DE1528981A1 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

Description

PATfNTANWAVT XfcJPL.-INQ. QERHARD SCHWAN

8MONCHtNI-OOERZERSTRASSEiS

P 15 28 981,2 " 27. Dezember 1968

Char—Lynn Company S/a

■""'■"■".■ Drehkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine mit einem ortsfesten Ständer, einem innen gezahnten Zahnring, dessen Achse gegenüber dem"Ständer festliegt, einem außen gezahnten Radstern, der mindestens einen Zahn weniger als der Zahnring aufweist, exzentrisch innerhalb des Zahnringes angeordnet ist und bei einer Relätiubeiuegung zwischen Radstern und Zahnring eine Umlaufbewegung um die Achse des Zahnringes sowie eine.mit niedrigerer Geschwindigkeit als die Umlauf bewegung erfolgende Drehbewegung um die eigene Achse in entgegengesetzter Richtung ausführt, ferner mit einem von dem Ständer abgestützten, ersten drehbaren Bauteil, das um die Achse des Zahnringes drehbar ist, und einer Gelenkwelle, deren ^Acnöe die Achsen von Zahnring und Radstern schneidet und die das erste drehbare Bauteil und den Radstern derart mechanisch miteinander verbindet, daß das erste drehbare Bautei1 syηchröη mit der Drehbweguηg des Radsterηes rοtiert.

Der Erfindung liog!t die Auf gäbe zu ,Grunde, bei Maschinen dieser Art für eine einfache, störungsfrei arbeitende Antriffbevexbin-"_ dung zwischen-dem Radstern und einem zweiten drehbaren Bauteil^

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HiNsf«E,CH« 0*1 I.,4 (MWKi · KA ttt I: f VECTRICPATfN T M Q NC WfN

beiapielsiusi.se einem Ventilelement oder einem Gegengewicht, zu sorgen, die das zweite drehbare Bauteil synchron mit der UmlauFbemegung des Radsternes rotieren läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gelenkwelle einen zu ihrer Achse koaxialen lliallenansatz aufweist, der in einen radialen Schlitz mit zur Achse des Zahnringes parallelen Wänden eines zuleiten drehbaren Bauteiles hineinragt, eine der Breite des Schlitzes Im wesentlichen gleiche Querabmessung besitzt, gegenüber der Gelenkwelle und/oder dem zuleiten drehbaren Bauteil drehbar ist und das zuieite drehbare Bauteil synchron mit tier Umlaufbewegung des Raristernes um die Achse des Zahnringes dreht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anuiendungsmoglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Untefansprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Uerblndung mit den beille§sfiden Zeichnungen· Es zeigt:

Figur 1 «inen Längsschnitt einer Drehkalbenmaschlns nach der Erfindjung entlang der Linie 1-1 d»r Figur 2,

2 einan Öuerachnitt ©ntlang d«r Linls 2—2 risr Fi gur 1 ,

Figur 3 sin«η Querschnitt entlang d«r Linie 3-3 ri©r FIg;ur

Figur 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 dar Figur 1.

Die Erfindung ist an Hand einer Drehkolbenmaschine veranschaulicht, die als Pumpe oder als Motor arbeiten kann und ein Gehäuse aufweist, das aus mehreren ringförmigen, zylindrischen Teilen besteht, und zwar einem Uentilgehäuseteil 2, einer Ventilplatte 3» einem Zahnring4, einer Platte 6 und einem ein Gegengewicht aufnehmenden Gehäuseteil 8. Die Gehäuseteile 2, 3, 4, 6 und 8 werden mit Hilfe von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schrauben 10 axial ausgerichtet zusammengehalten.

Bei einer Pumpe oder einem Motor der vorliegend dargestellten Art dient das Gehäuse als Halterung oder Ständer für mehrere Bauteile, die eine Dreh- oder Umlaufbewegung ausführen können.

Das Ventilgehäuseteil 2 ist mit Einlaß^ und Auslaßstutzen 16, 17 versehen, deren Funktion sich umkehrt, wenn die Pumpe oder der Motor in entgegengesetzter Richtung arbeiten. Der Zahnring 4 meist mehrere Innenzähne auf. Die Zähne eines auSen gezahnten Radsternes 18, der mindestens einen Zahn weniger als der Zahnring besitzt, stehen mit den Zähnen des Zahnringes 4 in Eingriff. Der Radstern 18 führt eine Hypozykloidbemegung aus und

in
läuft/einer Kreisbahn um die Achse des .Zahnringes 4 um.

Das Ventilgehäuseteil 2 ist mit axial verlaufenden Bohrungen und 22 ausgestattet, die beide konzentrisch zur Achse 24 des

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Zahnringes 4 liegen. Die Einlaß- und Auslaßstutze/n 16, 17 stehen mit dem Innenraum der Bohrung 20 in Verbindung (Figur 1). Ein mit einer in der Bohrung 22 drehbar gelagerten UJelle 30 kombiniertes, zylindrisches Ventilelement 28 ist in der Bohrung 20 drehbar angeordnet. Die UJelle 30 dient als Eingangszeile, wenn die Drehkolbenmaschine als Pumpe eingesetzt wird, und als Ausgangswelle, mann die Drehkolbenmaschine als Motor arbeitet· Die Axiallänge des Ventilelementes 28 stimmt mit der Axiallänge der Bohrung 20 überein, so daß die Stirnfläche 32 des Ventilelementes 28 mit der benachbarten Stirnfläche 34'der Ventilplatte 3 in Gleiteingriff steht.

In Figur 3 aind die Zähne des Zahnringes 4 mit 36 und die Zähne des Radsternes 18 mit 38 bezeichnet. Der Radstern 18 ist in der von dem Zahnring 4 umschlossenen Kammer exzentrisch angeordnet- und kann eine Umlaufbewegung mit Bezug auf den Zahnring 4 ausführen, wobei die Achse 40 des Radsternes 18 eine Umlaufbahn um die Achse 24 des Zahnringes 4 beschreibt. Während der Umlaufbewegung des Radsternes 18 kommen dessen Zähne 38 mit den Zähnen 36 des Zahnringes 4 in Eingriff und bilden sich erweiternde und zusammenziehende Zellen 42, deren Anzahl gleich der Anzahl der Zähne 38 des Radsternes 18 ist.

Eine lotrechte Mittellinie stellt in der in Figur 3 gezeigten Betriebestellung des Radsternes 18 gegenüber dem Zahnring 4 die Exzentrizitätslinie 44 des Radsternes dar. Läuft beispielsweise

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cjer Radstern 18 im Uhrzeigersinn um, dehnen sich die Zellen 42 auf der rechten Seite der Exzentrizitätslinie aus und ziehen sich die Zellen 42 auf der linken Seite dieser Linie zusammen. Arbeitet die Drehkolbenmaschine als Nlotor, wird den sich erweiternden Zellen unter Druck stehendes Druckmittel zugeführt und wird Druckmittel aus den sich zusammenziehenden Zellen verdrängt. Arbeitet die Drehkolbenmaschine als Pumpe, tvird in die sich erweiternden Zellen Druckmittel eingesaugt und unter Druck aus den sich zusammenziehenden Zellen ausgestoßen."

Die Plattet 3 und 6 haben Bohrungen 46 und 47, die zur Achse 24 konzentrisch liegen und genügend klein sind, so daß die an dem Zahnring 4 anliegenden Ringflächen 48, 49 die sich erweiternden und zusammenziehenden Zellen 42 zwischen den Zähnen von Radstern und Zahnring 18 bzw. 4 für alle UmlaufStellungen des Radsternes 18 seitlich abschließen. .

Das Gehäuseteil 8 besitzt zur Achse 24 konzentrische Bohrungen 52, 54, die ein Gegengewicht 56 aufnehmen, das mit einer in der Bohrung 54 gelagerten Stummelwelle 58 ausgestattet ist. Das Gegengewicht 56 trägt auf der, seinem Schwerpunkt gegenüberliegenden Seite einen radial gerichteten Schlitz 59, der parallele Wände aufweist, die parallel zu der Achse 24 des Zahnringes 4 verlaufen. .

Der Radstern 18 ist mit einer zu den.Zähnen 38 konzentrischen Bohrung 60 versehen* Auf einem Teil der Länge der Bohrung 60

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befinden sich in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, axial · gerichtete ZMhne oder Keile 61. Eine Bohrung 62 dBSuUentilele^ mentes 28-, die konzentrisch zur Achse 24 liegt und mit der . Bohrung 60 des Radsternes 18 in Verbindung steht, meist ebenfalls mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete,"axial gerichtete Zähne oder Keile 63 auf. Die Keile 61 und 63 haben einen solchen Querschnitt (Figuren 2 und 3), daß die zwischen den Keilen befindlichen Ausnehmungen halbkreis- oder bogenförmig sind.

Ein Abstandsring 64 liegt innerhalb der Bohrung 60 zwischen den Enden der Keile 61 und der Platte 6. Der Abstandsring 64 trägt einen Ringflansch 65.

Eine Gelenkwelle 66 sorgt für eine mechanische Antriebsverbindung zwischen Radstern 18 und Ventilelement 28· Die Gelenkwelle 66 hat eine solche Länge, daß ihr tiökes Ende an dem Boden der Bohrung 62 und ihr rechtes Ende an dem Ringflansch 65 des Abstandsringes 64 anliegt. Beide Enden der Gelenkwelle 66 sind kugelig ausgebildet und haben einen effektiven Durchmesser, der dem Innendurchmesser der Keile 63 bzw· 61 entspricht. Beide Enden der Gelenkwelle 66 tragen Keile, deren Anzahl gleich der Anzahl der Keile 61 bzw* 63 ist. Die Keile der Gelenkwelle haben einen solchen Querschnitt (Figuren 2 und 3), daß die* Ausnehmungen zwischen den Keilen halbkreis— oder bogenförmig sind und den gleichen Durchmesser wie die Ausnehmungen zwischen den Keilen 61 und 63 haben. Gemäß den Figuren 2 und 3 haben "

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die gemeinsamen Keilausnehmungen zwischen Gelenkwelle 66 und Ventilelement 28 sowie zwischen Gelenkwelle 66 und Radstern im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Kugeln 67 sind in diese Ausnehmungen eingesetzt und übertragen Antriebskräfte Oder Drehmomente zwischen der Gelenkwelle 66, dem Radstern 18 und dem Ventilelement 28.

Da der Radstern 18 exzentrisch gegenüber dem Zahnring 4 angeordnet ist, ist die Gelenkwelle 66 stets gegenüber dem die gleiche Achse 24 wie der. Zahnring 4 aufweisenden VentilelemBnt 28 und der Achse 40 des Radsternes 18 geneigt. Ein sechs Zähne -aufweisender Radstern 18 führt eine Umdrehung um die eigene Achse 40 aus, während er sechsmal in entgegengesetzter Richtung um die Achse 24 des Zahnringes umläuft. Infolgedessen führt das rechte Ende der Gelenkwelle 66 gemeinsam mit dem Radstern 18 sowohl eine Umlaufbewegung als auch eine Drehbewegung aus, während das linke Ende der Gelenkwelle 66 gemeinsam mit dem Ventilelement 28 nur eine Drehbewegung ausführt.

DieKügel-Keil-Verbindungen zwischen Gelenkwelle 66 und Ventilelement 28 einerseits sowie zwischen Gelenkwelle 66 und Radstern 18 andererseits bilden Universalgelenke, die die oben beschriebene Bewegung der Gelenkwelle 66 erlauben. Arbeitet die Drehkolbenmaschine als Pumpe, wird der Radstern 18 auf einer Umlaufbahn herumgeführt, indem auf die-Welle 30 eine Drehkraft ausgeübt wird, die über die Gelenkwelle 66 auf den Radstern 18 übertragen wird. Wird die Drehkolbenmaschine als Motor einge-

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setzt, UJiTd die durch die Drehung d;es Rad stern ee 18 um die Achse 40 erzeugte Kraft über die Gelenkwelle 66 auf die welle 30 Mb sttragen, so daß sich ^die UfelLle 3O dreht.

Die Umlaufbewegung des Radsternes 18 um die Achse 24 führt, zu einer Radialkraft, die um die Achse 24 mit der Umlaufgeschwindigkeit des Radsternes 18 rotiert. Das Gegengewicht 56 hat die Aufgabe, diese ^?Radialkraft auszugleichen, wenn es mittels der Gelenkwelle 66 gedreht wird. Die Gelenkwelle 66 weist eine zu ihrer Aehse 69 konzentrische IKlittelbohrung auf, in der ein UJellenansätz 70 drehbar oder fest angeordnet ist· Der Ulellenansatz 70 reicht in den "Schlitz 39 des Gegengeioichtes 56 hinein und hat einen Durchmesser» der im weeentlichen gleich der Breite des Schlitzes ~M9 "ist. Bei dieser Anordnung ■■b'B.f;in;det-=si;C;h^der '^ctHverpunkt- des Gegengewichtes 56 .;.a.u-f der Seite der Achse 24, die dem' Schwerpunkt des Radsternes 18 diametral gegenüberliegt. Der in iden Schlitz 59 eingreifende WeI-lenan&atz 70 bewirkt also, dai3 das Gegengewicht 56 synchron mit der .Umlaufgeschwindigkeit des Radsternes 18 gedreht und die Radialkraft ausgeglichen wird, die auf die Umlaufbewegung des •■'Radsternes' -1/8 zurückzuführen ;ist.

Die Achse 71 des Ulellenansatzes 70 fällt mit der Achse 69 der Gelenkwelle 66 zusammen und beschreibt einen Kegel, wenn sie sich synchron mit der. Umlaufbewegung des Radsternes 18 bewegt, li/ie aus Figur 4 heryorgeht, liegt die Achse 71 in der Ebene

der ExzentrizitätsÜnie 44 und in Phase bezüglich der Exzenterlage dss Radsternes.. 18. Diese Beziehung wird für alle Stel-

Zungen des Uigllenansatzes 70 aufrechterhalten.

Es ist wesentlich, daß die Wände des Schlitzes 59 in ebenen Flächen parallel zur Achse 24 liegen, um ein Verklemmen zwischen UJellenansatz 70 und Gegengewicht 56 zu verhindern, li/äre beispielsweise im Gegengewicht 56 .eine zylindrische Bohrung vorhanden, deren Achse mit der Achse 71 des UJellenansatzes 70 zusammenfällt, würde eine Keilwirkung den lüellenansatz 70 gegenüber der gebogenen Fläche der Bohrung zu verschieben suchen und den Ulellenansatz 70 radial nach außen aus seiner konischen Bahn herausdrücken. Dadurch könnte es leicht zu einem Verklemmen kommen.

Bei der veranschaulichten Ausbildung legt sich demgegenüber der Uielienansatz 7D gegen eine der flachen üiände des Schlitzes 59 an und wird keine resultierende Kraft erzeugt, die den U/el— lenansatz 70 radial nach innen oder nach außen aus der konischen Bahn herauszuschieben sucht, s-o daß es nicht zu einem unerwünschten Verklemmen kommen kann. ·

Der in den Schlitz 59 eingreifende Teil des UJellenansatzes 70 könnte auch quadratischen Querschnitt erhalten, so daß eine ebene Fläche des UJellenansatzes 70 mit einer ebenen Fläche des Schlitzes 59 in Eingriff steht. In der Praxis wqrden jedoch keine wesentlichen Vorteile einer solchen Konstruktion gegen-

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über dar veranschaulichten Ausbildung festgestallt. _.,,.

Das Ventilelement 28 und das Ventilgehäuseteil 2 sind mit Kanälen versahen, durch d^a-hindurch Druckmittel von den Stutr zen 16 oder 17 zu den Zellen 42 geleitet und von dort zu dem anderen Stutzen 17 oder 16 zurückgeführt Wird. Je nach der gewünschten Drehrichtung der U/elIe 30 ist der Stutzen 16 oder der Einlaßstutzen und der andere Stutzen der Auslaßstutzen. Das Ventilelement 28 dreht sich ,mit der gleichen Geschwindigkeit tüie der Radstern 18, jedoch in einer Richtung, die der Richtung der Umlaufbewegung des Radsternes 18 entgegengesetzt ist. Das Ventilelement 28 besitzt zwei axial in Abstand voneinander angeordnete Ringnuten 74 und 76, die mit den Stutzen 16, 17 ausgerichtet sind. Wie aus den Figuren 1 bis 3 hervorgeh.t, ist das Ventilelement 28 mit sechs in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, axial verlaufenden Schlitzen 78, die mit der Ringnut 74 und dem Stützen 16 in Verbindung stehen, sowie mit sechs axial verlauf enden, mit den Schlitzen 78 in Umfangsrichtung abwechselnden Schlitzen 80 versehen, die mit der Ringnut· 76* und-dem Stutzen 17 verbunden sind. Die Anzahl der Schlitze 78 und 80 igt also gleich der Anzahl der Zähne des Radsterjiss*.13. ■

Das UensbilgehäusetBdl 2 weist sieben (entsprechend der Anzahl der Zähjw 36 des- Z ah nr ing es 4} in Umf angsrichtung verteilt angeordnie:tetf, im··ui.esentliehen axial verlaufende Kanäle 82 auf* Die Kanäle- .■&£' sind über kurze'Radialfcanals 83 mit dem Innenratim.

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des VentilgehausBteiles 2 verbunden, um "-eine Verbindung zwischen den Schlitzen 78 und 80 sauiie den Kanälen 82 herzustellen.

UJsnn sich das Ventilelement 28 dreht, wird jeder, der Schlitze 78 und 80 nacheinander mit jedem der Kanäle 82 des Ventilgehäuse telles 2 zur Deckung gebracht. Die Druckmittelzu- und —abführ zu und aus den Zellen 42 erfolgt über die Kanäle 82, die an Stellen enden, die die Verbindungsstellen zwischen den Zähnen 36 des Zahnringes 4 darstellen (Figur 3).

Arbeitet die Drehkolbenmaschine alsMotor, strömt Druckmittel Über den EinlaSstutzen 16, die Ringnut 74, die Schlitze 78 des Uentileleinentes 28 und bestimmte Kanäle B2 des Ventilgehäüseteiles 2 in die in Figur 3 auf der linken Seite der Exzentrizitätslinie 44 liegenden Zellen 42 ein* Infolge der Ausdehnung dieser Zellen läuft der Radstern 18 im Uhrzeigersinn um, so daß die Zellen 42 auf der rechten Seite der Exzentrizitätslinie 44 verengt werden. Aus den sich zusammenziehenden Zellen 42 austretendes Druckmittel gelangt über die Kanäle 82 auf der in den Figuren 2 und 3 rechten Seite der Exzentrizitätslinie 44 und Schlitze 80 in die Ringnut 76 und tritt über den AusläQstutzen 17 aus. Die geschilderten Strömungsverhältnisse gelten nur fur einen Augenblickszustand, da sich die Exzentrizitätslinie 44 um die' 'Achse 24 des Zahnringes 4 dreht. Solange jedoch Druckmittel über den Stutzen 16 zugeleitet wird, uiird es stets auf der gleichen.--SeifeB der Exzentrizitä'talinie 44 liegenden Zellen 42 zugeführt; gleichzeitig strömt Druckmittel aus den Zellen

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auf der anderen Seite der Exzentrizitätslinie ab.

Während der Umlaufbewegung des Padsternes 18 um die Achse 24 des Zahnringes dreht sich der Radstern in entgegengesetzter Richtung mit niedrigerer Geschwindigkeit um die eigene Achse 40* Das l/erhältnis zwischen der Umlauf- und der Drehgeschwindigkeit hängt von dem Verhältnis der Zähnezahlen von Zahnring und Radstern ab. Ist dieses Verhältnis, wie im vorliegenden Falle, gleich 7 5 6, beträgt die Drehgeschwindigkeit des Radsternes 1/6 der Umlaufgeschwindigkeit. Auf Grund der mechanischen Verbindung zwischen Radstern 18 und Ventilelement 28" dreht sich das Ventilelement 28 mit der gleichen Geschwindigkeit und in derselben Richtung wie der Radstern 18. Dabei sorgt das Ventilelement jedoch für eine Druckmittelzu- und -abfuhr mit der Umlauffrequenz des Radeternes.

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Claims (6)

1. Ansprüche

   I1.1Drehkolbenmaschine mit einem ortsfesten Ständer, einem innen gezahnten Zahnring, dessen Achse gegenüber dem Ständer festliegt, einem außen gezahnten Radstern, der mindestens einen Zahn weniger als der Zahnring aufweist, exzentrisch 'innerhalb des Zahnringes angeordnet ist und bei einer Relativbewegung zwischen Radstern und Zahnring eine Umlaufbeuiegung um die Achse des Zahnringes sowie eine mit niedrigerer Geschwindigkeit "als--die Umlauf bewegung erfolgende Drehbewegung um die eigene Achse in entgegengesetzter Richtung ausführt, ferner mit einem von dem Ständer abgestützten, ersten drehbaren Bauteil, das um die Achse des Zahnringes drehbar ist, und einer Gelenkwelle, deren Achse die Achsen von Zahnring .und Radstern schneidet und die das erste drehbare Bauteil und den Radstern derart mechanisch miteinander verbindet, daß das erste drehbare Bauteil synchron mit der 'Drehbewegung-des Radsternes rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkwelle (66)"-einen zu ihrer Achse (69) koaxialen lüellenansatz (70) aufweist, der in einen radialen Schlitz (59) mit zur Achse (24) des Zahnringes (4) parallelen Wänden eines zweiten drehbaren Bauteiles (5.6) hineinragt, eine der Breite des Schlitzes im wesentlichen gleiche G.u er ab messung besitzt, gegenüber der Gelenkwelle und/oder dem zweiten drehbaren Bauteil drehbar ist und das zweite

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   drehbare Bauteil synchron mit der Umlaufbewegung des Radeternes (18) um die Achse dps Zahnringes dreht.
2. 2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste drehbare Bauteil (28) und der Radstern (18) jeweils eine zur. eigenen Achse konzentrische Bohrung (62, 60) aufweisen und die Gelenkwelle (66) in diese Bohrungen hineinreicht.
3. 3. Drehkolbenmaschine nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet., daß der U/ellenansatz (70) kreisförmigen Querschnitt und einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich der Breite des Schlitzes (59) ist.
4. 4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der U/ellenansatz (70) gegenüber der Gelenkwelle (66) und dem zweiten drehbaren Bauteil (56) drehbar ist.
5. 5. Drehkolbenmaschine nach Binem. der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden drehbaren Bauteile (28, 56) auf gegenüberliegenden Seiten des Zahnringes (4) liegen. - ■
6. 6. Drehkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt des zweiten drehbaren Bauteiles (56) in einer Richtung exzentrisch versetzt ist, die der Exzenterlage des Radsternes (18) innerhalb des

   Zahnringes (4) diametral entgegengesetzt ist."

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