DE2601880A1 - Hydraulische maschine - Google Patents
Hydraulische maschineInfo
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Description
Unser Zeichen: T 1932
Hydraulische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Maschinen mit sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Kammern und
insbesondere auf hydraulische Maschinen, in denen die Kammern durch den Zahnradsatz einer als Gerotor bezeichneten
innenachsigen Kreiskolbenmaschine mit Kämmeingriff und festpunktlos gelagertem Rotor gebildet werden.
Derartige hydraulische Maschinen können sowohl als Motoren
und als Pumpen arbeiten und weisen üblicherweise einen Schaltschieber auf, der von einer Stirnseite des Gerotorzahnradsatzes
aus ein fluides Medium in die Kammern hinein und aus den Kammern heraus leitet. Ein Beispiel einer derartigen
hydraulischen Maschine ist in der US-PS 3 ^52 680
beschrieben. Die Schaltschieber, die im allgemeinen bei derartigen Maschinen verwendet werden, weisen sehr häufig
eine reichlich komplizierte Reihe von Strömungskanälen auf,
Gei.
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um in richtiger Weise das Druckmittel zu verteilen und das Druckmittel in richtiger Reihenfolge aus den Kammern
heraus zu leiten» wobei einige der Kanäle ziemlich kleine Abmessungen haben. Es wurde nun gefunden, daß insbesondere,
wenn derartige hydraulische Maschinen als Pumpen verwendet werden, diese zu gewissen Zeiten mit einem geringeren als
dem vollen volumetrischen Wirkungsgrad arbeiten, wenn das Druckmittel durch den komplizierten Weg, den das Druckmittel
durch die Schaltschieberanordnung nimmt, während des Expansionszyklus die Kammern nicht vollständig füllen
kann.
Gemäß der Erfindung ist eine hydraulische Maschine vorgesehen, in der hypozykloidal bewegliche Teile des Gerotorzahnradsatzes
die sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Kammern der Maschine bilden. Ein Schaltschieber ist vorgesehen,
der von einer Stirnseite des Zahnradsatzes aus Druckmittel zuführt und von dieser Stirnseite aus Druckmittel
abführt. Eine zweite Druckmittelsteueranordnung ist vorgesehen, die mit den Kammern von der anderen Stirnseite des
Gerotorzahnradsatzes aus in Verbindung steht. Diese zweite Druckmitte1steueranordnung weist vorzugsweise mehrere Rückschlagventile
auf, von denen jedes mit einer entsprechenden Kammer des Gerotorzahnradsatzes in Verbindung steht, und
jedes Rückschlagventil spricht lediglich auf den Druckmitteldruck und damit auf das Volumen des Druckmittels in
einer entsprechenden Kammer an, um die Strömung von Druckmittel in jede Kammer zu ergänzen, die nicht mit voller
volumetrischer Kapazität arbeitet.
Die zweite Druckmittelsteuerung ist dauernd in der Lage, Druckmittel in eine entsprechende Kammer ergänzend einzuleiten,
wenn das Druckmittelvolumen in dieser Kammer nicht ausreicht, um das Ventil in seiner Schließstellung
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zu halten. Mehrere Druckmittelkanäle sind vorgesehen, von
denen jeder mit einer entsprechenden Kammer in Verbindung steht und jeder dieser Kanäle steht ebenfalls mit einer
gemeinsamen Druckmittelquelle in Verbindung. Jedes Rückschlagventil ist vorzugsweise ein Kugelrückschlagventil,
welches in jedem Kanal angeordnet ist, wobei dieses Rückschlagventil
lediglich durch den Druckmitteldruck in der gemeinsamen Druckmittelquelle und durch den Druckmitteldruck
in der Kammer abgeglichen oder entlastet wird. Die zweite Druckmittelsteuerung spricht deshalb dauernd auf
den Zustand aller Kammern an und ist wirksam, um Druckmittel von der gemeinsamen Druckmittelquelle irgendeiner
Kammer zuzuführen, die sich gerade ausdehnt.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen
in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten hydraulischen Maschine,
Fig. 2 bis 7 Schnittansichten, genommen längs der Linien
.2-2,. 3-3, 4-4, 5-5, .6-6 und 7-7 der Fig. 1,
Fig. 8 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Bereichs
der Fig. 1, und es ist eine Dichtung dargestellt, die bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
verwendet wird
und
und
Fig. 9 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 7, in der eine alternative Ausführungsform des SchaltSchiebers
gezeigt ist.
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Es sei nun auf die Fig. 1 bis 7 Bezug genommen. Die hydraulische Maschine IO weist ein Gehäuse 12 auf. Ein
zylindrischer Mantel 14 umgibt sowohl einen Teil des Gehäuses als auch mehrere Teile der hydraulischen Maschine,
die noch beschrieben werden sollen. Der zylindrische Mantel 14 wird in seiner Lage am Gehäuse mittels
eines Enddeckels 16 und mehrerer Schraubenbolzen 18 gehalten, die sich durch diesen Deckel hindurch erstrecken
und deren Gewindeenden in entsprechenden Gewindebohrungen des Gehäuses 12 angeordnet sind.
Ein Paar Dichtungsringe 20 bilden eine Abdichtung zwischen dem Mantel 14 und dem Gehäuse 12 und zwischen dem
Mantel 14 und dem Enddeckel 16.
Die sich ausdehnenden und zusammenziehenden Kammern der hydraulischen Maschine werden durch ein Gerotorzahnradsatz
gebildet, der ein innenverzahntes festes Statorzahnrad und einen außenverzahnten Rotor aufweist. Wie die
Fig. 1 und 4 zeigen, weist der feste Stator einen Ring auf, der eine äußere Umfangswandung hat, die im Abstand
von der Innenwand des Mantels 14 angeordnet ist. Die Zähne des Statorzahnrades werden durch zylindrische Rollen 21
gebildet, die drehbar in entsprechend bemessenen zylindrischen Aussparungen 23 im Ring 22 gelagert sind. Die Bereiche
zwischen den Rollen 21 bilden die Druckmittelkammern 39 und wie Fig. 1 zeigt, erstrecken sich diese Kammern axial
relativ zur geometrischen Achse 31 des Ringes 22.
Der außenverzahnte Rotor 24 hat einen Zahn weniger als der
Stator. Der Rotor ist relativ zum Stator konzentrisch angeordnet und wird sowohl für eine Drehbewegung als auch
eine Umlaufbewegung relativ zum Stator gehalten.
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Diese Bewegung des Rotors ist im allgemeinen eine hypozycloidale Bewegung und durch diese Bewegung bewirkt der
Rotor, daß die Kammern 39 sich ausdehnen und sich zusammenziehen. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Rotor 24 mit einer Antriebshülse
26 über eine Taumelwelle 28 verbunden. Die Taumelwelle 28 weist an einem Ende Zähne auf entsprechend
einem gezahnten Abschnitt der Antriebshülse 26 und diese Taumelwelle dreht sich mit dieser. Die Drehachse 30 der
Taumelwelle, die auch die Drehachse des Rotors 24 bildet,
ist unter einem Winkel relativ zur Drehachse 32 der Antriebswelle
34 angeordnet. Die Taumelwelle 28 weist auch am anderen Ende Zähne auf, die einer Innenverzahnung des
Rotors 24 entsprechen, so daß sich der Rotor mit der Taumelwelle dreht. Die Zähne an beiden Enden der Taumelwelle
sind etwas gekrümmt, damit eine begrenzte Universaldrehbewegung der Welle 28 gegenüber der Antriebshülse 26 und
dem Rotor möglich ist. Der Eingriff der Rotorzähne mit den Rollen 21 bildet eine Abdichtung zwischen den sich
ausdehnenden und zusammenziehenden Kammern 39 in an sich bekannter Weise, die nicht näher beschrieben werden soll
und die insbesondere im einzelnen in der US-PS 3 286 602 beschrieben wird.
Wenn die hydraulische Maschine als Pumpe verwendet wird, dient infolge dieses Aufbaus eine Drehung der Antriebswelle
34 und die entsprechende Bewegung der Taumelwelle 28 dazu, ein Antriebsdrehmoment auf den Rotor 24 zu übertragen.
Durch die Aufbringung eines derartigen Antriebsdrehmomentes auf den Rotor dreht sich der Rotor relativ "
zum Stator und läuft relativ zu diesem um, wodurch sich die Kammern 39 ausdehnen und zusammenziehen und dies führt
zu. einer Druckmittelströmung in die Kammern und aus den Kammern heraus. Die an sich bekannte Bewegung des Rotors
wird in der US-PS 3 286 602 beschrieben. Bei der beschrie-
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-D-
benen Ausführungsform läuft bei jeder Umdrehung der Welle
34 der Rotor sechsmal um, was der Anzahl der Zähne am Rotor entspricht. Zu jedem Zeitpunkt ziehen sich drei
Kammern zusammen und dehnen sich drei Kammern aus.
Die Leitung des Druckmittels zu den Kammern 39 und aus diesen heraus muß zeitlich genau in einer Folge abgestimmt
sein und zwar entsprechend der .hydraulischen Einrichtung,
die betätigt werden soll. Um eine genaue zeitlich abgestimmte Zuführung von Druckmittel in die sich ausdehnenden
Kammern und Abführung von Druckmittel aus den sich zusammenziehenden Kammern 39 zu ermöglichen, ist ein Schaltschieber
vorgesehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
der Schaltschieber dem entsprechen, der in der US-PS 3 452
beschrieben wird, und dieser Schaltschieber weist zwei feste Platten 42 und 44 auf und eine bewegliche Schaltschieberplatte
46. Die festen Platten 42 und 44 sind kreisförmig ausgebildet und weisen Durchmesser auf, die etwa
gleich dem Durchmesser des Ringes 22 sind. Die festen Platten 42 und 44 begrenzen einen Teil eines axial sich erstreckenden
Druckmittelkanals 48 zwischen den äußeren Umfangen dieser Platten und der Innenwand des Mantels 14.
Es sei nunmehr auf die Fig. 1 und 5 Bezug genommen. Die
stationäre Platte 42 ist unmittelbar neben dem Ring 22 angeordnet urid weist mehrere radiale Strömungskanäle 50 auf,
die in einer Stirnfläche der Platte ausgebildet sind. Die Anzahl dieser Kanäle 50 entspricht der Anzahl der Druckmittelkammern
39» die zwischen dem Rotor und dem Stator ausgebildet sind, und diese Kanäle 50 stehen in offener
Verbindung mit diesen Kammern. Jeder Kanal 50 steht auch mit einem verbreiterten radialen Abschnitt 52 einer ent-
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sprechenden Bohrung in Verbindung, die sich durch die
Platte 42 hindurcherstrecken und die die Schäfte der Spannbolzen 18 aufnehmen. Die Platte 42WeISt eine Mittelöffnung 54 auf, durch die sich die Taumelwelle 28 hindurcherstreckt
.
Es sei nunmehr auf die Fig. 1 und 6 Bezug genommen. Die andere stationäre oder Verteilerplatte 44 weist auch mehrere
in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete,
axial sich erstreckende Bohrungen auf, welche die Schäfte der Spannbolzen 18 aufnehmen und welche verbreiterte radiale
Abschnitte 56 aufweisen. Diese radialen Abschnitte 56 der Bohrungen stehen in Verbindung mit einer entsprechenden Anzahl
von rillenförmigen Nuten 58, die in einer Stirnfläche
der Platte 44 ausgebildet sind. Diese Nuten sind von einer entsprechenden Bohrung 46 aus nach innen gerichtet und
deren inneren Endabschnitte stehen mit entsprechenden axialen Bohrungen 60 in Verbindung, die beschränkte Querschnittsflächen haben und die Teile umfassen, die in der entgegengesetzten
Stirnfläche der Platte 44 ausgebildet sind. Eine konzentrische Bohrung 62 erstreckt sich axial durch die
Platte 44 und durch diese Bohrung erstreckt sich die Taumel-Welle hindurch.
Es sei nunmehr auf die Fig. 1 und 7 Bezug genommen. Die
bewegliche Schaltfederplatte 46 weist einen im allgemeinen scheibenförmigen Bauteil 64 auf, der eine äußere Umfangswand
hat, deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der Innenwand 66 eines festen Ringes 68, der
die Schieberplatte umgibt. Der scheibenförmige Bauteil 64
weist eine Schieberkontrollfläche 69 auf, die die Kanäle 60 in richtiger Reihenfolge öffnet und schließt. Fig. 8
zeigt eine alternative Form der Schiebersteuerfläche 69, und bei den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen entspricht die Form der Oberfläche 69 im allgemeinen
der Form der Kanäle 60.
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Um ein Durchlecken zwischen der Schieberplatte 46 und dem Enddeckel 16 zu verhindern, ist eine Dichtung vorgesehen,
die in vergrößerter Schnittdarstellung in Fig. 8 gezeigt ist und die einen Verschleißring 70 aufweist und ein Dichtungselement
72, das vorzugsweise aus Teflon besteht und welches in einer entsprechenden Nut in der Scheibe 64 angeordnet
ist. Weitere Einzelheiten einer geeigneten Dichtung sind in der US-PS 3 452 680 beschrieben.
Druckmittel wird in den Raum 71 zwischen dem beweglichen Schaltschieber 46 und der Innenwand des stationären Ringes
68, der den Schaltschieber umgibt, über eine Einlaßöffnung 74 eingeführt. Die Einlaßöffnung 74 ist im Deckel 16 ausgebildet
und steht in direkter Verbindung mit dem Raum 71· Eine zweite Einlaßöffnung 75 ist im Gehäuse ausgebildet
und steht mit dem Druckmittelkanal 48 in einer noch zu beschreibenden Weise in Verbindung. Der Druckmittelkanal 48
steht mit dem Raum 71 über mehrere Kanäle 76 in Verbindung, die in der Verteilerplatte 44 ausgebildet sind. Aus der
vorstehenden Beschreibung geht klar hervor, daß der Druckmittelstrom, der in die hydraulische Maschine durch die
Einlaßöffnung 74 eintritt, mittels des Schaltschiebers in
die Kammern hinein und aus diesen heraus geleitet wird, und dieser Druckmittelstrom tritt von einer Stirnfläche des
Schiebers aus in die Kammern hinein und tritt auch aus dieser Stirnfläche wieder heraus.
Druckmittel, welches aus den Kammern 39 durch den Schaltschieber heraustritt, wird durch die Bohrungen 62 und 54
in den stationären Schieberplatten hindurchgeführt. Das Druckmittel strömt dann in das Innere der Taumelwelle durch
die Bohrung 67 und danach durch Bohrungen 73 und 77 in der Taumelwelle und durch eine Bohrung 79 in der 'Antriebshülse
und durch eine Bohrung 81 im Gehäuse 12 und strömt dann zum Auslaß 83·
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Gemäß der Erfindung ist eine zweite Steueranordnung an der anderen Stirnseite der Kammern 39 vorgesehen. Diese Steueranordnung
dient dazu, den Druckmittelstrom in die Kammern 39 hinein zu ergänzen, um sicherzustellen, daß das ganze
Volumen der Kammern 39 während deren Ausdehnung gefüllt wird.
Diese zweite Ventilanordnung ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt
und weist eine feste Platte 78 neben der anderen Stirnseite des Stators auf. Diese Platte wird gegenüber
dem Gehäuse 12 durch die Schraubenbolzen 18 festgehalten und weist mehrere axial sich erstreckende Kanäle 80 auf.
Die Anzahl der Kanäle 80 ist gleich der Anzahl der Kammern 39j und jeder derartige Kanal steht in direkter Verbindung
mit einer entsprechenden Kammer.
In einem Teil des Gehäuses ist ein ringförmiger Kanal 82 ausgebildet. Dieser Kanal ist derart bemessen, daß er
dauernd in Verbindung mit allenKanälen 80 in der festen Platte 78 steht. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Teile der Kanäle
80 neben diesem Ringkanal so bemessen, daß deren Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des Kugelrückschlagventiles
84, das in jedem der Kanäle 80 angeordnet
ist.
Jedes Kugelrückschlagventil 8*1 schwimmt frei in dem Kanal
80 und wird durch den Druck im Kanal 82 und in einer entsprechenden
Kammer abgeglichen. Die axiale Lage eines jeden Kugelrückschlagventils 84 wird deshalb durch den relativen
Druck im Ringkanal 82 und in der Kammer 39 bestimmt, mit der das Kugelrückschlagventil 84 fluchtet.
Wenn die hydraulische Maschine als Pumpe betrieben wird,so
wird diese Maschine im allgemeinen in einem geschlossenen Strömungskreis verwendet, in dem Druckmittel in die Maschine
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durch die Einlaßöffnung 7^ eintritt, wobei dieses Druckmittel
in die Kammern 39 hinein und aus diesen heraus durch den vorher beschriebenen Schaltschieber gerichtet wird und
wobei das Druckmittel dann aus der Maschine durch die Auslaßöffnung 83 austritt.
Druckmittel aus einem Vorratsbehälter oder einer ähnlichen Quelle, die schematisch bei 85 in Pig. I dargestellt ist,
wird der hydraulischen Maschine durch eine zweite Einlaßöffnung 75 zugeführt und strömt zu dem Ringkanal 82 im Gehäuse
über einen Kanal 87 im Gehäuse 12. Das Gehäuse weist ferner einen Kanal 86 auf, der Druckmittel von der zweiten
Einlaßöffnung 75 in den Kanal 48 zwischen dem Gehäuse und
den Schieberplatten führt. In einem geschlossenen Strömungskreis kann Auslaßdruckmittel, welches über einem vorbestimmten
Druck steht, vom Auslaß 83 abgezweigt und verwendet werden, um in bekannter Weise den Vorratsbehälter 85 zu
speisen. Alternativ kann der Vorratsbehälter 85 mit einer getrennten Speisequelle verbunden sein.
Wenn das Druckmittel durch den Schaltschieber führt und von einer Stirnseite der Kammern neben dem Schaltschieber
in die axial sich erstreckenden Kammern hinein und aus diesen heraus geleitet wird, dient die Ventilanordnung auf
der anderen Stirnseite der Kammern dazu, sicherzustellen, daß die Kammern mit vollem volumetrischem Wirkungsgrad
oder dicht bei diesem Wert arbeiten. Da die Kanäle in der stationären Platte 78 dauernd mit einer entsprechenden
Kammer fluchten, sind diese Kanäle immer in der Lage, Druckmittel der Kammer in dem Fall zuzuspeisen, daß die
Strömung des Druckmittels zum Schaltschieber oder vom Schaltschieber nicht optimal ist. Durch die erfindungsgemäße
Rückschlagventilanordnung kann Druckmittel, wenn die Zuspeisung des Druckmittels zu einer sich ausdehnenden Kammer
durch den Schalts.chieber nicht zureichend ist, um
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das Rückschlagventil in die Schließstellung zu bringen,
in diese Kammern sowohl vom Schaltschieber als auch von der Rückschlagventileinrichtung eintreten. Wenn sich entgegengesetzt
hierzu die Kammern zusammenziehen und der Druckmitteldruck in diesen ansteigt, dient dieser Druckmitteldruck
dazu, das Rückschlagventil in einer Richtung zu beaufschlagen, in der der zugeordnete Kanal geschlossen
wird, so daß unter hohem Druck stehendes Druckmittel lediglich durch den Schaltschieber austritt und die Strömung
aus dem Vorratsbehälter 85 wird auf diejenigen Kammern konzentriert, die sich gerade ausdehnen und die nicht vollständig
gefüllt sind.
Auf diese Weise spricht die Ventileinrichtung auf der Stirnseite der Kammer, die der Stirnseite gegenüberliegt,
an der der Schaltschieber angeordnet ist, dauernd auf den Druckmitteldruck in den Kammern an und diese Ventileinrichtung
wird vollständig durch diesen Druck derart gesteuert, daß die Druckmittelströmung in jede sich ausdehnende Kammer,
die vom Schaltschieber eine nicht ausreichende Druckmittelmenge
erhält, ergänzt wird. Dies führt sowohl zu einem höheren Wirkungsgrad der Pumpe als auch zu einer
Sicherung gegen eine Beschädigung von Teilen der Pumpe durch eine nicht ausreichende Strömung durch diese Pumpe.
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Claims (9)
- P a t e η t a η s p r tt ehelly Hydraulische innenachsige Kreiskolbenmaschine mit Kämmeingriff und festpunktlos gelagertem Rotor mit einem Schaltschieber, der die sich ausdehnenden Kammern der Maschine mit einer Seite eines Druckmitteldrucksystems verbindet und der die sich zusammenziehenden Kammern der Maschine mit der anderen Seite des Druckmitteldrucksystems verbindet und der sich synchron mit der Kreiskolbenmaschine dreht, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen Druckmittel in die sich ausdehnenden Kammern von der anderen Stirnseite des Rotors der Kreiskolbenmaschine zugeführt wird, die derjenigen Stirnseite gegenüberliegt, an der der Schaltschieber angeordnet ist.
- 2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die Druckmittel in die Taschen von der anderen Stirnseite einführt, Ventile aufweist, welche die Strömung des Druckmittels in die andere Stirnseite einer jeden Tasche steuern.
- 3. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die die Druckmittelströmung in die andere Stirnseite einer jeden Kammer einleiten, Ventile aufweist, die auf den Druckmitteldruck in jeder Kammer ansprechen.
- Ί. Hydraulische Maschine nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile Kugelrückschlagventile aufweisen..
- 5. Hydraulische Maschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mehrere Ventile, von denen jedes einer entsprechenden Tasche zugeordnet ist und von denen jedes in dauernder Verbindung mit einer Druckmittelquelle steht.609830/031 1
- 6. Hydraulische Maschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile mehrere axial sich erstreckende Kanäle aufweisen, die erste Endabschnitte haben, die mit einer entsprechenden Kammer fluchten und zweite Endabschnitte, die in Verbindung mit der Druckmittelquelle stehen, wobei in jedem Kanal ein Kugelrückschlagventil angeordnet ist.
- 7· Hydraulische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle auch in Verbindung mit dem Schaltschieber steht.
- 8. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Einlaßöffnungen vorgesehen sind, die in direkter Verbindung mit dem Schaltschieber und den Einrichtungen stehen, die DRuckmittel in die Kammern von der besagten anderen Stirnseite aus einleiten.
- 9. Hydraulische innenachsige Kreiskolbenmaschine mit Kämmeingriff und festpunktlos gelagertem Rotor, gekennzeichnet durch eine erste Ventileinrichtung, die Druckmittel in die sich ausdehnenden Kammern der Maschine von einer Stirnseite aus einleiten und die Druckmittel von dieser Stirnseite aus aus den sich zusammenziehenden Kammern abzieht und durch eine zweite Ventileinrichtung, die auf der anderen Stirnseite der Kammern angeordnet ist, um Druckmittel in die Kammern von der anderen Stirnseite aus bei einer Ausdehnung der Kammern einzuleiten, wobei die.zweite Ventileinrichtung mehrere Ventile aufweist, die den entsprechenden Kammern zugeordnet sind, wobei jedes der Ventile in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, um Druckmittel durch die Ventile hindurch in die zugeordneten Kammern einzuleiten und zwar ansprechend auf den Druckmitteldruck in der zugeordneten Kammer.609830/0 3.1 1Leerseite
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