HYDRAULISCHER MOTOR ODER PUMPE IN ZAHNRING-BAUWEISE
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Motor oder eine hydraulische
Pumpe in Zahnring-Bauweise mit einem Gehäuse, das ein offenes und ein geschlossenes Ende aufweist, mit einer Welle, deren eines Ende aus dem offenen Ende des Gehäuses herausragt und die in Wälzlagern gelagert ist, die in Wälzlager-Ausnehmungen des Gehäuses eingesetzt sind, mit einem ringförmigen Rotor, der radial beweglich auf der Welle angeordnet ist, durch diese zur Drehung mitgenommen wird und der über eine Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung des Gehäuses zusammenwirkt, wodurch eine exzentrische Drehbewegung des Rotors zustande kommt, mit Arbeitskammern, die zwischen der Außenverzahnung des Rotors und der Innenverzahnung des Gehäuses ausgebildet sind und deren Größe sich im Betrieb periodisch verändert, und mit Kanälen, die der Zu- und Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit zu den Arbeitskammern dienen, wobei die seitliche Begrenzung der Arbeitskammern auf der Seite des offenenen Endes des Gehäuses durch eine axial verschiebbare Ventil- und/oder Verteilerplatte erfolgt, die unter Federkraft gegen eine gehäusefeste Schulter angestellt ist.
Ein derartiger hydraulischer Motor ist aus der DE 42 02 466 C2 bekannt. Dabei sind die Arbeitskammern auf ihren beiden Seiten durch je eine Ventil- und /oder Verteilerplatte begrenzt, die beide axial verschieblich sein können, aber nicht drehbar sein sollen. Die Kanäle zur Zu- und Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit können in einer oder beiden Verteilerplatten ausgebildet sein. Durch die axiale Verschiebbarkeit der Verteilerplatten und dem Aufbau eines bestimmten Gegendruckes an ihren Außenseiten wird bei dem bekannten Hydromotor ein Druckausgleich erzielt, der den Verschleiß des Rotors an den Verteilerplatten verringert, insbesondere beim Auftreten von Druckspitzen wie zum Beispiel beim Anfahren.
In Weiterbildung dieses Hydromotors ist auch schon vorgeschlagen worden, die Ventil- und/oder Verteilerplatten mit Druckausgleichsbohrungen, sogenannten Proportionalbohrungen zu versehen, die ggs. über
Rückschlagventile eine hydraulische Verbindung zu benachbarten Innenräumen des hydraulischen Motors oder der Pumpe bewirken und dadurch ebenfalls zum Abbau von Druckspitzen beitragen
(DE 296 13 601 U1).
Die Ventil- und/oder Verteilerplatten der bekannten hydraulischen Maschinen müssen sehr massiv ausgebildet sein und zudem das System der Zu- und Abfuhrkanäle aufnehmen, die von den im Gehäuse vorgesehenen Anschlüssen zu den Arbeitskammern führen. Die Ventil- und/oder Verteilerplatten bilden damit verhältnismäßig kostspielige Teile, die infolge ihrer erheblichen Masse zudem beim axialen Verschieben verhältnismäßig träge reagieren, was für ein schnelles Ansprechen auf Steuervorgänge nachteilig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hydraulische Maschine oder hydraulische Pumpe der eingangs genannten Art entsprechend der DE 42 02 466 C2 in der Weise zu verbessern, dass ihre Bauweise vereinfacht und ihr Ansprechverhalten bei Steuervorgängen verbessert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße hydraulische Motor oder die hydraulische Pumpe weist im Vergleich zum Stand der Technik die wichtigen Unterschiedsmerkmale auf, dass die Kanäle, die der Zu- und Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit zu den Arbeitskammern dienen, in dem geschlossenen Ende des Gehäuses selbst, und zwar in dem eine Wälzlager-Ausnehmung umgebenden Bereich ausgebildet sind; dabei sind in die betreffende Wälzlager-Ausnehmung ringförmige Dichtungen eingesetzt, welche durch den Außenring des Wälzlagers gestützt werden; die seitliche Begrenzung der Arbeitskammern erfolgt dabei auf der Seite des geschlossenen Endes des Gehäuses durch eine im Bereich der Wälzlager-Ausnehmung vorhandene
Gehäuseschulter. Dieselben Vorteile ergeben sich naturgemäß auch, wenn statt eines Wälzlagers ein Gleitlager in eine Ausnehmung eingesetzt wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entfällt zumindest auf der geschlossenen Seite des Gehäuses das massive zusätzliche Bauteil der Verteilerscheibe, so dass die Herstellung vereinfacht wird. Wenn dabei Zu- und Abfuhrkanäle für die Hydraulikflüssigkeit nur auf dieser Seite des Gehäuses vorgesehen werden, reicht auf der entgegengesetzten Seite der Arbeitskammern eine Ventilplatte aus, die keine Zu- und Abfuhrkanäle aufnimmt und dünner und damit auch leichter als eine Verteilerplatte ausgebildet sein kann. Die erfindungsgemäße Ausbildung führt damit auch zu einem hydraulischen Motor oder einer Pumpe, die schneller auf bestimmte Druckänderungen ansprechen kann als die bekannten Maschinen nach dem Stand der Technik. Mit den in diesem Zusammenhang vorgesehenen ringförmigen Dichtungen wird ein hydraulischer Kurzschluss zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss der Maschine weitgehend vermieden und in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Strom der Hydraulikflüssigkeit zum überwiegenden Teil durch die Arbeitskammern geleitet wird.
Mit der vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 2 wird für eine ordnungsgemäße Führung des Stroms der Hydraulikflüssigkeit auch auf der Stirnseite der Welle gesorgt. Anspruch 3 ist auf eine hier besonders vorteilhafte Bauart der Wälzlager gerichtet.
Eine besondere Erwähnung bedarf die Weiterbildung gemäß Anspruch 4. Diese ist zwar ganz besonders in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorteilhaft, hat aber auch für sich allein eine eigenständige patentwürdige Bedeutung.
Im Zusammenhang mit Anspruch 4 wird ausgegangen von einem hydraulischen Motor oder einer Pumpe in Zahnring-Bauweise, mit einem Gehäuse das ein offenes und ein geschlossenes Ende aufweist, mit einer Welle, deren eines Ende aus dem offenen Ende des Gehäuses herausragt und die in Wälzlagern gelagert ist, die in Wälzlager-Ausnehmungen des Gehäuses eingesetzt sind, mit einem ringförmigen Rotor, der radial beweglich
auf der Welle angeordnet ist, durch diese zur Drehung mitgenommen wird und der über eine Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung des
Gehäuses zusammenwirkt, wodurch eine exzentrische Drehbewegung des
Rotors zustande kommt, mit Arbeitskammern, die zwischen der Außenverzahnung des Rotors und der Innenverzahnung des Gehäuses ausgebildet sind und deren Größe sich im Betrieb periodisch verändert, und mit im Bereich des geschlossenen Endes des Gehäuses angeordneten
Kanälen, die der Zu- und Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit zu den
Arbeitskammern (20) dienen, wobei die seitliche Begrenzung der Arbeitskammern auf der Seite des offenen Endes des Gehäuses durch eine axial verschiebbare Ventilplatte erfolgt, die unter Federkraft gegen eine gehäusefeste Schulter angestellt ist, insbesondere nach einem der
Ansprüche 1 bis 3 der Anmeldung.
Das Neue und Besondere an der Ausbildung gemäß Anspruch 4 besteht darin, dass die Ventilplatte mit der Welle drehfest verbunden ist und durch Anlage an der gehäusefesten Schulter auch als Bremse wirken kann.
Besonders beim Betrieb als hydraulischer Motor ist die Ausbildung mit der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 4 vorteilhaft. Fällt nämlich der Druck und bleibt der hydraulische Motor stehen, so wirkt die Ventilplatte durch Reibung auf der gehäusefesten Schulter als Bremse, weil die den Axialschub bewirkende Feder sie gegen die gehäusefeste Schulter drückt. Diese Wirkung tritt unabhängig davon ein, ob in der Ventilplatte Entlastungsbohrungen vorhanden sind oder nicht. Das schnelle Abbremsen schont die Zahnräder auch im Fall größerer Druckspitzen, so dass die Lebensdauer der Zahnräder verlängert wird.
Da eine Ventilplatte keine Kanäle für die Zu- und Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit aufzunehmen braucht, kann sie verhältnismäßig leicht ausgebildet werden und den Bremsvorgang sehr schnell einleiten. Der hydraulische Motor kommt dadurch sehr schnell zum Stillstand, was wiederum ein schnelleres Ansprechen der Steuervorgänge bedeutet. Wenn die Zu- und Abfuhrkanäle für die Hydraulikflüssigkeit gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 ausgebildet sind, d.h. auch auf der Seite des geschlossenen
Gehäuseendes eine getrennte Verteilerscheibe entfällt, wird der hydraulische
Motor oder die Pumpe insgesamt leichter.
Bei der Ausführung gemäß Anspruch 4 drehen sich die Ventilplatte und der ringförmige Motor im Wesentlichen mit derselben Drehbewegung; es gibt somit zwischen diesen Teilen keinen Verschleiß.
Die vorteilhaften Möglichkeiten der Bremswirkung auf Grund der Ausbildung nach Anspruch 4 sind aber auch dann gegeben, wenn die Zu- und Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit auf der der Ventilplatte gegenüberliegenden Seite der Arbeitskammern in der herkömmlichen Weise durch Kanäle erfolgt, die in einer gesonderten Verteilerplatte ausgebildet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des hydraulischen Motors oder der Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sind in den Ansprüchen 5 bis 9 angegeben und im Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert.
Die Ansprüche 10 und 11 zeigen Möglichkeiten zur Ausbildung des Gehäuses bei dem erfindungsgemäßen hydraulischen Motor oder der Pumpe auf. Die Trennfugen zwischen den bis zu drei Gehäuseteilen können dabei auf einfache Weise Gehäuseschultern für die Anlage von Ventil- und/oder Verteilerplatten bilden.
Die Erfindung wird anschließend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. In den Figuren ist das Folgende dargestellt:
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Motor gemäß der Erfindung.
In Figur 2 ist ein Querschnitt durch den hydraulischen Motor gemäß Figur 1 im Bereich des Rotors dargestellt.
Figur 1 zeigt einen hydraulischen Motor mit einem ersten Gehäuseteil 1 , einem zweiten Gehäuseteil 7 und einem dritten, mittleren Gehäuseteil 4. In
dem ersten Gehäuseteil 1 ist eine Wälzlager-Ausnehmung 1 a angebracht, ebenso in dem zweiten Gehäuseteil 7 eine Wälzlager-Ausnehmung 7a. Die
Wälzlager-Ausnehrnungen 1a und 7a nehmen je ein Wälzlager 2 bzw. 9 auf.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Wälzlager 2 und 9 als Kegelrollenlager ausgestaltet. Die beiden Wälzlager 2 und 9 dienen zur
Lagerung einer Welle 8. Dabei ragt die Welle 8 mit ihrem einen Ende aus dem Gehäuse 1 , 4, 7 heraus. Das entgegengesetzte Ende der Welle 8 befindet sich dagegen in dem geschlossenen Ende des Gehäuses 1 , 4, 7.
Die Welle 8 weist eine Evolventen-Verzahnung 8a auf. Ein auf der Welle 8 befindlicher Rotor 3 weist eine hieran angepasste Innenverzahnung 3a auf. Der Innendurchmesser und damit auch der maßgebliche Teilkreis der Innenverzahnung 3a des Rotors 3 sind jedoch größer als die am Außenumfang der Welle 8 befindliche Evolventen-Verzahnung 8a. Wenn die Welle 8 zur Drehung angetrieben ist, so nimmt sie zwar den Rotor drehend mit; dieser wird jedoch auf der Welle eine Pendelbewegung ausführen. Zudem hat der Rotor 3 eine Außenverzahnung 18, die mit einer Innenverzahnung 1 9 am dritten Gehäuseteil 4 zusammenwirkt. Beim Rotieren der Welle 8 ergibt sich somit eine exzentrische Drehbewegung des Rotors 8. Dadurch werden zwischen dem Rotor 8 und dem dritten Gehäuseteil 4 Arbeitskammem 2O gebildet, deren Größe sich beim Umlauf des Rotors 3 in dem dritten Gehäuseteil 4 periodisch ändert.
Seitlich sind die Arbeitskammern 20 ebenfalls verschlossen. Der dritte Gehäuseteil 4 und der Rotor 3 liegen nämlich seitlich an einer
Gehäuseschulter 1 b an, die im Ausführungsbeispiel durch den ersten
Gehäuseteil 1 gebildet wird. Auf der entgegengesetzten Seite ist dagegen eine Ventilplatte 5 vorgesehen, die in dem zweiten Gehäuseteil 7 axial verschieblich angeordnet ist. Im Bereich dieser Ventilplatte 5 sind in der Welle 8 radial abstehende Mitnehmerstifte 6 angebracht. Die Mitnehmerstifte 6 ragen in Nuten 23 hinein, die seitlich in der Ventilplatte 5 vorgesehen sind.
Ersichtlich wird dadurch die Ventilplatte 5 von der Welle 6 zur Drehung mitgenommen. Wer es wünscht, kann als Benutzer die Stifte auch herausnehmen und hat somit eine schwächere Bremse.
In dem zweiten Gehäuseteil 7 befindet sich die schon erwähnte Wälzlager- Ausnehmung 7a, in die das Wälzlager 9 eingesetzt ist. Das Wälzlager 9 wird auf der Welle 8 durch einen Sicherungsring 10 gesichert. Der Wälzlager- Innenring 9a dient zugleich als Auflageschulter für eine Tellerfeder 11 , die die Ventilplatte in Richtung auf die Arbeitskammern 20 axial belastet.
Es sei noch erwähnt, dass das Gehäuse 1 , 4, 7 des hydraulischen Motors nicht in jedem Fall dreiteilig ausgeführt sein muss. Vorteilhaft ist auch eine zweiteilige Ausführung, bei der der erste Gehäuseteil 1 (Motorkopf) und der dritte Gehäuseteil 7 (Rotorgehäuse) zu einer einzigen Einheit zusammengefasst sind, das Gehäuse also insgesamt nur zweiteilig ist. Mit 12 ist eine Gehäusedichtung bezeichnet.
Am geschlossenen Ende des Gehäuses 1 , 4, 7 ist die schon erwähnte Wälzlager-Ausnehmung 1a in dem ersten Gehäuseteil 1 vorgesehen und nimmt das Wälzlager 2 auf. Der Wälzlager-Außenring 2a des Wälzlagers 2 ist somit unmittelbar in die ringförmige Ausnehmung 1a eingesetzt. Zwischen den beiden Teilen befinden sich ringförmige Dichtungen 13, die sich mit Kolbenringen vergleichen lassen, auch wenn der Wälzlager-Außenring 2a mit Presssitz in die Wälzlager-Ausnehmung 1a eingesetzt ist.
Der erste Gehäuseteil 1 a dient nämlich als Verteilerscheibe, wobei die die Hydraulikflüssigkeit zu- und abführenden Kanäle 14 unmittelbar in den ersten Gehäuseteil 1 eingearbeitet sind. Über diese Kanäle 14 wird Hydraulikflüssigkeit von einem Anschluss P1 zu den Arbeitskammern 20 geführt. Auf der radial gegenüberliegenden Seite dienen entsprechende Kanäle zur Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit aus den Arbeitskammern 20 zu dem Anschluss P2. Zu- und Abfuhrseite P1 und P2 können auch vertauscht werden, je nachdem ob der hydraulische Motor im Links- oder Rechtslauf betrieben werden soll.
Damit der hydraulische Motor ordnungsgemäß arbeitet, soll die Hydraulikflüssigkeit ganz überwiegend durch die Arbeitskammern 20 geführt werden und nicht etwa im Kurzschluss unmittelbar durch das Gehäuseinnere
von P1 nach P2 strömen. Um das zu erreichen, sind die schon erwähnten ringförmigen Dichtungen 13 vorgesehen.
Auch eine stirnseitig an der Welle vorgesehene Ausbildung dient diesem Ziel. Hierzu weist die Welle 8 eine Ringnut 21 auf, in die ein an dem ersten Gehäuseteil 1 ausgebildeter Ringbund 22 eingreift. Dabei sind zwischen dem Ringbund 22 und der Ringnut 21 ebenfalls wieder ringförmige Dichtungen 15 zwischengelegt.
Mit 16 ist eine Wellendichtung und mit 17 ein Abstreifer bezeichnet.
Die beschriebene Ausbildung der Zu- und Abfuhrkanäle 14 unmittelbar in dem ersten Gehäuseteil 1 dient der Einsparung von Teilen, führt also zu einer wirtschaftlichen Herstellung. Dabei wird der Wälzlager-Außenring 2a in die Wälzlager-Ausnehmung 1a eingepresst und übernimmt die Abstützung der Dichtungen.
Eine Ventil- oder Verteilerplatte an der gegenüberliegenden Seite der Arbeitskammern könnte in gleicher Weise ausgebildet sein, also ebenfalls unter Einbeziehung einer Wälzlager-Ausnehmung.
Es wird aber bevorzugt, dass die schon beschriebene Ventilplatte 5 auf der gegenüberliegenden Seite der Arbeitskammer 20 vorgesehen wird. In der beschriebenen Anordnung wird ein Herausfallen der Mitnehmerstifte 6 automatisch verhindert. Die Ventilplatte 5 bleibt somit in der Axialrichtung beweglich; sie ist zwar mit der Welle 8 verbunden, es entsteht jedoch keine Reibung an dem Rotor 3, weil die Welle 8 und der Rotor 3 im Wesentlichen eine gemeinsame Drehbewegung ausführen.
Da sich der Rotor 3 und die Ventilplatte 5 gemeinsam drehen, gibt es keinen Verschleiß zwischen diesen beiden Teilen, selbst wenn sie in Berührung kommen. Dennoch kann es vorteilhaft sein, die Ventilplatte aus einem PTFE- Material herzustellen oder damit zu beschichten, damit eine Berührung von zwei Metallteilen - dritter Gehäuseteil 4 und Ventilplatte 5 - in jedem Fall
vermieden wird. Auch ein Härten und Schleifen dieser beiden Teile an ihren
Berührungsflächen kann vorteilhaft sein.
Wenn beim Betrieb als Motor der hydraulische Druck ausfällt und der Motor stehen bleibt, wirkt die Ventilplatte 5 auch als Bremse. Sie wird dann durch die Tellerfeder 11 gegen die gehäusefeste Schulter 4a des dritten Gehäuseteils 4 gedrückt, auch wenn keine Druckausgleichsbohrungen vorhanden sind. Der hydraulische Motor kommt dadurch schneller zum Stehen, und seine Bewegung ist besonders exakt gesteuert.
Die Ventilplatte 5 kann in bekannter Weise mit Druckausgleichsbohrungen, sogenannten Proportionalbohrungen, versehen sein. Dadurch wird in dem Innenraum des zweiten Gehäuseteils 7 eine Füllung mit Hydraulikflüssigkeit erzielt, deren Druck etwas kleiner ist als derjenige in den Arbeitskammern 20. Dadurch wird eine Dämpfung gegebenenfalls auftretender Druckspitzen vermieden. Das alles schont die Zahnräder, und diese werden nicht zerstört.
Bezugsziffern
1 erster Gehäuseteil
1a Wälzlager-Ausnehmung
1b Gehäuseschulter
2 Wälzlager
2a Wälzlager-Außenring
3 Rotor
3a Innenverzahnung
4 dritter Gehäuseteil
4a gehäusefeste Schulter
5 Ventilplatte
6 Mitnehmerstift
7 zi eiter Gehäuseteil
7a Wälzlager-Ausnehmung
Wellea Evolventen-Verzahnung Wälzlagera Wälzlager-Innenring0 Sicherungsring1 Tellerfeder2 Gehäusedichtung3 ringförmige Dichtung4 Kanäle5 ringförmige Dichtung6 Wellendichtung7 Abstreifer8 Außenverzahnung des Rotors 39 Innenverzahnung des dritten Gehäuseteils0 Arbeitskammern1 Ringnut2 Ringbund3 Nuten in der Ventilplatte