DE3916623A1 - Hydraulische gerotorvorrichtung - Google Patents
Hydraulische gerotorvorrichtungInfo
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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.
Applications Claiming Priority (1)
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Country Status (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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