kräfte herrühren, die um den Drehpunkt des äußeren Zahnradelements wirken, sowie um Verbiegungen der Welle, auf
der das innere Zahnradelement montiert ist, insbesondere bei hohen Betriebsdrücken entgegenzuwirken. Es ist davon auszugehen,
daß der Betriebsdruck in der Größenordnung von
352 kg/cm2 liegt.Gear element of the power transmission unit surrounding the housing, it is possible to use a hydrostatic
Pressure gradients when the device is initially started as a motor and a hydrodynamic pressure during
the normal operation of the device as a pump or motor to achieve radial balance of the outer gear element and to absorb variable loads resulting from a displacement resultant of the forces acting around the pivot point of the outer gear element and deflections of the shaft on which the inner gear element is mounted to counteract it, especially at high operating pressures. It can be assumed that the operating pressure is in the order of magnitude of
352 kg / cm 2 .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims contain.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 einen ebenen Zentralschnitt der Zweirichtungs-Kraftübertragungseinrichtung
entlang der Linie 1-1 in
Fig. 2;Fig. 1 is a central planar section of the bidirectional power transmission taken along line 1-1 in
Fig. 2;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;Fig. 2 is a vertical section along the line 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Verhältnisses der hydrostatischen Drücke an verschiedenen Punkten um das äußere Zahnradelement und bei zwei unterschiedlichen Werten des Versorgungsdrucks;Fig. 3 is a graph showing the relationship of the hydrostatic pressures at various points the outer gear element and at two different values of the supply pressure;
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Fig. 4 eine Darstellung ähnlich der von Fig. 3, die die Beziehung der hydrodynamischen Drücke bei zwei verschiedenen Versorgungsdrücken zeigt;FIG. 4 is a representation similar to that of FIG. 3 showing the relationship of hydrodynamic pressures at two different Shows supply pressures;
Fig. 5 eine schenatische Ansicht der Kraftübertragungseinrichtung als Motor im Stand;Fig. 5 is a schematic view of the power transmission device as an engine when stationary;
Fig. 6 eine schematische Ansicht der Kraftübertragungseinrichtung als Ilotor im Betrieb in einer Drehrichtung; und6 shows a schematic view of the power transmission device as an Iotor in operation in one direction of rotation; and
Fig. 7 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 5, wobei die Einrichtung als Pumpe dient.Fig. 7 is a view similar to that of Fig. 5, the device serving as a pump.
Die Zweirichtungs-Kraftübertragungseinrichtung ist in den Fig. 1 bis 6 als Motor gezeigt und besitzt ein Gehäuse 1o mit einem Mittelteil 11, das eine zylindrische Kammer 12 abgrenzt, sowie mit einem Paar von Deckblöcken 14 und 15, die zu beiden Seiten der Platte bzw. des Mittelteils 11 angeordnet sind; das Gehäuse wird nittels einer Peihe von Bolzen oder bchraubenbolzen 16 zusammengehalten. Die Kraftübertragungseinrichtung ist von der Gerotor-Art, bei der ein inneres Zahnradelement 2o innerhalb eines äußeren Zahnradelements 21 angeordnet ist. Das innere Zahnradelement 2o ist auf einer Welle 22 montiert und mit dieser drehbar; die Welle wird im Gehäuse von Lagern 23 und 24 getragen. Die innere Wand der zylindrischen Kammer 12 ist gegenüber der Rotationsachse der Welle 22 und des inneren Zahnradr elements 2o exzentrisch versetzt. Dies ist bei einer hydraulischen i.raftübertragungseinrichtung der Gerotor-Art bekannt. Mit den sechs Zähnen 25 auf dem inneren Zahnradelement 2o und den sieben Innenzähnen 26 auf dem äußeren Zahnradelement 21 wird eine Vielzahl von Flüssigkeitskammern im Raum zwischen den Zahnradelementen gebildet.The bidirectional power transmission is in the 1 to 6 are shown as a motor and have a housing 1o with a central part 11 which has a cylindrical chamber 12 delimits, as well as with a pair of cover blocks 14 and 15, which on either side of the plate or the central part 11 are arranged; the housing is held together by a row of bolts or studs 16. The power transmission device is of the gerotor type in which an inner gear member 2o is within an outer gear member 21 is arranged. The inner gear member 2o is mounted on a shaft 22 and rotatable therewith; the shaft is carried by bearings 23 and 24 in the housing. The inner wall of the cylindrical chamber 12 is opposite the axis of rotation of the shaft 22 and the inner gear element 2o offset eccentrically. This is the case with a hydraulic one i.power transmission device of the gerotor type known. With the six teeth 25 on the inner gear element 2o and the seven internal teeth 26 on the outer gear member 21 becomes a plurality of liquid chambers formed in the space between the gear elements.
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Das Gehäuse 1o besitzt ein Paar gegenüberliegender Gehäusedurchlässe 3o und 31 für den /Anschluß an eine Dru ckflüssigkeitszufuhr und einen Abflußbehälter, wobei die Anschlüsse umsteuerbar sind, weirdie Kraftübertragungseinrichtung in zwei Richtungen arbeiten kann. Bei den schematischen Ansichten der Fig. 5 und 6 ist angenommen, daß der Gehäusedurchlaß 3o mit einer Druckflüssigkeitsquelle und der Gehäusedurchlaß 31 mit einem Abflußbehälter verbunden sind. Die Gehäusedurchlässe 3o und 31 sind untereinander durch Verbindungskanäle verbunden, die einen Flußkanal 4o enthalten, der in einem nierenförmigen Flüssigkeitsdurchlaß 41 endet; dadurch wird unter Druck stehende Flüssigkeit zu Flüssigkeitskammern geliefert, die zwischen dem inneren und dem äußeren Zahnradelement gebildet sind. Die Verbindungskanäle enthalten einen zweiten Flu^kanal 42, der sich vom Gehäusedurchlaß 31 erstreckt und in einem nierenförmigen Flüssigkeitsdurchlaß 43 endet, wodurch Flüssigkeit, die von bestimmten Flüssigkeitskammern zwischen dem inneren und den äußeren Zahnradelement abgegeben wird, zum Gehäusedurchlaß 31 fließen kann.The housing 1o has a pair of opposing housing passages 3o and 31 for / connection to a pressure fluid supply and a drainage container, the connections being reversible when the power transmission device is shown in can work two directions. In the schematic views of FIGS. 5 and 6, it is assumed that the housing passage 3o are connected to a pressure fluid source and the housing passage 31 is connected to a drainage container. The housing passages 3o and 31 are connected to one another by connecting channels which contain a flow channel 4o, which ends in a kidney-shaped liquid passage 41; this causes liquid under pressure to become too Fluid chambers are provided which are formed between the inner and outer gear members. The connecting channels contain a second flow channel 42, which extends from the Housing passage 31 extends and terminates in a kidney-shaped liquid passage 43, whereby liquid flowing from certain fluid chambers between the inner and the outer gear member is discharged, to the housing passage 31 can flow.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kämmt ein Zahn 2^Öes inneren Zahnradelements mit zwei Zähnen 26 des äußeren Zahnradelements zur bildung eines ivreuzungsbereichs zwischen der Druckseite und der Abflußbehälterseite der Einrichtung, während ein zweiter Kreuzungsbereich dadurch gebildet wird, daß die Oberflächen der Spitzen eines Zahns 25 des inneren Zahnradelements und einer Spitze eines Zahns 26 des äußeren Zahnradelements miteinander in Eingriff treten. Die nierenförmigen Flüssigkeitsdurchlässe 41 und 43 liegen zwischen diesen Kreuzungsbereichen. As shown in Fig. 5, one tooth meshes with the inner gear member with two teeth 26 of the outer gear element to form an intersection area between the pressure side and the drain pan side of the facility, while a second intersection area is formed by the surfaces the tips of a tooth 25 of the inner gear member and a tip of a tooth 26 of the outer gear member engage with each other. The kidney-shaped liquid passages 41 and 43 lie between these intersection areas.
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Der Durchmesser des äußeren Zahnradelements 21 ist geringer als der der zylindrischen Kanmer 12, so daß zwischen ihnen ein freier Raum 45 liegt. Damit die linrichtung die Letriebseigenschaften eines hohen Startdrehraonents sowie einer radialen Balance während des Betriebs auf v/eist, wird Flüssigkeit in den freien Raum 45 geliefert, um um das äußere Zahnradelement herumzufließen und vom freien Raum zum Abflußbehälter abzufließen. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Flüssigkeitseinlaß 46 zum freien Raum vorgesehen ist, der von einer Nut in der Gehäuseplatte bzw. im Mittelteil 11 gebildet wird, die mit einer Nut 47 auf einer Fläche des Mittelteils 11 in Verbindung steht und sich zu oberen und unteren Ventilbohrungen 48 und 49 erstreckt, welche mit den Flußkanälen 4o und 42 verbunden sind, um dadurch die Verbindungskanäle zu bilden, die die Gehäusedurchlässe 3o und 31 untereinander verbinden. Ein Paar druckempfindlicher Ventile ist in äen Ventilbohrungen 48 und 49 angeordnet und enthält insbesondere ein Paar Sperrventile 5o und 51, die mittels Federn 52 bzw. 53 federbelastet sind, um gegen zugehörige Ventilsitze anzuliegen und sich in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck zu öffnen. Wie aus der schematischen Ansicht der/Fig. 5 ersichtlich, öffnet sich das Sperrventil 51 in Abhängigkeit vom Druck am Gehäusedurchlaß 3o und im Flußkanal Ίο, un Druckflüssigkeit an den Flüssigkeitseinlaß 46 zu liefern, während das zugehörige Sperrventil 5o eine Verbindung des Flüssigkeitseinlasses mit dem Gehäusedurchlaß 31 verhindert. Mit dem Paar von Sperrventilen 5o und 51 ist es möglich, die Kraftübertragungseinrichtung in zwei Richtungen zu betreiben, wobei einer der Gehäusedurchlässe 3o oder 31 mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeitsquelle verbunden ist, um Druckflüssigkeit zum Flüssigkeitseinlaß 46 und damit zum freien Raum 45 zuleiten.The diameter of the outer gear element 21 is smaller than that of the cylindrical Kanmer 12, so that there is a free space 45 between them. Thus, the linrichtung the Letriebseigenschaften a high Startdrehraonents and a radial balance during operation v / eist, liquid is supplied in the free space 45 to flow around to the outer gear element and flow away from the free space to the drain container. This is achieved in that a liquid inlet 46 is provided to the free space, which is formed by a groove in the housing plate or in the central part 11, which is in communication with a groove 47 on a surface of the central part 11 and extends to the upper and lower Extends valve bores 48 and 49, which are connected to the flow channels 4o and 42 to thereby form the connecting channels which connect the housing passages 3o and 31 with each other. A pair of pressure sensitive valves are disposed in the valve bores 48 and 49 and in particular contain a pair of check valves 50 and 51 which are spring loaded by springs 52 and 53, respectively, to rest against associated valve seats and to open in response to the fluid pressure. As from the schematic view of / Fig. 5, the shut-off valve 51 opens depending on the pressure at the housing passage 3o and in the flow channel Ίο to deliver pressurized fluid to the liquid inlet 46, while the associated shut-off valve 5o prevents the fluid inlet from being connected to the housing passage 31. With the pair of check valves 5o and 51 it is possible to operate the power transmission device in two directions, one of the housing passages 3o or 31 being connected to a pressurized fluid source in order to supply pressurized fluid to the fluid inlet 46 and thus to the free space 45.
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Flüssigkeit fließt vom freien Raum 4 5 durch einen Flüssigkeitsauslaß 60 aus, der als eine Hut im Mittelteil 11 ausgebildet ist und über einen Durchlaß 61 mit einem Raum 62 im Gehäuseblock 15, welcher die Welle 22 umgibt, verbunden ist. Dieser Raum steht mit den Flußkanälen 4o und 42 über ein Paar Kanäle 63 und 64 (Fig. 2) in Verbindung, die jeder nit einem druckempfindlichen Ventil in Form von Sperrventilen 65 und 66 gekoppelt sind; die Sperrventile 65 und 66 werden von ihren jeweiligen Federn 67 und 6S in eine solche Richtung gedrückt, daß die Verbindung des Raums 62 mit den Flußkanälen 4o und 42 geschlossen wird. Die Rückseiten der Sperrventile 65 und 66 sind zu den Flußkanälen 4o und 42 hin freiliegend, wodurch das Vorhandensein von unter Druckstehender Flüssigkeit in einem dieser Flußdurchlässe das zugehörige Sperrventil geschlossen h'ilt. Bei der Arbeitsrichtung, von der hier ausgegangen wird, befindet sich ein Flüssigkeitadruck im Flußkanal 4o, wodurch das Sperrventil 66 geschlossen gehalten wird, während der Druck der vom freien Raum 45 ausfließenden Flüssigkeit ausreicht, um das Sperrventil 65 vom Ventilsitz abzuheben und zu ermöglichen , daß Flüssigkeit zum Flußkanal 42 fließt, welcher mit dem Abflußbehälter verbunden ist.Liquid flows from free space 4 5 through a liquid outlet 60, which is designed as a hat in the central part 11 is and via a passage 61 with a space 62 in the housing block 15, which surrounds the shaft 22, connected is. This space communicates with the flow channels 40 and 42 via a pair of channels 63 and 64 (FIG. 2), each of which coupled to a pressure sensitive valve in the form of check valves 65 and 66; the check valves 65 and 66 are turned into one of their respective springs 67 and 6S Direction pressed that the connection of the space 62 with the flow channels 4o and 42 is closed. The backs of the Check valves 65 and 66 are exposed to flow channels 4o and 42, thereby eliminating the presence of pressurized liquid in one of these flow passages The associated shut-off valve remains closed. In the working direction that is assumed here, there is a Liquid pressure in the flow channel 4o, whereby the shut-off valve 66 is kept closed, while the pressure of the free space 45 flowing liquid is sufficient to lift the shut-off valve 65 from the valve seat and to enable that liquid flows to the flow channel 42 which is connected to the drainage container.
Die hydrostatischen und hydrodynamischen Drücke, die bei der Einrichtung auftreten, um gute Starteigenschaften und ein radiales Gleichgewicht während des Betriebs zu erhalten, sind in den Kurven der Hg. 3 und 4 dargestellt. In jeder dieser Figuren 3 und 4 ist in ausgezogener Linie eine Druckkurve für den Betrieb bei einem relativ hohen Druck und eine Druckkurve in gestrichelter Linie für den Betrieb bei einer geringeren Druckzufuhr gezeigt, wobei die Punkte entlang der Abszisse der Darstellung, die mit A bis H bezeichnet sind, den in den Fig. 5 und 6 gekennzeichneten Umfangsstellen entsprechen. Die hydrostatischen Drücke sindThe hydrostatic and hydrodynamic pressures that occur when setting up ensure good starting properties and a To maintain radial equilibrium during operation are shown in the curves in Figures 3 and 4. In each of these Figures 3 and 4 is a full line pressure curve for operation at a relatively high pressure and a pressure curve shown in dashed line for operation at a lower pressure supply, with the dots along the abscissa of the illustration, which are designated by A to H, the circumferential locations identified in FIGS. 5 and 6 correspond. The hydrostatic pressures are
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in Fig. gezeigt und befinden sich bei der Abgabe an den Flüssigkeitseinlaß 46 auf dem am Punkt Λ gezeigten Wert. Der Druck fällt progressiv zum Punkt C und bleibt auf einen relativ geringen i;ert bis zu einem Punkt kurz vor dem Punkt H. Der .hydrostatische Druck rührt daher, daß das unterdruck stehende Öl zum Flüssigkeitseinlaß 46 und dann in beiden Richtungen, wie in Fig. 5 durch die Pfeile angezeigt, zu den Punkten C und G fließt. Der Betrag dieses Flusses ist eine Funktion der lichten Weite des freien Raums, des Systemdrucks und der Kapazität. Wenn sich das äußere Zahnradelement 21 zu drehen beginnt, steigt es zuerst auf die Wand der zylindrischen Kammer in einer Richtung entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn der Fig. 5 und 6. Dadurch wird der freie Raum bzw. die lichte Weite auf einer Seite des äußeren Zahnradelements begrenzt, woraus sich ein größerer Fluß von Λ zu G als von A zu C ergibt. Diese Differenzflußrate bewirkt, daß der Druckgradient infolge der Flußunterschiede zwischen A und B größer als zwischen A und H ist, was zu einer Balance des äußeren Zahnradelements führt.Shown in Fig. and are at the time of delivery the liquid inlet 46 at the value shown at point Λ. The pressure drops progressively to point C and remains to a relatively low i; ert up to a point briefly before point H. The hydrostatic pressure arises from the fact that the negative pressure oil to the liquid inlet 46 and then flows to points C and G in both directions as indicated by the arrows in FIG. The amount this flow is a function of the clearance of the free space, the system pressure and the capacity. When the outer gear member 21 begins to rotate, it first climbs onto the wall of the cylindrical chamber in a direction opposite to the clockwise direction of rotation of FIGS. 5 and 6. This creates the free space or the clear Width limited on one side of the outer gear element, which results in a greater flow from Λ to G than from A to C. This differential flow rate causes the pressure gradient due to the flow differences between A and B is greater than between A and H, resulting in a balance of the outer Gear element leads.
Bei der Berücksichtigung der hydrodynamischen Drücke ist zu bemerken, daß die Kräfte, die vom in den Flüssigkeitskammern der Einrichtung wirkenden Druck herrühren, grundsätzlich in Richtung des Pfeiles 7o in Fig. 6 wirken, jedoch mit Richtungsänderungen, wie zuvor erwähnt. Diese Kraft bewirkt ein Verschwenken des äußeren Zahnradelements 21, um einen Punkt 72, der in bezug auf das Gehäuse in allen Rotationsstellungen des Zahnradelements fixiert ist; dies führt dazu, daß das äußere Zahnradelement gegen die VJand der zylindrischen Kammer 12 in eine Richtung gedrängt wird, die in Fig. 6 grundsätzlich durch den Pfeil 74 angedeutet ist. Der Flüssigkeitseinlaß 46 zum freien Raum liegt zurWhen considering the hydrodynamic pressures is note that the forces resulting from the pressure acting in the fluid chambers of the device are fundamental act in the direction of arrow 7o in Fig. 6, but with changes in direction, as mentioned above. This force causes the outer gear element 21 to pivot, about a point 72 which is fixed with respect to the housing in all rotational positions of the gear element; this results in the outer gear element being urged against the VJand of the cylindrical chamber 12 in one direction, which is generally indicated in FIG. 6 by the arrow 74. The fluid inlet 46 to the free space is at
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Schaffung eines maximalen Lagerbereichs in beiden Rotationsrichtungen der Einrichtung auf einer Linie, die den Schwenk- oder Drehpunkt 72 und die Rotationsachse der Uelle 22 einschließt, und ausreichend vor dem minimalen freien Raum zwischenden Punkten B und C in Fig. 6 und im allgemeinen im Dereich des Pfeiles 74.Creation of a maximum storage area in both directions of rotation the device on a line, the pivot or pivot point 72 and the axis of rotation which includes Uelle 22, and sufficiently before the minimum free space between points B and C in FIG. 6 and generally in the region of arrow 74.
Bei der entgegengesetzten Rotationsrichtung würde sich die minimale lichte Weite bzw. der minimale freie Raum zwischen den Punkten C und H befinden. Für die in Fig. 6 dargestellte Rotationsrichtung ist aus dem Diagramm von Fig. 4 ersichtlich, daß zwischen den Punkten B und C ein Druck aufgebaut wird, der den Kräften entgegenwirkt, welche versuchen, das äußere Zahnradelement 21 gegen die Wand der zylindrischen Kammer zu drehen. Daher hringt der hydrodynamische Druck das äußere Zahnradelement radial in Balance bzw. ins Gleichgewicht, während der hydrostatische Druck geringer wird. Es ist dem hydrodynamischen Ilülsenlagereffekt inhärent, daß sich der Scheitelwert des Druckes, der in den Diagramm von Fig. 4 zwischen den Punkten B und C dargestellt ist, entlang des Umfangs der zylindrischen Kammer 12 ändert, wenn sich die Stelle des Pfeiles 74, der die Richtung der Drehung angibt, verändert. Daher liefert der hydrodynamische Lagereffekt inhärent eine Radialbalance, obwohl sich die vom Pfeil 7o dargestellte Kraftresultierende gemäß einer Eigenart einer Einrichtung der Gerotor-Art ändert. Die Karven von Fig. 4 ändern sich abhängig von der Viskosität der Flüssigkeit, der lichten Weite und der Rotationsgeschwindigkeit der Einrichtung. Die Druckspitze verschiebt sich in Richtung auf denpPunkt C, wenn die Viskosität zunimmt und die lichte' Vieite abnimmt. Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit wird die Druckspitze wegen eines größeren Flusses durch den freien Raum, der davon herrührt, daß Flüssigkeit um das äußere Zahnradelement getragen wird,In the opposite direction of rotation, the minimum clear width or the minimum free space between points C and H. For the direction of rotation shown in Fig. 6 it can be seen from the diagram of Fig. 4, that between points B and C a pressure is built up, which counteracts the forces that try to to rotate outer gear member 21 against the wall of the cylindrical chamber. Hence the hydrodynamic pressure the outer gear element radially in balance or equilibrium, while the hydrostatic pressure is lower. It is inherent in the hydrodynamic sleeve bearing effect that the peak value of the pressure shown in the diagram of Fig. 4 between points B and C, along the circumference of the cylindrical chamber 12 changes when the position of the arrow 74, which indicates the direction of rotation, changes. Hence the hydrodynamic delivers Bearing effect inherently a radial balance, although the resultant force shown by arrow 7o according to a Changes in the nature of a device of the gerotor type. The karves of Fig. 4 change depending on the viscosity the liquid, the clearance and the speed of rotation of the device. The pressure peak shifts toward point C as the viscosity increases and the clear 'vieite is decreasing. When the speed is increased, the pressure peak is due to a greater flow through the free space resulting from fluid being carried around the outer gear member,
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- 11 wenn sich das äußere Zahnradelenent dreht, breiter.- 11 when the outer gear element rotates, wider.
Aus dem Vorangegangenen dürfte klar sein, daß in dem Fall, daß der Gehäusedurchlaß 31 mit den Druck und der Gehäusedurchlaß 3o mit dem Abflußbehälter verbunden sind, das Sperrventil 5o öffnet, um unter Druck stehende Flüssigkeit zum Flüssigkeitseinlaß 46 zu liefern, während das Sperrventil 51 geschlossen ist, um die Verbindung mit dem Gehäusedurchlaß 3o zu blockieren. Das Sperrventil 65 wird vom Druck im Flußkanal 42 geschlossen gehalten, während das Sperrventil 66 geöffnet wird, damit Flüssigkeit vom Flüssigkeitsauslaß 6o zum Gehäusedurchlaß 3o fließen kann.From the foregoing it should be clear that in the case that the housing passage 31 are connected to the pressure and the housing passage 3o with the drainage container, the Check valve 5o opens to deliver pressurized liquid to liquid inlet 46 while the check valve 51 is closed in order to block the connection with the housing passage 3o. The check valve 65 is held closed by the pressure in the flow channel 42, while the check valve 66 is opened to allow liquid from Liquid outlet 6o can flow to the housing passage 3o.
iiit diesem Aufbau wird eine Zweirichtungs-Kraftübertragungseinrichtung geschaffen, bei der injeder der Arbeitsrichtungen Flüssigkeit zum freien Raum geliefert wird, um einen hydrostatischen Druck im Stillstand und beim Start der Einrichtung und einen hydrodynamischen Druck beim Betrieb bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Lasten zu erreichen, wobei sich die Stelle des maximalen Druckes abhängig von der Verschiebung der auf das äußere Zahnradeleraent einwirkenden Kräfte verschiebt.This structure becomes a bidirectional power transmission device created in which in each of the working directions liquid is supplied to the free space to a hydrostatic Pressure at standstill and when starting the device and a hydrodynamic pressure when operating at different To achieve speeds and loads, the point of maximum pressure depends on the displacement the forces acting on the outer gear element shifts.
Die vorangegangene Beschreibung des in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Aufbaus bezog sich auf einen Hotor, der eine Form einer Zweirichtungs-Kraftübertragungseinrichtung darstellt. Der Wunsch nach einer Radialbalance des äußeren Zahnradelements ist in gleichem Maß auf eine Pumpe der Gerotor-Art anwendbar. Grundsätzlich soll der Ausdruck Kraftübertragungseinrichtung in der Beschreibung und den Ansprüchen sowohl Motoren als auch Pumpen umfassen. Bei einer Pumpe gibt es keine Gegenkräfte beim Startbetrieb, da keine Anfangsbelastung auf die Zahnradelemente/sinwirkt.Bei der normalen RotationThe preceding description of the structure shown in FIGS. 1 to 6 referred to a Hotor having a shape represents a bidirectional power transmission device. The desire for a radial balance of the outer gear element is equally applicable to a gerotor-type pump. Basically, the term power transmission device in the description and claims include both motors and pumps. With a pump there is no opposing forces during starting operation as there is no initial load on the gearwheel elements / sin. During normal rotation
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tritt jedoch die gleiche Reaktionskraft auf das äußere Z ahnr ade leinen t auf, die von dem hydrodynamischen Lagereffekt ausgeglichen wird.however, the same reaction force on the outer gearwheel occurs as that of the hydrodynamic bearing effect is balanced.
Fig. 7 ist eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht, die schematisch eine Kraftübertragungseinrichtung zeigt, die mit Ventilen für einen Pumpenbetrieb verbunden ist. In Fig. 7 sind Teile, die jenen in Fig. 5 entsprechen, mit^Üerselben Bezugszahl und einem zugefügten Apostroph gekennzeichnet. Es ist erkennbar, daß die Drehrichtung der Einheit dieselbe wie in Fig. 5 ist, wobei der Gehäusedurchlaß 3ο1 mit einer Flüssigkeitsversorgung und der Gehäusedurchlaß 31' mit dem Druckauslaßdurchlaß verbunden sind. Die Lage der zwei Paare von Sperrventilen ist umgekehrt, wobei die Sperrventile 5ο1 und 51' den Druckzuständen an den Gehäusedurchlässen 3o' und 31' entgegengesetzt wirken. Bei der in Fig. 7 gezeigten Arbeitsrichtung öffnet das Sperrventil 5o', damit Flüssigkeit zur Hut 6ο1 fließt, die nun als Flüssigkeitseinlaß dient. In der anderen Arbeitsrichtung als Pumpe öffnet das Sperrventil 51', so daß sich ein Fluß vom Gehäusedurchlaß 3ο1 zur Nut 6ο1 ergibt.Fig. 7 is a view similar to Fig. 5 schematically showing a power transmission device connected to valves for pump operation. In Fig. 7, parts which correspond to those in Fig. 5 are indicated by the same reference number and an apostrophe added. It can be seen that the direction of rotation of the unit is the same as in FIG. 5, the housing passage 3ο 1 being connected to a liquid supply and the housing passage 31 'being connected to the pressure outlet passage. The position of the two pairs of shut-off valves is reversed, with the shut-off valves 5ο 1 and 51 'acting in opposition to the pressure states at the housing passages 3o' and 31 '. In the working direction shown in Fig. 7, the shut-off valve 5o 'opens so that liquid flows to the hat 6ο 1 , which now serves as a liquid inlet. In the other working direction than the pump, the shut-off valve 51 'opens so that there is a flow from the housing passage 3ο 1 to the groove 6ο 1 .
Das zweite-Paar von Sperrventilen 65' und 66' dient dazu, einen Fluß von der Wut 46' zum Gehäusedurchlaß 3o' oder 31', jenachdem, welcher auf niedrigerem Druck ist, zu ermöglichen. The second pair of check valves 65 'and 66' are used to a flow from the rage 46 'to the housing passage 3o' or 31 ', whichever is at the lower pressure.
Eine andere Möglichkeit, den offenbarten Aufbau an einen Zweirichtungs-Pumpbetrieb anzupassen, bestünde in einer Änderung der Exzentrizität des äußeren Eahnradelements 21. Unter besonderem Bezug auf Fig. 2 stellt der Punkt Π den Rotationsmittelpunkt des äußeren Zahnradelements innerhalb des Gehäuses im Falle des ilotorbetrlebs dar. Bei gegenüber der Offenbarung in den Fig. 1 bis 6 ungeänderter Ventilanordnung könnte die Kammer 12 im Mittelteil 11 desAnother possibility of adapting the disclosed structure to a bidirectional pumping operation would consist in a change the eccentricity of the outer gear member 21. With particular reference to Figure 2, point Π represents the center of rotation of the outer gear member within of the housing in the case of the ilotoroperlebs. In comparison with the disclosure in FIGS. 1 to 6, unchanged Valve arrangement could include the chamber 12 in the central part 11 of the
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Gehäuses so geändert v/erden, daß sich beim Pumpbetrieb einRotationsinittelpunkt P für das äußere Zahnradelement 21 ergibt.Changed the housing so that the pump operation a center of rotation P for the outer gear member 21 results.
esit
Es sei darauf hingewiesen, da3/verschiedene unterschiedliche Ausführungen für eine Kraftübertragungseinrichtung der Gerotor-Art gibt. Die spezielle offenbarte Ausführungsform bezog sich auf Sahnverhältnis 6-7. Zahnverhältnisse von 8-97 1o-11 und 12-13 sind ebenfalls bekannt, und es gibt andere mögliche Varianten. Das Grundprinzip, daß diesen Ausführungen gemeinsam ist, ist die niedrige Relativgeschwindigkeit zwischen den zusammenwirkenden Oberflächen des inneren und des äußeren Zahnradelements.It should be noted that there are several different designs for a gerotor-type power transmission device. The particular embodiment disclosed related to cream ratio 6-7. Tooth ratios of 8-9 7 10-11 and 12-13 are also known, and there are other possible variations. The basic principle that these designs have in common is the low relative speed between the cooperating surfaces of the inner and outer gear elements.
In bezug auf das innere und das äußere Zahnradelement sollen auch Strukturen dei^kxt im Rahmen der Erfindung liegen, wie sie in der amerikanischen Patentschrift 3 623 829 gezeigt sind,wobei das innere Zahnradelement äußere Zähne besitzt, die in der Form sphärischer Elemente sind.With respect to the inner and outer gear elements should structures dei ^ kxt are within the scope of the invention, such as they are shown in U.S. Patent 3,623,829, the inner gear member having outer teeth, which are in the form of spherical elements.
- Patentansorüche -- patent claims -
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