DE60011319T2 - Gerotormotor - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rotationsfluid-Druckvorrichtungen und genauer auf derartige Vorrichtungen, die Gerotorverdrängungsmechanismen beinhalten.
  • Obgleich die vorliegende Erfindung auf vorteilhafte Weise zusammen mit Gerotorvorrichtungen verwendet werden kann, die als Fluidpumpen benutzt werden, erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft, wenn sie als Teil eines Gerotormotors und insbesondere eines Gerotormotors mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment benutzt wird, weshalb sie im Zusammenhang damit beschrieben werden wird. Darüber hinaus ist die Erfindung besonders nützlich, wenn sie als Teil einer Gerotorvorrichtung eingesetzt wird, die bei relativ höheren Drücken und Drehmomenten betrieben werden soll.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung darüber hinaus auf vorteilhafte Weise mit Gerotormotoren verwendet werden kann, die verschiedene Typen von Ventilanordnungen aufweisen, ist sie besonders vorteilhaft, wenn sie in einem Hochdruckmotor vom "Ventil-in-Stern"-(VIS)-Typ benutzt wird, weshalb sie im Zusammenhang damit beschrieben werden wird. Ein Beispiel eines VIS-Motors ist in US-A-4 741 681 illustriert und beschrieben, das auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hier als Referenz dient. Eine Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist auch aus US-A-5 624 248 bekannt. In einem VIS-Motor wird die kommutierende Ventilwirkung an einer Grenzfläche zwischen einem umlaufenden und sich drehenden Gerotorstern und einer benachbarten stationären Ventilplatte bewerkstelligt, die typischerweise entweder Teil des Motorgehäuses (oder der Endkappe) oder ein separates Bauteil ist, das relativ zu dem Motorgehäuse drehfest gehalten wird. Ein Beispiel eines VIS-Motors, in dem das drehfeste Ventilorgan ein von dem Motorgehäuse getrenntes Bauteil ist, wird in US-A-4 976 594 illustriert und beschrieben, wobei dieses Patent ebenfalls auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hier als Referenz dient.
  • Es ist zu erwarten, dass Gerotormotoren mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment, auf die sich die Erfindung bezieht, sogar bei einem Vorliegen von relativ hohen Rückdrücken, d.h. bei wesentlich über dem Reservoirdruck an dem Rücklauf (Auslass)-Anschluss des Motors liegenden Drücken, gut arbeiten. Wie dem Fachmann wohlbekannt sind hohe Rückdrücke in dem Fall von Fahrzeugantriebssystemen mit geschlossenem Kreislauf in denen der Systemablassdruck zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Servosystems, das die Verdrängung der hydrostatischen Antriebspumpe steuert, allgemein üblich. Ebenfalls wohlbekannt ist, dass der Systemladedruck den Rückdruck an dem Motor inhärent bestimmt, da der Ladedruck ("Auffüllfluid") zu der Niederdruckseite des Systems übertragen wird, welche die Auslassseite des Antriebsmotors ist.
  • Ein inhärentes Charakteristikum von Motoren vom VIS-Typ besteht darin, dass der Rückdruck auf den Gerotorstern eine abtrennende Kraft ausübt, die dazu tendiert, den Stern (der das umlaufende und sich drehende Ventilorgan ist) von der benachbarten Ventilflächen an dem stationären Ventilorgan zu trennen. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet von Gerotormotoren bekannt, verringert eine derartige Trennung benachbarter Ventilflächen die volumetrische Effizienz des Motors wesentlich, wobei die volumetrische Effizienz das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Ausgang des Motors zu dem theoretischen Motorausgang ist, der vorhanden wäre, wenn innerhalb des Motors keine Leckage auftreten würde. Es ist bestimmt worden, dass für gewisse VIS-Motor-Konfigurationen das Problem der Trennung des Sterns bei gesteigerten Systemdrücken nicht so stark ausfällt, da Systemdruck dazu verwendet wird, den Gerotorstern zu der benachbarten Oberfläche des stationären Ventilorgans hin vorzuspannen. Stattdessen kann das Problem bei relativ niedrigeren Systemdrücken am deutlichsten auftreten, wenn eine geringere resultierende Vorspannkraft auf den Stern vorliegt. Es wird davon ausgegangen, dass dieses Problem durch das relativ hohe Bolzendrehmoment verschärft wird, das hinsichtlich desjenigen Umstands verwendet wird, dass der Motor für Anwendungen mit relativ höheren Drücken ausgelegt ist. Das hohe Bolzendrehmoment kann zur Folge haben, dass sich die beim Stand der Technik bestehende Ausgleichsplatte verformt, wodurch sich Leckagezwischenräume zwischen dem Gerotor und der Ausgleichsplatte öffnen, was die volumetrische Effizienz verringert. Von größerer Wichtigkeit ist jedoch der Umstand, dass das Bolzendrehmoment angesichts der Variationen von Faktoren wie z.B. dem Gewindefinish usw. zu einer unvorhersehbaren Vorbelastung auf der Ausgleichsplatte führt, wohingegen eine bekannte vorhersehbare Vorbelastung wirklich erwünscht ist.
  • Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten Gerotormotors mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment und insbesondere eines Motors vom VIS-Typ, der selbst im Falle des Vorliegens eines relativ höheren Rückdrucks zufriedenstellend und mit einer verringerten Abnahme der volumetrischen Effizienz arbeiten kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gerotormotors vom VIS-Typ mit einer verbesserten Ausgleichsplatten- und Dichtungsanordnung, die zwecks erhöhter volumetrischer Effizienz eine Verringerung des Gerotorseitenabstands ermöglichen, während zugleich der Toleranzbereich des Seitenabstands effektiv erhöht wird, wodurch sich die Herstellungskosten des Gerotors verringern.
  • Es ist beobachtet worden, dass die Bemühungen zur Verringerung des Gerotorseitenabstands und zur Steigerung der volumetrischen Effizienz zu unerwünschten Effekten führen können. Eine Erhöhung der Last auf eine Ausgleichsplatte, die benachbart zu der vorderen Oberfläche des Sterns (d.h. dem Ende, das der stationären Ventilplatte gegenüberliegt) angeordnet ist, kann zu einem Scheuern zwischen der Stirnfläche der gezahnten Oberfläche und der benachbarten Oberfläche der Ausgleichsplatte führen, und zwar insbesondere an einer Stelle hoher Relativgeschwindigkeit zwischen den benachbarten Oberflächen. Wie für den Fachmann auf dem Gebiet von Gerotormotoren wohlbekannt führt jegliches Scheuern zwischen sich relativ zueinander bewegenden Teilen ziemlich rasch zu einem vollständigen Ausfall der Funktionsfähigkeit des Motors.
  • Dementsprechend besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten Gerotormotors, der ein Scheuern zwischen den Stirnflächen des Gerotorsterns und der benachbarten Oberfläche der Ausgleichsplatte besser verhindern kann.
  • Eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Gerotormotors, der die oben genannte Aufgabe löst, indem unter Druck stehendes Fluid zu derjenigen Fläche geführt wird, die einem Scheuern unterliegt, wodurch diese potentielle Scheuerfläche gekühlt und geschmiert wird.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Die obigen und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bereitstellung einer Rotationsfluid-Druckvorrichtung gelöst, die eine Gehäuseanordnung aufweist, welche einen Fluideinlassanschluss und einen Fluidauslassanschluss ausbildet. Ein Fluiddruck-Verdrängungsmechanismus ist der Gehäuseanordnung zugeordnet und beinhaltet ein innenverzahntes Ringbauteil und ein außenverzahntes Sternbauteil, das innerhalb des Ringbauteils exzentrisch angeordnet ist. Das Ringbauteil und das Sternbauteil weisen eine relative Umlauf- und Drehbewegung auf und treten miteinander in Eingriff, um in Ansprechen auf die Umlauf- und Drehbewegung sich ausdehnende und sich zusammenziehende Fluidvolumenkammern auszubilden. Eine Ventilanordnung wirkt mit der Gehäuseanordnung zusammen, um eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlassanschluss und den sich ausdehnenden Volumenkammern sowie zwischen den sich zusammenziehenden Volumenkammern und dem Fluidauslassanschluss bereitzustellen. Die Gehäuseanordnung weist eine Endkappenbaugruppe auf, die auf der Rückseite des Ringbauteils angeordnet ist und einen Teil der Ventilanordnung bildet, sowie ein Gehäusebauteil, das vor dem Ringbauteil angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Befestigern ist in Befestigerbohrungen vorgesehen, wobei die Befestiger die Endkappenbaugruppe und das Gehäusebauteil in einem festen abdichtenden Eingriff relativ zu dem Ringbauteil halten. Eine Ausgleichsplatte ist zwischen dem Ringbauteil und dem Gehäusebauteil vorgesehen und dazu ausgelegt, unmittelbar an einer benachbarten Stirnfläche des Sternbauteils angeordnet zu werden, um die dazwischen auftretende Fluidleckage zu minimieren.
  • Die verbesserte Rotationsfluid-Druckvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsplatte eine Ausgleichsplattenbaugruppe mit einer äußeren Ausgleichsplatte und einer inneren Ausgleichsplatte aufweist. Die äußere Ausgleichsplatte bildet ein inneres Profil aus, das von den Fluidvolumenkammern radial innenliegend angeordnet ist. Die innere Ausgleichsplatte weist eine ihr zugeordnete mechanische Anordnung auf, um die innere Ausgleichsplatte in einem Eingriff mit dem Sternbauteil hin vorzuspannen.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist die verbesserte Rotationsfluid-Druckvorrichtung von demjenigen Typ, bei dem die benachbarte Stirnfläche des Sternbauteils eine Fluidkammer festlegt und das Sternbauteil einen Fluiddurchlass ausbildet, der unter Druck stehendes Fluid von dem Hauptfluid-Strömungsweg stromauf des Fluidverdrängungsmechanismus zu der Fluidkammer überträgt, um eine Fluiddruckvorspannung des Sternbauteils zu dem stationären Ventilorgan hin bereitzustellen.
  • Die verbesserte Rotationsfluid-Druckvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarte Stirnfläche des Sternbauteils eine Mehrzahl von individuellen Sternzahnoberflächen aufweist. Jede der Sternzahnoberflächen bildet generell einen sich radial erstreckenden Fluiddurchlass aus, der mit der Fluidkammer in Verbindung steht. Jede der Sternzahnoberflächen beinhaltet weiterhin einen Fluiddurchlass, der generell senkrecht zu dem radialen Fluiddurchlass ausgerichtet ist und in einer von dem radialen Fluiddurchlass entfernten Richtung über eine verringertes Strömungsvolumen verfügt, wodurch unter Druck stehendes Fluid zwischen der Ausgleichsplatte und der benachbarten Stirnfläche des Sternbauteils bereitgestellt wird.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein axialer Querschnitt und illustriert einen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten VIS-Gerotormotor mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment.
  • 2 ist ein Schnitt in Querrichtung entlang einer Linie 2–2 von 1, der jedoch nur das Sternbauteil darstellt.
  • 3 ist ein Schnitt in Querrichtung entlang einer Linie 3–3 von 1 in einem etwas kleineren Maßstab als in 1, und von der in 1 dargestellten Position aus etwas verdreht.
  • 4 ist ein Schnitt in Querrichtung entlang einer Linie 4–4 von 1 und in einem etwas größeren Maßstab, der leicht schematisch die Lage des äußeren Profils der inneren Ausgleichsplatte darstellt, was einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet.
  • 5 ist ein Grundriss der äußeren Ausgleichsplatte der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Grundriss der inneren Ausgleichsplatte der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein stark vergrößerter, fragmentarischer axialer Querschnitt ähnlich wie in 1 und stellt die Erfindung ausführlicher dar.
  • 8 ist ein vergrößerter Grundriss, ebenfalls entlang der Linie 4–4 von 1, der jedoch nur den gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung angefertigten Gerotorstern zeigt.
  • 9 ist eine weiter vergrößerte fragmentarische Ansicht einer gemäß der vorliegenden Erfindung angefertigten Sternzahnstirnfläche.
  • 10 ist ein axialer Querschnitt entlang einer Linie 10–10 von 9 und in ungefähr demselben Maßstab.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, welche die Erfindung nicht einzugrenzen beabsichtigen, ist in 1 ein VIS-Motor dargestellt, der gemäß den oben genannten Patentschriften aufgebaut ist. Genauer und lediglich beispielshalber ist der in 1 dargestellte VIS-Motor entweder von einem "Nassbolzen"-Entwurf ("wet bolt design"), in dem die Bolzen Systemdruck ausgesetzt sind, oder von einem "Feuchtbolzen"-Entwurf ("damp-bolt design"), bei dem die Bolzen Gehäusedruck ausgesetzt sind. In jedem Fall kann der Motor jedoch gemäß US-A-5 211 551, das ebenfalls auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hier als Referenz dient, angefertigt werden.
  • Der in 1 dargestellte VIS-Motor weist eine Mehrzahl von Abschnitten auf, die z.B. durch eine Mehrzahl von Bolzen 11 aneinander befestigt sind, wobei nur jeweils nur einer dieser Bolzen in den 1 und 3, jedoch sämtliche Bolzen in 4 dargestellt sind. Der Motor beinhaltet eine Endkappe 13, eine stationäre Ventilplatte 15, einen allgemein mit 17 bezeichneten Gerotorzahnradsatz, eine allgemein mit 19 bezeichnete Ausgleichsplattenbaugruppe, sowie ein Flanschbauteil 21.
  • Der ebenfalls in 4 dargestellte Gerotorzahnradsatz 17 ist beim Stand der Technik wohlbekannt und in den oben genannten Patentschriften ausführlicher dargestellt und beschrieben, weshalb er hier nur kurz beschrieben wird. Der Zahnradsatz 17 ist vorzugsweise ein Geroler®-Zahnradsatz, der ein innenverzahntes Ringbauteil 73 aufweist, welches eine Mehrzahl von generell halbzylindrischen Öffnungen ausbildet, wobei ein zylindrisches Walzenbauteil 25 in jeder der Öffnungen vorgesehen ist und die Innenzähne des Ringbauteils 23 bereitstellt. Innerhalb des Ringbauteils 23 ist exzentrisch ein außenverzahntes Sternbauteil 27 angeordnet, das typischerweise einen Außenzahn weniger als die Anzahl an Innenzähnen 25 aufweist, wodurch das Sternbauteil 27 das Ringbauteil 23 umlaufen und sich relativ zu diesem drehen kann. Die Umlauf- und Drehbewegung des Sterns 27 innerhalb des Rings 23 bildet eine Mehrzahl von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Fluidvolumenkammern 29 aus.
  • Immer noch hauptsächlich auf 1 Bezug nehmend bildet der Stern 27 eine Mehrzahl von geraden Innenkeilzähnen 30 aus (in den 1, 7 und 8 dargestellt), die mit einem Satz balliger Außenkeilzähne 31 in Eingriff stehen, welche an einem Ende einer Hauptantriebswelle 33 ausgebildet (und in 1 nur fragmentarisch dargestellt) ist. An dem gegenüberliegenden Ende der Welle 33 ist ein weiterer Satz an hier nicht dargestellten balligen Außenkeilzähnen angeordnet, die dazu ausgelegt sind, mit einem weiteren Satz gerader Innenkeilzähne in Eingriff zu stehen, die durch eine gewisse Form von hier nicht dargestelltem Ausgangsdrehbauteil wie z.B. einer Welle oder Radnabe ausgebildet sind. Wie dem Fachmann wohlbekannt können Gerotormotoren des hier dargestellten allgemeinen Typs eine zusätzliche Ausgangsdrehwelle beinhalten, die durch geeignete Lager abgestützt ist.
  • Nun hauptsächlich auf 2 in Zusammenhang mit 1 Bezug nehmend wird das Sternbauteil 27 ausführlicher beschrieben werden. Obgleich kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, ist es bevorzugt, dass der Stern 27 eine aus zwei getrennten Teilen bestehende Baugruppe aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Stern 27 zwei getrennte Teile einschließlich eines die Außenzähne beinhaltenden Hauptsternbereichs 37 sowie eines Einsatzes oder Steckers 39 auf. Der Hauptbereich 37 und der Einsatz 39 wirken zusammen, um die nachfolgend beschriebenen verschiedenen Fluidzonen, Durchlässe und Anschlüsse auszubilden. Das Sternbauteil 27 bildet eine durch eine Stirnfläche 43 des Sterns 27 bestimmte zentrale Verteilerzone 41 aus, wobei die Stirnfläche 43 in gleitendem abdichtendem Eingriff mit einer benachbarten Oberfläche 45 (siehe 3) der stationären Ventilplatte 15 vorgesehen ist.
  • Die Stirnfläche 43 des Sterns 27 bildet eine Gruppe Fluidanschlüsse 47 aus, wobei jeder Anschluss mittels eines durch den Einsatz 39 ausgebildeten Fluiddurchlasses 49 in kontinuierlicher Fluidverbindung mit der Verteilerzone 41 steht (in 2 ist nur einer der Fluiddurchlässe 49 dargestellt).
  • Weiterhin bildet die Stirnfläche 43 eine Gruppe von Fluidanschlüssen 51 aus, die alternierend zu den Fluidanschlüssen 47 angeordnet sind und wobei jeder der Fluidanschlüsse 51 einen Bereich 53 aufweist, der durch den Einsatz 39 ausgebildet ist und sich radial nach innen über etwa die Hälfte des radialen Abstands zu der Verteilerzone 41 hin erstreckt.
  • Nun hauptsächlich auf 3 in Zusammenhang mit 1 Bezug nehmend werden die Endkappe 13 und die stationäre Ventilplatte 15 ausführlicher beschrieben werden. Wie anhand des oben genannten Patentes US-A-5 211 551 ersichtlich ist es beim Stand der Technik bekannt, dass die Endkappe und die stationäre Ventilplatte wie in der vorliegenden Ausführungsform als separate Bauteile ausgebildet sind, weshalb beide auch als eine "Endkappenbaugruppe bezeichnet werden können. Wahlweise könnten die Endkappe und das stationäre Ventil aus einem einzigen integralen Bauteil bestehen, wobei sich in diesem Fall Bezüge auf eine "stationäre Ventilanordnung" oder eine ähnliche Terminologie dahingehend verstehen, dass hier derjenige Bereich der Endkappe bezeichnet wird, der unmittelbar benachbart zu dem Gerotorzahnradsatz angeordnet ist. Es sollte sich verstehen, dass die vorliegende Erfindung beide oben beschriebenen Konstruktionen verwenden kann.
  • Die Endkappe 13 beinhaltet einen Fluideinlassanschluss 55 und bildet weiterhin eine ringförmige Kammer 59 aus, die mit dem Einlassanschluss 55 in einer offenen kontinuierlichen Fluidverbindung steht. Die Endkappe 13 und die stationäre Ventilplatte 15 wirken zusammen, um eine zylindrische Kammer 61 auszubilden, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung als ein Teil des Auslassanschlusses betrachtet wird, da die Kammer 61 typischerweise in einer nicht begrenzten Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss und mit der Verteilerzone 41 stehen würde, wenn der Stern 27 umläuft und sich dreht. Die zylindrische Kammer 61 ist von einem generell mit 63 bezeichneten Fluiddruckbereich umgeben (siehe 3), der eine Mehrzahl von individuellen stationären Druckanschlüssen 65 beinhaltet, wobei jeder dieser Druckanschlüsse mittels eines Durchlasses 67 in kontinuierlicher Fluidverbindung mit der ringförmigen Kammer 59 steht (siehe 1).
  • Weiterhin bildet die stationäre Ventilplatte 15 eine Mehrzahl von stationären Ventildurchlässen 69 aus, die beim Stand der Technik auch als "Taktschlitze" bezeichnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform würde jeder der Ventildurchlässe 69 typischerweise über einen radial ausgerichteten Schlitz verfügen, wobei jeder Schlitz in einer kontinuierlichen offenen Fluidverbindung mit einem benachbarten Schlitz der Volumenkammern 29 stehen würde. Vorzugsweise sind die Ventildurchlässe 69 in einem generell ringförmigen Muster angeordnet, das relativ zu dem Fluiddruckbereich 63 konzentrisch ausfällt, wie in 3 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform öffnen sich die Ventildurchlässe 69 jeweils lediglich beispielshalber zu einem vergrößerten Bereich 71 hin. Jeder der Bolzen 11 durchläuft einen der vergrößerten Bereiche 71, aber wie in 3 ersichtlich ist, kann, selbst wenn der Bolzen 11 vorhanden ist, Fluid immer noch von und zu den Volumenkammern 29 durch den radial innenliegenden Teil jedes vergrößerten Bereichs 71 übertragen werden.
  • Erneut hauptsächlich auf 1 Bezug nehmend wird die allgemeine Funktion der Ausgleichsplatte vom Stand der Technik beschrieben werden. Systemdruck (Hochdruck) wird zu der vorderen Seite (d.h. zu der dem Flanschbauteil 21 benachbarten Seite) der Ausgleichsplatte gemäß oben genanntem US-A-4 976 594 übertragen. Für jede Betriebsrichtung wird die Ausgleichsplatte zu dem Sternbauteil 27 hin vorgespannt. Mit anderen Worten liegt während eines vollständigen Umlaufes des Sternbauteils 27 eine Nutzkraft vor, welche die Ausgleichsplatte zu dem Stern hin vorspannt. Allerdings könnten verschiedener Gründe halber wie z.B. einem leichten Kippen bzw. Seitwärtsstellen des Sterns oder einer ungleichmäßigen Verteilung des Bolzendrehmoments lokalisierte Bereiche vorliegen, in denen eine geringe Trennung der Ausgleichsplatte von dem Stern 27 auftritt.
  • Im Betrieb wird Hochdruckfluid zu dem Einlassanschluss 55 übertragen. Von dort fließt es zu der ringförmigen Kammer 59, dann durch die individuellen Durchlässe 67 und in die Druckanschlüsse 65 hinein. Wenn der Stern 27 umläuft und sich dreht, treten die neun Druckanschlüsse 65 mit den acht radial inwärtigen Bereichen 53 der durch den Stern 27 ausgebildeten Fluidanschlüsse 51 in eine kommutierende Fluidverbindung. Somit wird Hochdruckfluid nur zu denjenigen Fluidanschlüssen 51 übertragen, die mit einem der Ventildurchlässe 69 in Fluidverbindung stehen, oder die gerade dabei sind, eine derartige Übertragung herzustellen oder diese Übertragung gerade vervollständigt haben.
  • Hochdruckfluid wird nur zu denjenigen Fluidanschlüssen 51 übertragen, die an der gleichen Seite der Exzentrizitätslinie wie die sich ausdehnenden Volumenkammern liegen, sodass dann Hochdruckfluid von diesen jeweiligen Fluidanschlüssen 51 durch die jeweiligen stationären Ventildurchlässe 69 und vergrößerten Bereiche 71 in die sich ausdehnenden Volumenkammern 29 strömt.
  • Aus den sich zusammenziehenden Volumenkammern 29 heraus fließendes Niederdruck-Ausstoßfluid wird durch die jeweiligen vergrößerten Bereiche 71 und Ventildurchlässe 69 in die durch das Sternbauteil 27 ausgebildeten Fluidanschlüsse 47 übertragen. Anschließend wird dieses Niederdruckfluid durch die radialen Fluiddurchlässe 49 in die Verteilerzone 41 übertragen, und von dort fließt das Niederdruckfluid durch die zylindrische Kammer 61 und danach zu dem ihr zugeordneten Auslassanschluss. Für den Fachmann versteht sich, dass der gerade beschriebene gesamte Hauptströmungsweg beim Stand der Technik im allgemeinen wohlbekannt ist. Wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" erläutert, bestünde, wenn ein wesentlich höherer als üblicher Rückdruck an dem Auslassanschluss 61 vorläge, die Folge in einer erhöhten Trennkraft, die auf den Stern 27 einwirken würde. In der vorliegenden Ausführungsform würde ein derart gesteigerter Rückdruck zu einer erhöhten Vorspannkraft über die gesamte Querfläche der Verteilerzone 41 hinweg führen.
  • Nun hauptsächlich auf die 1 und 4 bis 7 Bezug nehmend wird die Ausgleichsplattenbaugruppe 19, die einen wichtigen Aspekt der Erfindung bildet, ausführlich beschrieben werden. Die Baugruppe 19 beinhaltet eine äußere Ausgleichsplatte 73 und eine innere Ausgleichsplatte 75. Wie hier verwendet beziehen sich die Begriffe "außen" und "innen" lediglich auf die radialen Beziehungen der Platten 73 und 75, d.h. die Platte 73 ist radial außenliegend und die Platte 75 ist radialinnen liegend relativ zueinander angeordnet. Eine andere Möglichkeit der Beschreibung der Beziehung der Ausgleichsplatten 73 und 75 besteht darin, dass die innere Platte 75 innerhalb der äußeren Platte 73 "ineinander passend" angeordnet ist.
  • Gemäß eines spezifischeren Aspekts der Erfindung bildet die äußere Ausgleichsplatte 73 ein inneres Profil 77 (siehe 5) aus und die innere Ausgleichsplatte 75 bildet ein äußeres Profil 79 aus (siehe 4 und 6). Obgleich kein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es bevorzugt, dass die inneren und äußeren Profile 77 und 79 innerhalb vernünftiger Herstellungstoleranzen derart relativ nahe zueinander angeordnet sind, dass niemals ein störender Eingriff zwischen den Profilen vorliegt, sondern dass der radiale Zwischenraum dazwischen minimiert und vorzugsweise über im wesentlichen die gesamte Abmessung in Umfangsrichtung minimiert werden würde. Beispielsweise wird in der vorliegenden Ausführungsform der radiale Zwischenraum auf einem Bereich von etwa 0,020 inch (0,50 mm) gehalten. Daher könnte die in 4 mit "79" bezeichnete Linie auch das innere Profil 77 der äußeren Platte 73 darstellen.
  • Vorzugsweise ist jedes der Profile 77 und 79 nicht kreisförmig. Wäre eines der Profile oder beide bloß kreisförmig, wäre es wahrscheinlich, dass sich die innere Ausgleichsplatte 75 frei drehen könnte, wenn das Sternbauteil 27 umläuft und sich dreht. Das Ergebnis bestünde in einer wesentlichen Reibung und Wärmeerzeugung sowie einem möglichen Verschleiß der Profile. In der vorliegenden Ausführungsform und lediglich beispielshalber sind die Profile 77 und 79 Polygone mit jeweils neun "Seiten", wodurch sich die Anzahl an Volumenkammern 29 und die Anzahl an Walzenbauteilen 25 entsprechen.
  • Gemäß eines anderen wichtigen Aspekts der Erfindung wird das äußere Profil 79 der inneren Ausgleichsplatte 75 wie in 4 dargestellt relativ zu den Volumenkammern 29 angeordnet, d.h. für jede gegebene Umlauf- und Drehstellung des Sternbauteils 27 liegt mindestens ein kleiner Dichtungssteg (in einer radialen Richtung) zwischen einer Stirnfläche 81 des Sterns 27 und einer benachbarten Oberfläche der äußeren Ausgleichsplatte 73 vor. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch bewerkstelligt, dass eine Stelle an der Talsohle des Sterns fixiert wurde und der Stern durch neun Umläufe (d.h. eine vollständige Umdrehung) umgelaufen lassen wurde. Das dadurch ausgebildete resultierende Profil wies genau die gleiche Form wie dasjenige der Profile 77 und 79 auf, aber war jedoch etwas größer. Da es anschließend und lediglich beispielshalber erwünscht war, über einen Dichtungssteg zu verfügen, der niemals weniger als 0,090 inch (2,2 mm) dick war, wurde das generierte Profil lediglich um 0,090 inch in der radialen Richtung reduziert, um die Profile 77 und 79 zu erzeugen. Es sollte sich verstehen, dass die beschriebenen Profile und das beschriebene Verfahren zum Erzeugen derselben für die Erfindung nicht wesentlich, sondern nur bevorzugt sind.
  • Wie zuvor erwähnt ist das innere Profil 77 der äußeren Ausgleichsplatte 73 unter einem engen Abstand zu dem äußeren Profil 79 der inneren Ausgleichsplatte 71 angeordnet. Daher repräsentiert die gesamte Stirnfläche 81, die in 4 radial außerhalb des äußeren Profils 79 sichtbar ist, den momentanen Dichtungssteg zwischen der Stirnfläche 81 und der äußeren Ausgleichsplatte 73. Mit anderen Worten würde die äußere Ausgleichsplatte 73 im wesentlichen die gesamte Fläche (in 4 ersichtlich) des Gerotorzahnradsatzes 17 radial außerhalb des äußeren Profils 79 abdecken.
  • Nun hauptsächlich auf 7 Bezug nehmend wird ein anderer wichtiger Aspekt der Erfindung beschrieben werden. Wie am einfachsten anhand 7 ersichtlich ist die äußere Ausgleichsplatte 73 relativ dünn, während die innere Ausgleichsplatte 75 relativ dick beschaffen ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass es im Vermögen des Fachmanns liegt, anhand dieser Beschreibung bestimmte Stärken für jede der Platten 73 und 75 auszuwählen, die für den jeweiligen Motorentwurf geeignet sind. Das Flanschbauteil 21 bildet eine ringförmige Kammer 83 aus, in der die radial innenliegende Peripherie der äußeren Ausgleichsplatte 73 angeordnet ist, d.h. derjenige Bereich, der eine Dichtung gegen die Stirnfläche 81 des Sternbauteils bereitstellt. Ebenfalls ist innerhalb der ringförmigen Kammer 83 die innere Ausgleichsplatte 75 vorgesehen. Auf eine beim Stand der Technik bekannte Weise wird Systemdruck durch den Zwischenraum zwischen den Profilen 77 und 79 in die Kammer 83 übertragen, wobei der Systemdruck die Ausgleichsplatten 73 und 75 anschließend in einen dichtenden Eingriff mit der benachbarten Stirnfläche 81 des Sterns hin vorspannt. Ebenfalls innerhalb der ringförmigen Kammer 83 und vor der inneren Ausgleichsplatte 75 ist eine Dichtringbaugruppe 85 angeordnet, deren Funktion darin besteht, den Systemdruck in der Kammer 83 zu halten und eine Leckage desselben in den die Welle 33 umgebenden Gehäuseablaufbereich zu verhindern.
  • Radial außerhalb von der Dichtringbaugruppe 85 liegend ist eine Tellerfeder 87 angeordnet. Der Außenumfang der Feder 87 liegt an der vorderen Wand der Kammer 83 an, während ihr Innenumfang an einer Vorderfläche der inneren Ausgleichsplatte 75 anliegt, welche die Platte 75 nach hinten in einen Eingriff mit der Stirnfläche 81 des Sternbauteils hin vorspannt. Somit ist es ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Ausgleichsplattenbaugruppe 19 zwei getrennte Ausgleichsplatten 73 und 75 aufweist. Die äußere Ausgleichsplatte 73 ist dünner und kann sich daher an die benachbarte Stirnfläche des Ringbauteils 23 sowie an die benachbarte Stirnfläche 81 des Sternbauteils 27 anpassen, um dazwischen auf effektive Weise eine Abdichtung auszubilden. Zugleich ist die innere Ausgleichsplatte 75 dicker, unabhängig von dem Bolzendrehmoment, und wird nicht nur (wie die äußere Ausgleichsplatte 73) durch den Systemdruck, sondern auch mechanisch durch die Tellerfeder 87 vorgespannt. Infolgedessen kann der Seitenabstand verringert werden, wodurch die volumetrische Effizienz weiter erhöht, aber auch eine effektive Erhöhung des Toleranzbereichs des Seitenabstands ermöglicht wird, was die Herstellung des Gerotorzahnradsatzes vereinfacht und seine Herstellungskosten verringert.
  • Nun hauptsächlich auf die 1 und 8 bis 10 Bezug nehmend wird ein weiterer Aspekt der Erfindung ausführlicher beschrieben werden, der jedoch in engem Zusammenhang mit den bisherigen Aspekten steht. Es sei darauf hingewiesen, dass 8 eine Ansicht in der gleichen Richtung wie 4 ist, aber dass die in 8 dargestellten Merkmale an der Stirnfläche 81 einer einfacheren Illustration halber in 4 nicht dargestellt sind. Wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" erwähnt kann der verringerte Seitenabstand zwischen der Stirnfläche 81 des Sternbauteils 27 und der benachbarten Oberfläche der äußeren Ausgleichsplatte 73 sowie der höhere Vorspanndruck auf die Ausgleichsplatte 73 zu einem Scheuern führen, und das in den 8 bis 10 illustrierte Merkmal hat sich zur Vermeidung eines derartigen Scheuerns im wesentlichen als effektiv erwiesen.
  • Gemäß oben erwähntem US-A-4 976 594 bestimmt die Oberfläche 81 des Sternbauteils 27 eine ringförmige Vertiefung oder Nut 91, die mittels zweier axialer Fluiddurchlässe 93 unter Druck stehendes Fluid von demjenigen der Anschlüsse 47 oder 51 aufnimmt, der Systemdruck (Hochdruck) enthält. Von der Nut 91 wird dieser Systemdruck zu der ringförmigen Kammer 83 übertragen. Innerhalb jedes Durchlasses 93 ist eine Rückschlagkugel 95 angeordnet, deren Funktion in der Verhinderung einer Fluidverbindung von der Nut 91 zu demjenigen der Anschlüsse 47 oder 51 besteht, der Niederdruck aufweist.
  • Die Stirnfläche 81 des Sternbauteils 27 weist für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche eine Mehrzahl von individuellen Zahnsternoberflächen 97 auf, wobei jede derartige Oberfläche 97 die radial außerhalb von der Nut 91 liegende Fläche aufweist und in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Stern-"Talsohlen" angeordnet ist, wobei letzterer Begriff dem Fachmann wohlbekannt ist. Jede Sternzahnoberfläche 97 bildet einen sich radial erstreckenden Fluiddurchlass 99 aus, der in offener Verbindung zu dem Fluiddruck in der Nut 91 steht. Ebenfalls bildet jede Sternzahnoberfläche 97 einen Fluiddurchlass 101 aus, der generell senkrecht zu dem sich radial erstreckenden Fluiddurchlass 99 ausgerichtet ist. Wichtiger ist, dass sich jeder Fluiddurchlass 101 im allgemeinen in der Richtung der linearen Bewegung des Sternzahnsterns oder genauer in einer Richtung senkrecht zu dem momentanen Drehmoment des Sterns erstrecken sollte. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet von Gerotoren wohlbekannt schwenkt der Stern bei seinem Umlauf tatsächlich um eine Stelle auf einem Außenzahn, sodass die maximale lineare Geschwindigkeit an der Stirnfläche des diametral von dem Schwenkpunkt angeordneten Zahns auftritt. Jeder Fluiddurchlass 101 erstreckt sich vorzugsweise entlang dieser Linie an maximaler Geschwindigkeit, da an einer derartigen Linie ein Scheuern am wahrscheinlichsten auftritt. Da in der vorliegenden Ausführungsform der Motor vorzugsweise bidirektional beschaffen ist, liegen zwei Fluiddurchlässe 101 vor, die sich von jedem radialen Fluiddurchlass 99 aus erstrecken und mit diesem in Fluidverbindung stehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder der Fluiddurchlässe 101 ein abnehmendes Strömungsvolumen in der Richtung der Fluidströmung, d.h. weg von dem sich radial erstreckenden Fluiddurchlass 99 auf. Es sei daran erinnert, dass die Sternzahnoberfläche 97 in einem abdichtenden Eingriff mit der benachbarten Oberfläche der äußeren Ausgleichsplatte 73 steht. Daher fungiert das abnehmende Strömungsvolumen als eine "Düse", wenn Fluid von dem radialen Durchlass 99 heraus durch den Fluiddurchlass 101 fließt, und erhöht den örtlichen Fluiddruck des Fluids, das von dem Durchlass 101 in den Seitenabstand zwischen der Sternzahnoberfläche 97 und der benachbarten Oberfläche der äußeren Ausgleichsplatte 73 fließt, auf effektive Weise. Dieses aus dem Durchlass 101 heraus fließende Fluid bildet einen hydrodynamischen Anhebungseffekt aus und verbessert den Gleitfilm in demjenigen Gebiet, in welchem zu erwarten ist, dass ein Scheuern normalerweise auftritt. Zudem fungiert dieses Fluid zur Abkühlung dieses Bereichs, wodurch die Tendenz zu einem Scheuern weiter verringert wird.
  • Theoretisch könnten die Durchlässe 99 und 101 entweder durch das Sternbauteil 27 oder durch die Ausgleichsplatte 73 ausgebildet werden. Da die Ausgleichsplatte 73 jedoch relativ dünn ist und typischerweise durch ein Verfahren wie z.B. Stanzen ausgeformt wird, ist es wahrscheinlicher, dass die Durchlässe 99 und 101 in der Stirnfläche 81 des Sternbauteils ausgebildet werden.
  • Es wird vom Vermögen des Fachmanns ausgegangen, anhand dieser Erfindung die Abmessungen der verschiedenen Nuten und Durchlässe auszuwählen, um die Aufgaben der Erfindung, d.h. eine wesentliche Verringerung des Scheuerns ohne einen übermäßigen Verlust an volumetrischer Effizienz, zu bewerkstelligen.
  • Die Erfindung ist in der obigen Beschreibung ausführlich erläutert worden und es wird davon ausgegangen, dass sich für den Fachmann verschiedene Abänderungen und Modifikationen der Erfindung anhand dieser Beschreibung ergeben. Es ist beabsichtigt, dass sämtliche derartige Abänderungen und Modifikationen in der Erfindung eingeschlossen sind, solange sie in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims (11)

  1. Rotationsfluid-Druckvorrichtung mit einer Gehäuseanordnung (13, 21), die einen Fluideinlassanschluss (55) und einen Fluidauslassanschluss (61) bestimmt, einem der Gehäuseanordnung (13, 21) zugeordneten Fluiddruckverdrängungsmechanismus (17), der ein innenverzahntes Ringbauteil (23) und ein exzentrisch innerhalb des Ringbauteils (23) angeordnetes außenverzahntes Sternbauteil (27) aufweist, wobei das Ringbauteil und das Sternbauteil eine relative Umlauf- und Drehbewegung ausführen und zusammenwirken, um sich ausdehnende und sich zusammenziehende Fluidvolumenkammern (29) in Ansprechen auf die Umlauf- und Drehbewegung zu bestimmen; einer mit der Gehäuseanordnung (13, 21) zusammenwirkenden Ventilanordnung (15, 27), um für eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlassanschluss (55) und den sich ausdehnenden Volumenkammern (29) sowie zwischen den sich zusammenziehenden Volumenkammern (29) und dem Fluidauslassanschluss (61) zu sorgen, wobei die Gehäuseanordnung eine Endkappenbaugruppe (13, 15), die hinter dem Ringbauteil (23) angeordnet ist und einen Teil der Ventilanordnung bildet, sowie ein Gehäusebauteil (21) aufweist, welches vor dem Ringbauteil angeordnet ist; einer Mehrzahl von in Befestigerbohrungen angeordneten Befestigern (11), welche die Endkappenbaugruppe (13, 15) und das Gehäusebauteil (21) in dichtendem Eingriff mit Bezug auf das Ringbauteil (23) halten, sowie einer zwischen dem Ringbauteil (23) und dem Gehäusebauteil (21) angeordneten Ausgleichsplatte, die ausgelegt ist, nahe bei einer benachbarten Stirnfläche (81) des Sternbauteils (27) angeordnet zu sein, um dazwischen eine Fluidleckage zu minimieren; dadurch gekennzeichnet dass: (a) die Ausgleichsplatte eine Ausgleichsplattenbaugruppe (19) aufweist, zu welcher eine radial außenliegende Ausgleichsplatte (73) und eine radial innenliegende Ausgleichsplatte(75) gehören; (b) die radial außenliegende Ausgleichsplatte (73) ein inneres Profil (77) bestimmt, welches radial innenliegend mit Bezug auf die Fluidvolumenkammern (29) angeordnet ist; (c) wobei der radial innenliegenden Ausgleichsplatte (75) mechanische Mittel (87) zugeordnet sind, um die radial innenliegende Ausgleichsplatte in Richtung auf einen Eingriff mit dem Sternbauteil (27) vorzuspannen.
  2. Rotationsfluid-Druckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruckverdrängungsmechanismus (17) ein stationäres Ringbauteil (23) sowie ein umlaufendes und rotierendes Sternbauteil (27) aufweist, und wobei jede der Mehrzahl von Befestigern (11) sich durch eine an dem Ringbauteil (23) vorgesehene Öffnung erstreckt.
  3. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (15, 27) mindestens teilweise hinter dem Ringbauteil (23) angeordnet ist und die Endkappenbaugruppe (13, 15) den Fluideinlassanschluss (55) und den Fluidauslassanschluss (61) bestimmt.
  4. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung ein stationäres Ventilorgan (15) aufweist, welches axial zwischen einem Endkappenbauteil (13) und dem Fluiddruckverdrängungsmechanismus (17) angeordnet ist, wobei das stationäre Ventilorgan (15) eine Mehrzahl von stationären Ventildurchlässen (69) bestimmt, wobei einer der Durchlässe (69) in kontinuierlicher Fluidverbindung mit jeder der sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Fluidvolumenkammern (29) steht.
  5. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das außenverzahnte Sternbauteil (27) einen ersten Satz von Fluidanschlüssen (47) in Verbindung mit dem Fluideinlassanschluss (55) sowie einen zweiten Satz von Fluidanschlüssen (51) in Verbindung mit den Fluidauslassanschluss (61) bestimmt, wobei der erste (47) und der zweite (51) Satz von Fluidanschlüssen im kommutierender Fluidverbindung mit den stationären Ventildurchlässen (69) stehen.
  6. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innenliegende Ausgleichsplatte (75) ein äußeres Profil (79) bestimmt, welches radial innenliegend bezüglich des inneren Profils (77) der radial außenliegenden Ausgleichsplatte (73) und in geringerem Abstand zu diesem angeordnet ist, wobei das innere Profil (77) und das äußere Profil (79) nicht kreisförmig sind, sodass die radial innenliegende Ausgleichsplatte (75) in Ansprechen auf eine Umlauf- und Drehbewegung des Sternbauteils (27) an einer Drehung relativ zu der radial außenliegenden Ausgleichsplatte (73) gehindert wird.
  7. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außenliegende Ausgleichsplatte (73) ein relativ dünneres, relativ nachgiebigeres Bauteil in der Axialrichtung ist, und die radial innenliegende Ausgleichsplatte (75) ein in der Axialrichtung relativ dickeres, relativ steiferes Bauteil ist.
  8. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil (21) eine Kammer (83) bestimmt, in welcher mindestens ein radial innenliegender Teil der radial außenliegenden Ausgleichsplatte (73) und mindestens ein radial außenliegender Teil der radial innenliegenden Ausgleichsplatte (75) angeordnet sind, wobei der Fluiddruckverdrängungsmechanismus (17) eine Durchlassanordnung (93) bestimmt, die betätigbar ist, um unter Druck stehendes Fluid zu der Kammer (73) zu fördern, um den radial innenliegenden Teil der radial außenliegenden Ausgleichsplatte (73) in Richtung auf einen Eingriff mit dem Sternbauteil (27) vorzuspannen.
  9. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Mittel zum Vorspannen der radial innenliegenden Ausgleichsplatte in Richtung auf einen Eingriff mit dem Sternbauteil (27) eine Tellerfeder (87) umfassen, die in der Kammer (83) vor der radial innenliegenden Ausgleichsplatte (75) angeordnet ist.
  10. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außenliegende Ausgleichsplatte (73) ein in der Axialrichtung relativ dünneres Bauteil ist und die radial innenliegende Ausgleichsplatte (75) ein in der Axialrichtung relativ dickeres Bauteil ist.
  11. Rotationsfluid-Druckvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welche die benachbarte Stirnfläche (81) des Sternbauteils (27) eine Fluidkammer (91) bestimmt, und das Sternbauteil (27) einen Fluiddurchlass (93) bestimmt, der unter Druck stehendes Fluid von dem Hauptfluidweg, stromauf des Fluidverdrängungsmechanismus (17), zu der Fluidkammer (91) fördert, um für eine Fluiddruckvorspannung des Sternbauteils (27) in Richtung auf das stationäre Ventilorgan (15) zu sorgen, wobei: (a) die benachbarte Stirnfläche (81) des Sternbauteils (27) eine Mehrzahl von individuellen zackenförmigen Oberflächen (97) aufweist; (b) jede der zackenförmigen Oberflächen (97) einen generell radial verlaufenden Fluiddurchlass (99) bestimmt, der in Verbindung mit der Fluidkammer (91) steht; und (c) jede der zackenförmigen Oberflächen (97) ferner einen Fluiddurchlass (101) bestimmt, der generell senkrecht bezüglich des radialen Fluiddurchlasses (99) ausgerichtet ist und ein abnehmendes Strömungsvolumen in einer Richtung weg von dem radialen Fluiddurchlass (99) aufweist, um so unter Druck stehendes Fluid zwischen die radial außenliegende Ausgleichsplatte (73) und die benachbarte Stirnfläche (81) des Sternbauteils (27) zu bringen.
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