DE3916623A1 - Hydraulische gerotorvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft hydraulische Gerotorvorrichtungen, und insbesondere eine verbesserte Antriebsverbindung für den Taumelstab einer solchen Vorrichtung. Zusätzlich zu der An­ wendung bei archetypischen landwirtschaftlichen Arbeitsvor­ gängen werden solche Vorrichtungen nunmehr auch in industriel­ len Anwendungen angetroffen, beispielsweise bei Industrie­ robotern und bei mechanisierter Transportausrüstung. Bei dieser zunehmenden Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten treten gewisse Betriebscharakteristiken in den Vordergrund, die bis­ her nicht beachtet wurden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine praktischere, das heißt vielseitiger anwendbare billige hydraulische Gerotorvorrichtung zu schaffen, mit der höhere Drehmomente glatter bzw. weicher übertragen werden können, wobei außerdem die Drehmomentübertragung gleichmäßig erfolgt.

Es ist weiterhin ein Zweck der Erfindung, die Ventilfunktion der Vorrichtung über eine Umdrehung von 360° zu erleichtern.

Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, die Drehmomentleistung von hydraulischen Gerotorvorrichtungen zu verbessern.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die Lang­ lebigkeit von solchen Gerotorvorrichtungen zu verbessern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispiels­ weise erläutert.

Fig. 1 ist eine mittlere Längsschnittansicht einer einheit­ lichen Ventil-Gerotorvorrichtung, die ein verbesser­ tes Ventil gemäß der Erfindung umfaßt.

Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht nach Linie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist eine der Fig. 1 analoge Längsschnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 ist eine der Fig. 1 analoge Längsschnittansicht eines Gerotormotors mit zwei Rotoren gemäß der Er­ findung.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 5-5 der Fig. 4.

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 6-6 der Fig. 4.

In der Zeichnung ist eine hydraulische Gerotorvorrichtung 10 dargestellt. Die bevorzugte Ausführungsform umfaßt ein Ge­ häuse 11, eine Gerotorausführung 12 und eine Antriebswelle 14.

Das Gehäuse 11 ist ein Stahlgebilde einer Länge von etwa 20 cm oder mehr (some 8′′). Das Gehäuse 11 umfaßt einen vor­ deren Anbringungs- und Lagerteil 20, die Gerotorausführung 12 und eine mit Öffnungen versehene Stirnplatte 21. Der Vorder­ teil 20 ist so gestaltet, daß er die Gerotorvorrichtung 10 an irgendeinem zugeordneten Mechanismus anbringen kann, wo­ bei die Antriebswelle 14 in ihrer Lage gehalten wird gegen Belastungen, die radiale Seitenbelastungen umfassen. Die Gerotorausführung 12 ist so gestaltet, daß sie die Betriebs­ energie für die Vorrichtung liefert. Der mit Öffnungen ver­ sehene Teil 21 ist so gestaltet, daß er eine einzige schwere einheitliche Platte darstellt für ortsfestes Anschließen von Rohren an eine Eingangsöffnung 25 und eine Abgabeöffnung 26 der Vorrichtung 10.

Die Gerotorausführung 12 umfaßt einen Taumelstab 30, einen Rotor 31, einen Stator 32, eine Verteilerplatte 33 und eine Ausgleichsplatte 34.

Der Taumelstab 30 ist die Haupt-Winkelantriebsverbindung zwischen dem Rotor 31 und der Antriebswelle 14. Der Taumel­ stab 30 ist daher lang (um den Winkel zwischen der Längs­ achse des Taumelstabes 30 und der Längsachse der Antriebs­ welle 14 zu verkleinern) und hat einen bestimmten Durch­ messer (um das Drehmoment des Rotors 31 zu ertragen). Der Taumelstab 30 wird für die jeweilige Anwendung dimensioniert.

Der Rotor 31 ist der Haupt-Betriebsdrehteil für die Vor­ richtung 10. Der Rotor 31 definiert in Kombination mit dem umgebenden Stator 32 einen Satz von sich vergrößernden und sich verkleinernden Gerotorzellen um den Außenumfang des Rotors 31 herum. Im Betrieb wird Druckfluid oder ein anderes Medium wahlweise den Zellen zugeführt bzw. aus ihnen abge­ führt. Um einen solchen Betrieb zu erleichtern, wird es be­ vorzugt, daß der Rotor 31 den Hauptventilteil für die Vor­ richtung 10 darstellt (Fig. 1 und 4). Diese Kommutation und Ventilfunktion ist in der US-PS 43 57 133 des gleichen Anmelders erläutert. Bei dieser bevorzugten Vorrichtung ist die Mitte 36 des Rotors 31 mit einer Öffnung 25 verbunden, während ein umgebender Ring 35 mit der anderen Öffnung 26 verbunden, um dadurch die Ventilöffnungen für die Vorrichtung 10 zu bilden. Bei der dargestellten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist der Außendurchmesser wenigstens einer der Ven­ tilöffnungen kleiner als der Außendurchmesser der Taumelstab­ antriebsverbindung. Dies können beide Öffnungen 36, 35 (wie in Fig. 1 dargestellt) sein, oder nur eine Öffnung. Hier­ durch wird der Flächenbereich verringert, welcher dem Druck­ fluid unterworfen wird, wobei gleichzeitig eine Vorrichtung mit verkleinertem Durchmesser erhalten wird. Für die Zwecke dieses Verhältnisses wird es bevorzugt, daß der Durchmesser der Antriebsverbindung des Taumelstabes am Fuß der Nuten (splines) im Rotor, und der Durchmesser der umlaufenden Ven­ tilöffnung bzw. der umlaufenden Ventilöffnungen an der äußersten Erstreckung einer solchen Öffnung bzw. solcher Öffnungen genommen bzw. bestimmt wird. Die wirksame Grenze für diesen verringerten Ventilöffnungsdurchmesser ist die Querschnittsfläche, die erforderlich ist, um während des An­ laufens der Vorrichtung Fluid zu den Ventilverbindungen in der Verteilerplatte 33 bzw. von den Ventilverbindungen fließen zu lassen, was bedeutet, daß eine ausreichende Fluid­ menge zwischen den Ventilöffnungen und den Gerotorzellen fließen muß, um die Vorrichtung zu betreiben (es ist zu be­ merken, daß bei dieser Bestimmung der Umlauf des Rotors 31 in Betracht gezogen werden muß). Bei der Ausführungsform ge­ mäß Fig. 1 schafft die verkleinerte Fläche einen Endanschlag 39 für den Taumelstab 30 innerhalb des Rotors 31. Der Außen­ durchmesser jeder der beiden Öffnungen 35 und 36 ist weiterhin kleiner als der Innendurchmesser der Taumelstab-Antriebsver­ bindung, wodurch die Größe der Vorrichtung weiter verkleinert wird.

Die Flächenverringerung gemäß der Erfindung bedeutet, daß eine kleinere Fläche abgedichtet werden muß und daß sich ein geringeres Auslecken ergibt. Die Durchmesserverringerung bedeutet, daß die Vorrichtung kleiner ist, und daß zusätzlich das Ausbalancieren der Kräfte innerhalb der Vorrichtung er­ leichtert ist. In einer Vorrichtung mit isoliertem Ventil (später anhand der Fig. 3 erläutert) führt der verkleinerte Durchmesser auch zu einer Verringerung der Masse des umlau­ fenden Ventils. Da dieses umlaufende Ventil mit einem mehr­ fachen der Rotorgeschwindigkeit schwingt (beispielsweise 3600 mal bei einer Ausgangsdrehung von 600 Umdrehungen je Minute), führt diese Massenverringerung zu einer bemerkens­ werten Verringerung der Schwingungen oder Vibrationen der Vorrichtung. Weitere Vorteile werden nachstehend erläutert.

Die Verteilerplatte 33 ist die Haupt-Kommutation/Ventilfunktion- Fluidverbindung für die Vorrichtung 10. Die Verteilerplatte 33 ist von einer Mehrplattenausführung. Eine solche Ausführung und die Betriebsweise sind in der US-PS 44 74 544 beschrieben. Alle Öffnungen sind drehmäßig ausgerichtet zwecks Anpassung an die Winkelversetzung der Gerotorausführung 12. Die Ver­ teilerplatte 33 ist so gestaltet, daß sie an die Winkelaus­ richtung der Rotor-Stator-Kombination 31,32 angepaßt ist. Der Rotor 31 übt die Kommutation und die Ventilfunktion der Gerotorausführung 12 in einer einzigen Ebene aus.

Die Fluidöffnungen 25, 26 verbinden die Vorrichtung mit äußeren Einrichtungen oder Mechanismen. Diese Öffnungen 25, 26 für die Verteilerplatte 33 sind an dem Öffnungsteil 21 gebildet. Die eine Fluidöffnung 25 steht direkt mit der Mitte 36 des Rotors 31 in Verbindung. Die andere Fluidöffnung 26 ist über die Verteilerplatte 33 mit der ringförmigen Ventil­ funktionsöffnung 35 des Rotors 31 verbunden.

Die Balancierplatte oder Ausgleichsplatte 34 übt eine Aus­ gleichsfunktion aus für die Hochdruckzufuhr für die auf nur einer Seite des Rotors 31 durchgeführte Kommutation und Ventilfunktion. Die Ausgleichsplatte 34 ist eine dünne flexible Stahlplatte, die an ihren Außenkanten mit dem Gehäuse 11 oder mit der Öffnungsplatte 31 sicher verbunden ist. Die Aus­ gleichsplatte 34 deckt eine kleine Tasche hinter ihr ab, die mit der Hochdruckzufuhr für die Vorrichtung über den Rotor 31 verbunden ist. Dies wird erreicht durch Schaffung einer klei­ nen Öffnung oder von kleinen Öffnungen, die zu der Tasche in der Ausgleichsplatte 34 in dem Bereich führen, der von der Hochdrucknut in dem Rotor 31 überstrichen wird. Wenn die Vor­ richtung für einen Betrieb in beiden Richtungen gestaltet ist, werden kleine Rückschlagventile verwendet, um einen zweckent­ sprechenden Anschluß nur für hohen Druck zu gewährleisten, anstelle eines Anschlusses Hochdruck-Niederdruck. Die Taschen könnten auch getrennt direkt mit einer Hochdruckzu­ fuhröffnung 25, 26 verbunden (plumbed) werden. Die Größe der Tasche wird derart gewählt, daß für den ankommenden Hoch­ druck das Ungleichgewicht des Rotors ausgeglichen wird. Die Ausgleichsplatte 34 ist im einzelnen in der US-Patentanmel­ dung 7 98 301 vom 15. November 1985 beschrieben.

Die Erfindung ist vorstehend in ihrer bevorzugten Ausführungs­ form mit einem gewissen Grad an Besonderheit beschrieben worden. Es ist zu verstehen, daß zahlreiche Änderungen der beschrie­ benen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist die Erfindung anhand einer Ausführung mit integralem Rotorven­ til beschrieben worden. Es sind jedoch auch andere Aus­ führungsformen möglich. Diese umfassen Vorrichtungen mit isoliertem Ventil (Fig. 3) und Vorrichtungen mit mehreren Rotoren (Fig. 4).

Eine Vorrichtung mit isoliertem Ventil (Fig. 3) ist so aus­ geführt, daß das Ventil 100 von dem Rotor 31 getrennt ist. Ein kleiner Zapfen 101 verbindet das Ventil 100 mit dem Taumelstab 30, so daß es mit diesem umläuft. Eine Beschrei­ bung des Betriebes einer Vorrichtung mit isoliertem oder ge­ trenntem Ventil findet sich in der US-Patentanmeldung 0 80 606 vom 3. August 1988. Bei der besonderen Ausführungsform, die in der vorliegenden Anmeldung dargestellt ist, ist der Außen­ durchmesser der mittleren Öffnung 136 des Ventils 100 kleiner als der Außendurchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung mit dem Rotor 31. Um den Außendurchmesser der Öffnungen 136 und 135 kleiner zu machen, könnte bei einer Abwandlung die Öffnung 135 in eine Nut in dem Ventil 100 verlegt werden anstelle der Anordnung in der Fläche um den Umfangs des Ven­ tils 100 herum, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wobei weiterhin die Abmessungen des Ventils 100 und der Verteiler­ platte 33 verringert werden können soweit, daß die beabsichtig­ ten Abmessungen erhalten werden. Die Verteilerplatte 33 ist der Verteilerplatte 33 gemäß Fig. 1 ähnlich und sie unter­ scheidet sich von dieser nur hinsichtlich der Ausrichtung der Ventilöffnungen in ihr, was bedeutet, daß diese Ausrichtung umgekehrt ist unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das umlaufende Ventil sich auf einer Seite dem Rotor gegenüber­ liegend befindet und nicht in dem Rotor gebildet ist. Weiter­ hin hat die Verteilerleitung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 eine andere Größe, was bedeutet, daß das umlaufende Ventil, welches sich in einem Abstand von dem Rotor befindet, eine geringfügig größere Umlaufbahn hat.

Eine Vorrichtung mit mehreren Rotoren ist in Fig. 4 darge­ stellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine zweite Gerotor­ ausführung 13 vorgesehen mit einem zweiten Taumelstab 40 und einer zugeordneten Antriebsverbindung zwischen den Rotoren 31 und 41 (die Bezugszeichen der Gerotorausführung 13 sind je­ weils um zehn höher als die Bezugszeichen der Gerotoraus­ führung 12, was bedeutet, daß mit dem Bezugszeichen 40 und nicht mit dem Bezugszeichen 30 begonnen wird. Der zweite Taumelstab 40 ist axial in Ausrichtung mit den axialen Mitten 37, 47 der beiden Rotoren 31, 41 angeordnet. Der Taumel­ stab 40 ist mittels eines äußeren Flansches 27 in seiner Betriebsposition angeordnet, der sich von seinem mittleren Teil in eine entsprechende Nut 28 in dem Öffnungsteil bzw. der Öffnungsplatte 21 erstreckt. Im Betrieb der Vorrichtung beschreiben die axialen Mitten 37, 47 und die Achse des zweiten Taumelstabes 40 zusammen einen Phantomzylinder um die mittlere Achse der Vorrichtung (eine Verlängerung der Längsachse der Antriebswelle 14 in Ausrichtung mit den axialen Mitten der Statoren 32, 42 der Gerotorausführungen 12, 13). Der Taumelstab 40 ist daher kurz und fest oder dicht in die Rotoren 31 und 41 eingepaßt und derart dimensioniert, daß das Drehmoment lediglich des Rotors 41 übertragen wird. Es ist zu bemerken, daß in anderen Ausführungsformen der Erfindung die Rotoren Kreise unterschiedlicher Abmessungen durchlaufen können mit oder ohne Drehkongruenz, um tatsächlichen oder gewünschten An­ forderungen bei einer besonderen Anwendung zu genügen, in welchem Fall der Taumelstab 40 eine Winkelkompensation zwi­ schen den Rotoren 31 und 41 möglicherweise schaffen muß.

Die Rotoren 31 und 41 haben unterschiedliche Abmessungen und unterschiedliche Winkelausrichtung mit Bezug auf den betreffen­ den Stator, um ihr Arbeiten zu optimieren. Jedes Rotor-Stator- Paar 31, 32 bzw. 41, 42 ist weiterhin von dem jeweils anderen Paar mit einer unterschiedlichen Winkelversetzung vorgesehen, um die Linearität des Ausgangsdrehmomentes der Vorrichtung zu vergleichmäßigen und im übrigen ein Festfahren oder Anhalten zu verringern. Der Schlüssel hierfür besteht darin, irgend­ welche Stellen minimaler Verschiebung oder Verdrängung in den Zellen beider Gerotorausführungen 12, 13 dauernd zu beseitigen oder zu minimieren. Dies kann erhalten werden durch Ändern der Winkelausrichtung der Rotoren (wie in Fig. 4 dargestellt), durch Ändern der Anzahl der Vorsprünge (lobes) an den Rotoren (beispielsweise sechs Vorsprünge am Rotor 31, und 11 Vorsprünge am Rotor 41) oder auf andere Weise. Dies wird bevorzugt gegen­ über der Alternative der Verwendung eines Rotors für die Aus­ übung der Ventilfunktion beider Gerotorausführungen, wie dies erhalten werden könnte durch Verbinden der Gerotorzellen­ öffnungen einer Verteilerplatte 33 oder 34 mit den zweckent­ sprechenden Gerotorzellen beider Gerotorausführungen 12, 13 und Fortlassen der jeweils anderen Verteilerplatte 33 oder 43. Alternativ könnte, wenn unabhängiges Arbeiten der Gerotoraus­ führungen erwünscht ist, jede Gerotorausführung 12, 13 mit ihren eigenen unabhängigen Öffnungen versehen werden. Dies könnte beispielsweise erreicht werden durch Schalten oder Ver­ binden der Verteilerplatte 33 mit der Ausgleichsplatte 34 für die Gerotorausführung 12, und Schaffung der zusätzlichen Öffnungen in dem Gehäuse 11 für die Verteilerleitung 33.

Bei der Vorrichtung mit mehreren Rotoren ist wiederum der Außen­ durchmesser der Ventilöffnung 36 kleiner als der Außendurch­ messer der Taumelstab-Antriebsverbindung des Rotors 31. Dies gilt auch für die Öffnung 46.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.

Claims (14)

1. Hydraulische Gerotorvorrichtung, umfassend einen Rotor (31; 31, 41) mit einer Taumelstab-Antriebsverbindung, die einen Durchmesser hat, und mit einem umlaufenden Ventil mit einer Öffnung, die einen Außendurchmesser hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung größer als der Außendurchmesser der Öffnung (36) des umlaufenden Ventils ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung der Innen­ durchmesser dieser Verbindung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung der Außen­ durchmesser dieser Verbindung ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Ventil mit dem Rotor (31) einheitlich ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Ventil (100) von dem Rotor (31) getrennt ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das umlaufende Ventil zwei Öffnungen (35, 36; 135, 136) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Taumelstab-Antriebsver­ bindung größer als der Außendurchmesser der beiden Öffnungen des umlaufenden Ventils ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung der Innen­ durchmesser dieser Verbindung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung der Außen­ durchmesser dieser Verbindung ist.

9. Hydraulische Gerotorvorrichtung mit einem umlaufenden Rotor mit einer Taumelstab-Antriebsverbindung, die einen Außen­ durchmesser hat, und mit einer einheitlichen Ventilöffnung, die einen Außendurchmesser hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung größer als der Außendurchmesser der Ventilöffnung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Rotor zwei ebene axiale Stirnflächen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumel­ stab-Antriebsverbindung in einer Fläche des Rotors (31), und die Ventilöffnung (35, 36) in der anderen Fläche des Rotors ist (Fig. 1 und 2).

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei Fluidkommutation an der Ventilöffnung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkommutation an der gleichen Fläche des Rotors (31) erfolgt, an der die Ventilöffnung vorhanden ist (Fig. 1 und 2).

12. Hydraulische Gerotorvorrichtung, umfassend einen um­ laufenden Rotor mit einer Taumelstab-Antriebsverbindung, die einen Außendurchmesser hat, und mit einem umlaufenden Ventil, welches eine Ventilöffnung mit einem Außendurchmesser hat, wobei das umlaufende Ventil durch eine Verlängerung des Taumel­ stabes umlaufen gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Taumelstab-Antriebsverbindung größer als der Außendurchmesser der Ventilöffnung ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verteilerplatte (33) zwischen dem Rotor (31) und dem umlaufenden Ventil (100) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Öffnungen versehene Platte (21) auf der Seite des umlaufenden Ventils (100) angeordnet ist, die von dem Rotor (31) abgewandt ist.