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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rotationsfluid-Druckvorrichtungen
und genauer auf derartige Vorrichtungen, die Gerotorverdrängungsmechanismen
beinhalten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein axialer Querschnitt und illustriert einen gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellten VIS-Gerotormotor mit niedriger Drehzahl
und hohem Drehmoment.
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2 ist
ein Schnitt in Querrichtung entlang einer Linie 2–2 von 1,
der jedoch nur das Sternbauteil darstellt.
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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.
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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.
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5 ist
ein Grundriss der äußeren Ausgleichsplatte
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Grundriss der inneren Ausgleichsplatte der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
ein stark vergrößerter,
fragmentarischer axialer Querschnitt ähnlich wie in 1 und stellt
die Erfindung ausführlicher
dar.
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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.
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9 ist
eine weiter vergrößerte fragmentarische
Ansicht einer gemäß der vorliegenden
Erfindung angefertigten Sternzahnstirnfläche.
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10 ist
ein axialer Querschnitt entlang einer Linie 10–10 von 9 und in
ungefähr
demselben Maßstab.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.