DE2708284A1

DE2708284A1 - Druckmittelmotor

Info

Publication number: DE2708284A1
Application number: DE19772708284
Authority: DE
Inventors: Bernard Gold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-25
Filing date: 1977-02-25
Publication date: 1977-09-15
Also published as: FR2342396A1; JPS52132245A; GB1586757A; PT66237B; BE851787A; IE45117B1; US4102614A; IT1073272B; IN148586B; AU512152B2; ZA771096B; JPS62152001U; AU2267077A; ES456301A1; IE45117L; FR2342396B1; PT66237A; CA1047313A; CH604016A5

Description

270828;

- 4 Bernard Gold, London, Großbritannien

Druckmittelmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckmittelmotor zur Erzeugung einer vorzugsweise drehenden Bewegung. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckmittelmotor zu schaffen, der sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Der erfindungsgemäße Druckmittelmotor ist gekennzeichnet durch einen innenverzahnten Außenkörper, einen im wesentlichen zylindrischen Kern und einen außenverzahnten Innenkörper, die koaxial zueinander angeordnet und relativ zueinander drehbar sind, eine gerade Anzahl von verzahnten Absperrelementen, die drehbar in dem Kern an gegenüberliegenden Enden desselben gelagert und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, Abschlußwände, die den von dem Außenkörper und dem Innenkörper begrenzten Raum an jedem axialen Ende desselben abschließen und jeweils mit einer Stirnfläche eines Absperrelements oder einer Gruppe von Absperrelementen dichtend zusammenwirken, zwei Gruppen von Kolben, die jeweils entlang den Zähnen des Außenkörpers bzw. des Innenkörpers axial verschiebbar sind und mit der Innen- und Außenfläche des Kerns zusammenwirken, Führungsmittel an diesen Flächen zur Führung der Kolbengruppen mit engem Gleitsitz jeweils zwischen der anderen Stirnfläche eines Absperrelements oder einer Gruppe von Absperrelementen und der davon abgewandten Abschlußwand, derart, daß der genannte Raum durch die Kolben und die Absperrelemente in die zweifache Anzahl von gleichen, voneinander getrennten Kammern geteilt ist, und Mittel zum Zu- und Abführen eines Arbeitsmediums zu bzw. von den Kammern

In einer bevorzugten Ausführung sind lediglich zwei diametral und axial gegenüberliegende Absperrelemente vorgesehen, und ist der Außenkörper feststehend. Die Zähne im Außen- und Innenkörper

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können von Stegen zwischen im wesentlichen halbzylindrischen Längsnuten gebildet sein. Alternativ können die Zähne auch von Rippen mit halbkreisförmigem Querschnitt gebildet werden. Die Kolben und die Absperrelemente sind in beiden Ausführungen entsprechend geformt.

Vorzugsweise werden die Führungsmittel von in der Innen- und der Außenfläche des Kerns angeordneten gewellten Kulissennuten gebildet, wobei die Kolben jeweils mit einem Vorsprung, beispielsweise in Form einer Kugel, versehen sind, der in die zugehörige Kulissennut eingreift.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades können die Sperrelemente über einen Teil ihrer Länge durch radial versetzte Zahnräder ersetzt werden, die mit der Verzahnung des Außen- oder des Innenkörpers kämmen und gegenüber dem anderen Körper jeweils durch eine Trennwand abgeschirmt sind, die am Kern befestigt ist. Dadurch kommt zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Kammern die Pumpwirkung einer Zahnradpumpe zustande.

Abschnitte des Kerns teilen diese Kammer in radial innere und äußere Unterkammern. Vorzugsweise sind diese Abschnitte weggeschnitten oder mit Kanälen versehen, um eine freie Zirkulation des Arbeitsmediums zwischen den Unterkammern zu ermöglichen.

Die Zufluß- und Abflußkanäle für das Arbeitsmedium erstrecken sich vorzugsweise durch den Innenkörper und die Abschlußwände.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einigen Abwandlungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen versetzten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckmittelmotor;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der in Kreisform angeordneten Innenkolben;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des hohlzylindrischen Kerns;

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Fig. 4 eine Abwicklung, aus der das Zusammenwirken zwischen den Außenkolben und deren Kulissennut hervorgeht;

Fig. 5 ein Kraftdiagramm;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, teilweise geschnitten, des Motors von Fig. 1, wobei der Kern weggelassen ist;

Fig. 7 einen versetzten Querschnitt einer ersten Abwandlung des Motors von Fig. 1;

Fig. 8 einen versetzten Querschnitt durch eine praktische Ausführungsform des Motors von Fig. 1;

Fig. 9 einen ebenen Querschnitt durch den Motor von Fig. 8; Fig.10 einen Längsschnitt entlang Linie X-X in Fig. 8; Fig.11 einen Längsschnitt entlang Linie XI-XI in Fig. 8;

Fig. 12A und 12B Abwicklungen, welche schematisch das Zusammenwirken der Kolben mit ihren Kulissennuten darstellen;

Fig.13 einen Schnitt entlang Linie XIII-XIII in Fig. 10 und 11;

Fig.14 einen Schnitt entlang Linie XIV-XIV in Fig. 11 in kleinerem Maßstab;

Fig.15 einen versetzten Querschnitt durch eine zweite Abwandlung des Motors von Fig. 1, und

Fig. 16 verschiedene Dichtungsanordnungen.

Die Maschine von Fig. 1 bis 6 hat ein feststehendes Gehäuse 1 mit einer im wesentlichen zylindrischen Kammer 2, die in ihrer Umfangswand gleichmäßig beabstandete, im wesentlichen halbzylindrische Längsnuten 3 aufweist, welche dem Gehäuse 1 die Wirkung eines innen verzahnten Rades geben. In den Nuten 3 sind längsverschiebbar Kolben 4 angeordnet, die einen Querschnitt aufweisen, der dem Querschnitt der Nuten entspricht, und mit Flanschen

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versehen sind, die sich in Umfangsrichtung erstrecken, derart, daß benachbarte Kolben 4 einander in der Mitte der Flächen zwischen benachbarten Nuten 3 berühren.

Engpassend ist in diesem Kranz von Kolben 4 ein koaxialer hohlzylindrischer Kern 5 angeordnet, dessen Form am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Der Kern 5 hat in seiner Außenfläche eine äußere, gewellte Kulissenumfangsnut 6 und an seiner Innenfläche eine innere gewellte Kulissenumfangsnut 7. Er ist ferner mit diametral und axial gegenüberliegenden Ausschnitten 8 versehen, in denen Absperrelemente 9 in Form von stirnverzahnten Rädern angeordnet sind, welche die Ausschnitte 8 in axialer Richtung ausfüllen und eng mit den Nuten 3 in Eingriff stehen. Die Kolben 4 haben alle die gleiche Höhe, die genau der verbleibenden axialen Länge des Kerns 5 im Bereich der Ausschnitte 8 entspricht, und sie werden durch Kugeln 10 bewegt, die in der Kulissennut 6 unter das eine Absperrelement 9 und über das andere geführt werden. Die Absperrelemente 9 sind auf Zapfen 11 drehbar gelagert, die am Kern 5 zentral in den Ausschnitten 8 befestigt sind.

Eine entsprechende Reihe von Kolben 12 arbeitet mit der Innenfläche des Kerns 5 zusammen, wobei die Kolben 12 durch Kugeln 10 bewegt werden, die in der inneren Kulissennut 7 geführt sind. Fig. 2 zeigt die Anordnung dieser Kolben 12. Die Kolben 12 sind verschiebbar in halbzylindrischen Nuten 13 angeordnet, die in gleichem Abstand in der Außenfläche eines Rotors 14 angebracht sind, der auf einer Welle 15 befestigt ist. Der Rotor 14 kämmt auch mit den Absperrelementen 9, welche den Raum innerhalb des Gehäuses 1 in vier separate Kammern P und N (Fig.4) teilt. Diese Kammern haben eine etwa dreieckige Form und jede ist teilweise geteilt durch einen Abschnitt des Kerns 5. Zwei der Kammern, die diametral und axial einander gegenüberliegen, werden anfänglich unter Druck gesetzt (P), während die beiden anderen Kammern (N) drucklos bleiben.

Die Anordnung ist derart, daß die Kolben auf einem Ast jedes der gewellten Kulissennuten 6,7 nach unten bewegt werden, während

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diejenigen auf dem anderen Ast nach oben bewegt werden. Wie aus Fig. 4 und 5 hervorgeht, bewegt der resultierende Druck den Kern 5, die Absperrelemente 9 und den Rotor 14 in die in Fig. 1 durch die Pfeile gekennzeichneten Richtungen. In diesem Fall fallen die Kulissennuten von der 7 -Stellung zur 11 -Stellung ab und sie steigen von der 1 -Stellung zur 5 -Stellung an, und die Kolben bewegen sich unterhalb des in der Zeichnung oberen Absperrelementes und oberhalb des anderen Absperrelementes. Die Punktierung zeigt die Zonen an, in denen die Tiefe der Druckkammern am größten ist.

Fig. 7 ist eine Abwandlung der Maschine von Fig. 1, und zwar sind anstelle der halbzylindrischen Nuten im Gehäuse und im Rotor Längsrippen mit halbkreisförmigem Querschnitt vorgesehen und die Absperrelemente und die Kolben sind entsprechend genutet. Gleiche oder gleichartige Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Strich, bezeichnet.

Fig. 8 bis 14 zeigen eine praktische Ausführung des Motors von Fig. 1. Die Fig. 8 und 9 unterscheiden sich nur geringfügig von Fig. 1 und gleiche oder gleichartige Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, jedoch sind in dem Kern 5 Verbindungskanäle 16 vorgesehen, die gewährleisten, daß eine freie Strömung in jeder Kammer zwischen gegenüberliegenden Seiten des Kerns 5 stattfinden kann. Das Gehäuse 1 hat eine Abflachung 17, die als Montage- oder Auflagefläche dient.

Wie aus Fig. 10 und 11 hervorgeht, ist der Rotor 14 durch Schrauben 18 an Wellenabschnitte 1S₁ und 15- befestigt und gegenüber diesen durch O-Ringe abgedichtet. Der Wellenabschnitt 1S₁ hat eine Längsbohrung 19, durch welche das Druckmedium mittels eines drehbaren Anschlusses 20 dem Inneren des Motors zugeführt wird. Der Anschluß 20 ist mit einer feststehenden Druckleitung verbunden. Von der Längsbohrung 19 kann das Medium durch radiale Kanäle 21 in der oberen Abschlußwand 22 in eine Druckkammer und frei durch eine zentrale Bohrung 23 im Rotor 14 in ein Sackloch 24 im

anderen Wellenabschnitt 15_ strömen. Es kann von dort aus durch weitere radiale Kanäle 25 in der unteren Abschlußwand 26 zur gegenüberliegenden Druckkammer gelangen. Die drucklosen Kammern sind durch radiale und achsparallele Kanäle 27 und 28 in den Abschlußwänden 22 und 26 mit Auslässen 29 und 30 verbunden.

Das Gehäuse 1 ist an jedem Ende durch ringförmige Deckel 31, 32 verschlossen, in denen die Abschlußwände 22 und 26 über Lager 33 drehbar gelagert sind. Die Lager 33 sind durch Lagerdeckel 34 abgedeckt. Der Kolben 14 läuft in Lagern 35 innerhalb von axialen Fortsätzen der Abschlußwände 22 und 26 und die Absperrelemente 9 sind auf den Zapfen 11 durch Lager 36 drehbar gelagert. Der Kern 5 ist mit den Abschlußwänden 22 und 26 durch Paßstifte 37 drehfest νβ^μηαβη und an jedem Ende durch in Kreisnuten 38 eingreifende Rippen fixiert. Mit 39 sind verschiedene Dichtungen bezeichnet.

Fig. 10 ist ein Längsschnitt, bei welchem die Absperrelemente 9 sichtbar sind sowie die inneren und äußeren Kolben 12 bzw. 4, die über bzw. unter diesen verlaufen. Fig. 11 ist ein dazu senkrechter Querschnitt, wobei die Kolben in der Mitte zwischen ihren äußeren oberen und unteren Stellungen dargestellt sind. Fig. 12A und 12B sind schematische Abwicklungen, welche das Zusammenwirken der Kolben mit ihren Kulissennuten, den Absperrelementen und den Verbindungskanälen zeigen. Der Schnitt gemäß Fig. 14 zeigt die Strömungspfade für das Druckmedium für diesen Querschnitt. Die Punktierungen zeigen die Tiefe der Kammern an. Die Punktierung ist umso intensiver, je tiefer die Kammern sind.

Die dargestellten Motoren können mit Druckluft oder Druckflüssigkeit betrieben werden. Obgleich die Verwendung von Druckluft einige Vorteile hat, sind besondere Maßnahmen zur Schmierung erforderlich, so daß bevorzugt Drucköl als Arbeitsmedium verwendet wird.

Eine derartige Maschine hat unvermeidliche Verluste, jedoch kön-

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nen Vorkehrungen getroffen werden, um diese Verluste auszugleichen. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 15 gezeigt, in welcher die Absperrelemente 9a nur teilweise ihre ursprüngliche Form haben. Sie setzen sich axial in einem kleineren Zahnrad 40 fort, das radial versetzt ist, um in der gleichen Weise mit den Zähnen des Gehäuses zu kämmen. Diese Zahnräder 40 sind jedoch von dem Rotor 14a durch Trennwände 41 abgeschmirmt, die am Kern 5 angebracht sind. Diese Trennwände 41 verhindern, daß das Druckmedium zu den drucklosen Kammern zurückkehrt, und wenn die Zahnräder 4 im gleichen Drehsinn wie die Absperrelemente 9a umlaufen, wird Arbeitsmedium in die Druckkammern gedrückt, die wiederum durch Punktierung gekennzeichnet sind. Der Rotor 14a dreht sich ebenfalls in der gleichen Richtung und transportiert gleichfalls Arbeitsmedium, wie dies durch die Pfeile veranschaulicht ist. Die Zahnräder 40 müssen mindestens vier Zähne aufweisen und dies bedingt, daß die Absperrelemente 9a sieben Zähne haben und daß die Anzahl der Nuten im Gehäuse und im Rotor entsprechend geändert werden muß.

Fig. 16 stellt verschiedene Dichtungsanordnungen für die Kolben dar. Obgleich es möglich ist, ohne Dichtungen zu arbeiten, ist die Anordnung von Dichtungen bevorzugt. Anstelle der in Fig.16 gezeigten können metallische oder keramische, hydrostatische Dichtungen verwendet werden, insbesondere bei hohen Drücken. In Fig. 16 sind Dichtungen 42 in Nuten in den Kolben 4 und 12 eingesetzt, die durch Federn 43 nach außen gedrückt werden, um mit den Nuten im Gehäuse bzw. im Rotor zusammenzuwirken. Diese Federn 43 sind im Umriß in Fig. 12 angedeutet. Die gegenüberliegende Fläche, die mit dem Kern 5 zusammenwirkt, ist mit einem erhabenen rechteckigen Rand 44 versehen, der den Oberflächenkontakt verringert und vorzugsweise mit einem Material mit geringer Reibung beschichtet, beispielsweise flammgespritzt, oder aus einem Metall mit geringem Reibwert hergestellt ist.

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Claims

Patentansprüche

ί1.JDruckmittelmotor, gekennzeichnet durch einen innenverzahnten Außenkörper (1), einen im wesentlichen zylindrischen Kern (5) und einen außenverzahnten Innenkörper (14), die koaxial zueinander angeordnet und relativ zueinander drehbar sind, eine gerarte Anzahl von verzahnten Absperrelementen (9), die drehbar in dem Kern (5) an gegenüberliegenden Enden desselben gelagert und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, Abschlußwände (22,26), die den von dem Außenkörper und dem Innenkörper begrenzten Raum an jedem axialen Ende desselben abschließen und jeweils mit einer Stirnfläche eines Absperrelementes (9) oder einer Gruppe von Absperrelementen dichtend zusammenwirken, zwei Gruppen von Kolben (4,12), die jeweils entlang den Zähnen des Außenkörpers (1) bzw. des Innenkörpers (14) axial verschiebbar sind und mit der Innen- bzw. Außenfläche des Kerns (5) zusammenwirken, Führungsmittel (6,7) an diesen Flächen zur Führung der Kolbengruppen mit engem Gleitsitz jeweils zwischen der anderen Stirnfläche des betreffenden Absperrelementes (9) und der davon abgewandten Abschlußwand (22 bzw. 26), derart, daß der genannte Raum durch die Kolben und die Absperrelemente in die zweifache Anzahl von gleichen, gegeneinander getrennten Kammern (P,N) geteilt

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ORIGINAL INSPECTED

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ist, und Mittel (19,21,23,24,25,27,28,30) zum Zu- und Abführen eines Arbeitsmediums zu bzw. von den Kammern.
2. Druckmittelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diametral und axial gegenüberliegende Absperrelemente (9) vorgesehen sind.
3. Druckmittelmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkörper (1) feststeht.
4. Druckmittelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne im Außen- und Innenkörper von Stegen zwischen im wesentlichen halbzylindrischen Längsnuten (13,3) gebildet sind.
5. Druckmittelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne im Außen- und Innenkörper von Rippen mit halbkreisförmigem Querschnitt gebildet sind (Fig.7).
6. Druckmittelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel von in der Innen- und in der Außenfläche des Kerns (5) angeordneten Kulissennuten (7,6) gebildet sind, und daß die Kolben (12,4) jeweils mit einem Vorsprung (10) versehen sind, der in die zugehörige Kulissennut eingreift.
7. Druckmittelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrelemente (9a) über einen Teil ihrer Länge durch radial versetzte Zahnräder (40) ersetzt sind, die mit der Verzahnung des Außen- oder des Innenkörpers kämmen und gegenüber dem anderen Körper jeweils durch eine Trennwand (41) abgeschirmt sind, die am Kern (5) befestigt ist, so daß zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Kammern eine Zahnrad-Pumpwirkung eintritt.
8. Druckmittelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte des Kerns (5), welche jede Kammer in radial innere und äußere Unterkammern untertei-

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len, mit einem Ausschnitt oder Kanal (16) versehen sind, um eine freie Zirkulation des Mediums zwischen den Unterkammern zu ermöglichen.
9. Druckmittelmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zufluß- und Abflußkanäle für das Arbeitsmedium durch den Innenkörper (14) und die Abschlußwände (22,26) erstrecken.

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