DE3831283A1 - Hydraulische gerotorvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft hydraulische Gerotorvorrichtungen.

Hydraulische Gerotorvorrichtungen sind ein ausgezeichnetes Mittel, hohe Drehmomente zu entfernt liegenden Stellen zu übertragen. Das Drehmoment wird erzeugt durch das Einfangen des hohen Drucks eines Fluids innerhalb sich ausdehnender Gerotorzellen. Bei einem typischen Gerotormotor, wie er in der US-PS 43 57 133 offenbart ist, sind die Gerotorzellen definiert durch die Berührung zwischen den Bögen eines Rotors und den Rollen eines umgebenden Stators, wobei die Gestalt der Bögen des Rotors und der Rollen des Stators gewöhnlich konstante Berührung zwischen allen Bögen des Rotors und den Rollen des Stators erzeugen. Diese Berührung unterteilt den Druckbogen zwischen dem Rotor und dem Stator in eine Reihe von multiplen Gerotorzellen. Jede einzelne Ge­ rotorzelle dieser Art von Vorrichtung hat daher gewöhnlich ein begrenztes Volumen. Die begrenzte Größe jede dieser Zellen zusammen mit der Vielzahl von Zellen, die erforderlich ist, um die gewünschte physikalische Kapazität für die Ge­ rotorvorrichtung zu schaffen, wird von der Industrie als eine diesen Vorrichtungen eigene Begrenzung akzeptiert. Dies trifft zu, obwohl die Begrenzung zu erhöhter Abnutzung, erhöhter Wärmeerzeugung und anderen begleitenden Schwierigkeiten führt. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Gerotor­ vorrichtung zu schaffen mit Gerotorzellen größeren Volumens.

Demgemäß bezweckt die vorliegende Erfindung, die Größe der Zellen in einer Gerotorvorrichtung zu vergrößern.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die Abnutzung in Gerotorvorrichtungen zu verringern.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die Betriebs­ lebensdauer von Gerotorvorrichtungen zu verlängern.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die Betriebs­ charakteristiken von Gerotorvorrichtungen zu verbessern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine mittlere seitliche Querschnittsansicht einer Gerotorvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Stator und einem ausgeschnittenen Rotor.

Fig. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittan­ sicht eines ausgeschnittenen Bogens des Rotors gemäß Fig. 1, wobei eine Statorrolle eine Kante des Aus­ schnitts bildet.

Fig. 3 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittan­ sicht eines ausgeschnittenen Bogens des Rotors gemäß Fig. 1, wobei eine Statorrolle die andere Kante des Ausschnitts bildet.

Fig. 4 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittan­ sicht des ausgeschnittenen Bogens des Rotors gemäß Fig. 1 mit zwei dazwischen liegenden Statorrollen.

Gemäß der Zeichnung umfaßt eine Gerotorvorrichtung 10 einen Rotor 11 und einen Stator 12, die zwischen sich Druckzellen 13 bilden. Der Rotor 11 ist innerhalb des Stators 12 gering­ fügig exzentrisch angeordnet für Umlaufbewegung in dem Stator 12. Wenn der Rotor 11 sich in dem Stator 12 dreht, treten die Bögen 20 des Rotors 11 mit den Rollen 21 des Stators 12 in sich änderndem Ausmaß in Berührung. Der geometrische Ort der Berührungspunkte beim Kämmen der Bögen 20 und der Rollen 21 bestimmt Wirkungslinien 30. Gewöhnlich ändern sich diese Wirkungslinien 30 kontinuierlich in Bezug auf einen beson­ deren Bogen 20, wobei sie in einem Bogen von etwa 120° bei einer Umdrehung um den Stator 12 schwingen. Die Bögen 20 des Rotors 11 befinden sich während einer solchen Drehung kontinuierlich mit einer Rolle 21 des Stators 12 in Berührung. Bei der dargestellten Ausführungsform treffen die Berührungs­ linien 30 an einer Stelle 33 sechs Exzentrizitäten (die An­ zahl der Rotorbögen) exzentrisch zu dem Rotor.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die Bögen 20 des Rotors 11 bei 25 relativ zu den Hauptwirkungslinien 31, 32 aus­ geschnitten (Fig. 2 und 3). Die Hauptwirkungslinie 31 ist die Linie durch den geometrischen Ort der Kämmpunkte der beiden Bögen, die der oberen Totpunkt-Statorrolle am nächsten liegen, und die Hauptwirkungslinie 32 ist die Linie durch den geometrischen Ort der Kämmpunkte der beiden Bögen, die dem oberen Totpunkt-Bogen gegenüberliegen. Diese Linien bestimmen zusammen die Grenzen der sich ausdehnenden und zusammenziehenden Gerotorzellen.

Die Hauptwirkungslinie 31 ist bei der dargestellten bevor­ zugten Ausführungsform die Wirkungslinie für die Statorrolle, die der Statorrolle 21 benachbart liegt, die am oberen Totpunkt­ zentrum 40 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform er­ streckt sich die Kante 26 des Ausschnitts 25 von der definier­ ten Stelle 23 in einem Winkel von im wesentlichen 45° mit Bezug auf die Wirkungslinie (Fig. 2), wobei ein Verstärkungs­ abschnitt 27 sich geringfügig in den Ausschnitt erstreckt. Der Winkel von 45° führt zu einer Verteilung der Kompressions­ last von der Berührungsstelle an der kritischen Wirkungslinie über eine ausgedehnte Fläche und in diffuser Weise, und zwar anders, als es sonst auftreten würde. Dies führt auch dazu, das Kohlenstoffgehäuse (carbon case) des Rotors derart anzu­ treiben, daß die Betriebslebensdauer der Vorrichtung verlängert wird. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform (Fig. 2) unterstützt der Verstärkungsabschnitt 27 die Übertragung und zusätzlich gewährleistet er eine gute Abdichtung an dieser Stelle, indem er die Gestalt des Bogens 20 geringfügig zu einer Stelle jenseits der kritischen Wirkungslinie trägt bzw. versetzt (technisch könnte sich der Ausschnitt 25 über den gesamten Weg zur Wirkungslinie 31 und zu der definierten Stelle 23 erstrecken). Die Ausschnittkante 26 schafft einen Übergang (blending) zwischen benachbarten Gerotorzellen 13 auf jeder Seite einer am oberen Totpunktzentrum angeordne­ ten Statorrolle 21 (Talberührung).

Die Hauptwirkungslinie 32 ist bei der dargestellten bevor­ zugten Ausführungsform die Wirkungslinie zwischen benachbarten Statorrollen 21 mit einem Überbrückungsrotor 11. Die definierte Kante 28 des Ausschnitts 25 erstreckt sich von der definierten Stelle 24 wiederum in einem Winkel von im wesentlichen 45°. Diese Ausschnittkante 28 schafft einen Übergang bzw. ein Mischen (blending) zwischen benachbarten Gerotorzellen 13 auf jeder Seite einer Statorrolle 21, die sich in Berührung mit der Mitte eines Bogens 20 des Rotors 11 befindet (Bogen­ berührung).

Um Berührung zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 an anderen Punkten oder Stellen zu gewährleisten und die Last dazwischen zu verteilen, wird es bevorzugt, daß die Bögen im Profil über eine kurze Strecke (typisch 0,254 bis 2,03 mm ( 0,010 bis 0,080 Zoll)) an der definierenden oder bestimmenden Wirkungs­ linie vorbei unverändert belassen werden.

Der Ausschnitt 25 vergrößert wirksam die Größe der Gerotor­ zellen 13 durch Erzeugung von Übergangspunkten (blend points) innerhalb der aktiven sich ausdehnenden und zusammenziehenden Gerotorzellen 13. Da noch Dichtungsberührung zwischen dem Rotor und dem Stator, welche diese sich ausdehnenden und zu­ sammenziehenden Zellen 13 trennt (das heißt zwischen solchen Zellen) existiert, ist die Gesamtwirksamkeit der Vorrichtung nicht be­ einträchtigt. Tatsächlich ergibt sich genau das Gegenteil. Die Anordnung der Übergangspunkte bewirkt, daß die Vorrich­ tung mehr entsprechend einer idealen Einheit aus einer einzigen sich ausdehnenden Zelle und einer einzigen sich zusammenzie­ henden Zelle arbeitet als eine Mehrzelleneinheit. Der Gesamt­ fluidweg durch die Vorrichtung ist daher als Folge der Beseiti­ gung der Strömungsbegrenzungen um 10% oder mehr verbessert.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich. Das betrachtete bevorzugte Ausführungsbeispiel umfaßt einen Rotor mit sechs Bögen in einem Stator mit sieben Rollen. Die Erfindung kann jedoch genausogut verwendet werden mit anders gestalteten Gerotorzellenmechanismen, beispielsweise mit einem Rotor mit dreizehn Bögen, der in einem Stator mit vierzehn Rollen angeordnet ist. Mit einem solchen Rotor mit einer unge­ raden Bogenzahl verläuft die Hauptwirkungslinie 31 durch die Kämmpunkte der Bögen, welche die Statorrolle am oberen Tot­ punktzentrum überbrücken, und die Hauptwirkungslinie 32 ver­ läuft durch die Kämmpunkte der Bögen, welche dem Bogen be­ nachbart liegen, welcher der Gerotorzelle am unteren Tot­ punktzentrum direkt gegenüberliegt. Die Erfindung kann auch konservativer gestaltet werden, wobei beispielsweise für das Ausführungsbeispiel mit einem Rotor mit dreizehn Bögen die Wirkungslinien durch die Kämmpunkte der Bögen verlaufen, die um einen Bogen von den Bögen entfernt sind, welche die am oberen Totpunktzentrum befindliche Statorrolle für die Linie 32 über­ brücken, und wobei die Wirkungslinien um einen Bogen entfernt liegen von dem Bogen, der der Gerotorzelle am unteren Tot­ punktzentrum für die Linie 31 direkt gegenüberliegt. Diese konservativere Gestaltung könnte auch erzeugt werden durch Fortsetzung der erzeugten Gestalt des Ausschnitts der Bögen über eine Strecke über die Strecke hinaus, die technisch er­ forderlich ist (und dann gegebenenfalls in runder gebogener Gestalt).

Claims (5)

1. Gerotorvorrichtung, umfassend einen Rotor (11) mit einer Bogen (20) aufweisenden Gestalt, und mit Hauptwirkungs­ linien (30, 31, 32) zu einem umgebenden Stator (12), wobei die Hauptwirkungslinien die Kanten zwischen sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Abschnitten von Gerotorzellen (13) definieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Bögen (20) des Rotors (11) zwischen den Hauptwirkungs­ linien (30, 31, 32) ausgeschnitten (bei 25) sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bögen (20) zwei Flanken haben und in jeder Flanke ein Ausschnitt (25) gebildet ist, und daß die entfernt liegenden Kanten des Ausschnitts in jeder Flanke mit Bezug auf die Hauptwirkungslinie (z.B. 31) in einem Winkel von im wesent­ lichen 45° liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) eine geradzahlige Anzahl von Bögen (20) aufweist.

4. Gerotorvorrichtung, umfassend einen Rotor (11) mit einer Reihe von erzeugten, allgemein halbkreisförmigen, sich nach außen erstreckenden Bögen (20), deren jeder zwei Flanken aufweist, wobei Hauptwirkungslinien (30, 31, 32) zu einer um­ gebenden Statorrolle (21) verlaufen und die Hauptwirkungslinien zwischen dem Rotor und dem Stator zwischen sich die Vorderkante und die Hinterkante von sich ausdehnenden und sich zusammen­ ziehenden Gerotorzellen (13) definieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Bögen (20) des Rotors (11) zwischen den Wirkungslinien ausgeschnitten (bei 25) sind, und daß die Ausschnitte Übergangspunkte (blend points) zwischen Gerotorzellen (13), welche eine Statorrolle (21) am oberen Totpunktzentrum umgeben, und zwischen Gerotorzellen erzeugen, die dem Rotorbogen am unteren Totpunktzentrum gegen­ überliegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) eine geradzahlige Anzahl von Bögen (20) aufweist.