DE1811386A1 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

Description

• Drehkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine mit einer An- bzw. Abtriebswelle, mit einem hierzu koaxialen Zahnrad, mit einem dieses umschließenden, innen verzahnten Zahnring, der zusammen mit dem Zahnrad Verdrängerkammern bildet und dessen Mittelpunkt auf einer Kreisbahn um die Wellenachse umläuft, mit einer diese Kreisbahnbewegung ermöglichenden Ausgleichsvorrichtung, mit feststehenden Anschlüssen für die Zu- und Ableitung und mit einem zwischen.Anschlüsse und Verdrängerkammern geschalteten, drehschieberartigen Kommutatorventil mit senkrecht zur Wellenachse stehenden Steuerflächen.
• Derartige Drehkolbenmaschinen haben die Eigenschaft, daß sich für jede Umdrehung der An- bzw. Abtriebswelle der Zyklus des Füllens und Entleerens der Verdrängerkammer mehrfach wiederholt, so daß sich ein langsam laufender Motor mit hohem Drehmoment oder eine Pumpe mit großem Fördervolumen erzeugen läßtO Der bekannteste Drehkolbenmaschinen-Typ dieser Art besitzt einen feststehenden Zahnring, ein rotierendes und gleichzeitig mit dem Mittelpunkt eine Kreisbahnbewegung vollführendes Zahnrad, eine' Ausgleichsvorrichtung in Gestalt einer zwischen Zahnrad und Hauptwelle geschalteten Gelenkwelle und ein Kommutatorventil mit einer zylindrischen Steuerfläche. Bei dieser Konstruktion läßt sich eine bestimmte axiale Baulänge nicht untersc:lreiten. Außerdem sind die übertragbaren Drehmomente auf solche Werte beschränkt, welche die Verzahnung der Gelenkwelle übertragen kann.
• Es sind ferner Konstruktionen bekannt, bei denen das Zahnrad eine feste Achse hat und der Zahnring die Mittelpunkts-Kreisbahnbewegung vollführt. In einem Fall besteht die Ausgleichsvorrichtung darin, daß der Zahnring zwei parallele Flächen hat, mit denen er in einem Rahmen geführt ist, der seinerseits rechtwinklig dazu im Gehäuse verschiebbar ist.
• Diese Konstruktion neigt zum Verklemmen0 Bei einer anderen Ausführungsform ist der Zahnring außen mit einer Verzahnung versehen, die mit einer entsprechenden Verzahnung des Gehäuses zusammenwirkt. Diese Konstruktion ist sehr schwierig herzustellen; wegen der geringen Kontakt stellen zwischen den beiden Verzahnungen ergeben-sich hohe Flächenpressungen; außerdem wirkt diese Verzahnung der Drehzahluntersetzung entgegen.
• Das Kommutatorventil ist bei diesen Drehkolbenmaschinen in zwei Hälften geteilt; die Steuerflächen befinden sich an den beiden Stirnseiten des Zahnrades. Zu diesem Zweck sind von jedem Zahngrund des Zahnrades zwei Bohrungen zu den beiden Stirnseiten geführt. Von beiden Seiten liegen Kommutatorventilscheiben am Zahnrad an. Dahinter befinden sich stirnseitige Deckel mit feststehenden Anschlüssen für die Zu- und Ableitung. Bei einem solchen Eommutatorventil können die zusammenwirkenden Öffnungen nur eine kleine Querschnittsfläche haben; infolgedessen ist die durch die Maschine strömende Menge des Öls o. dgl. auf einen kleinen Wert beschränkt.
• Während in der Regel die An- bzw. Abtriebswelle mit dem Zahnrad gekuppelt ist, gibt es auch Konstruktionsvorschläge, bei denen das Zahnrad feststeht und der die Mittelpunkts-Kreisbahnbewegung vollführende Zahnring gleichzeitig auch rotiert. Die Kupplung mit einem An- bzw. Abtriebsorgan erfolgte dadurch, daß das Gehäuse der Maschine drehbar gelagert und außen mit Speichen eines unmittelbar angetriebenen Rades verbunden war. Eine direkte Verbindung mit einer im Gehäuse rotierenden Welle ist hierbei nicht möglich.
• Außerdem bereitet es Schwierigkeiten, an den verbleibenden, aus dem drehbaren Gehäuse herausragenden feststehenden Lagerstutzen die Anschlüsse für Zu- und Ableitung anzubringen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine anzugeben, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet. Insbesondere soll eine Drehkolbenmaschine mit sehr einfacher Konstruktion, kurzer Baulänge und, bezogen auf ihre Abmessungen, großer Leistung geschaffen werden, bei der auch die Möglichkeit besteht, einen rotierenden und die Mittelpunkts-Kreisbahnbewegung durchführenden Zahnring mit einer wie üblich im Gehäuse gelagerten An- bzw. Abtriebswelle zu kuppeln.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer eingangs beschriebenen Drehkolbenmaschine erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß die Ausgleichsvorrichtung unter Verwendung des Zahnringes und einer benachbarten Scheibe gebildet ist, indem mehrere rings um die Wellenachse verteilte kreisförmige Öffnungen an dem einen Bauteil und exzentrisch darin eingreifende Zapfen an dem anderen Bauteil vorgesehen sind0 Eine solche Ausgleichsvorrichtung ist um ein Vielfaches kürzer als eine Gelenkwelle und führt daher zu einer sehr kurzen Maschine. Die Kraftangriffspunkte innerhalb der Ausgleichsvorrichtung haben einen sehr großen Abstand von der Maschinenachse; bei einer vorgegebenen maximalen Flächenpressung lassen sich daher recht große Drehmomente bzw. Leistungen übertragen. Der konstruktive Aufbau ist sehr einfach, da die einzelnen Bauelemente nur axial ineinander gesteckt zu werden brauchen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Zahnrad feststehen, der Zahnring rotieren und die Scheibe der Ausgleichsvorrichtung fest mit der Welle verbunden sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Hauptwelle mit dem Zahnring zu kuppeln, ohne daß dabei die Konstruktion komplizierter wird und ohne daß die Baulänge vergrößert werden müßte.
• Sodann kann die Scheibe der Ausgleichsvorrichtung gleichzeitig den ersten Teil des Eommutatorventils bilden. Bekanntlich muß bei einem Kommutatorventil für eine solche Drehkolbenmaschine der eine Teil mit dem Zahnring und der andere Teil mit dem Zahnrad drehfest gekuppelt sein.
• Nutzt man die Scheibe der Ausgleichsvorrichtung für diesen Zweck aus, so ist die Bedingung für den einen Teil des Xommutatorventils ohne jeden zusätzlichen Aufwand erfüllt.
• Außerdem kann man eine solche Eommutatorventilscheibe sehr leicht herstellen. Sie kann auf der dem Zahnrad gegenüberliegenden Seite einen oder zwei Ringkanäle, die durch Ausdrehen hergestellt werden können, in einem Gehäusestirndeckel abdecken, In weiterer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt es sich, daß in an sich bekannter Weise die feststehenden Anschlüsse und je eine Hälfte des Kommutatorventils auf einander gegenüber liegenden Seiten der Zahnelemente angeordnet sind und daß der Scheibe der Ausgleichsvorrichtung eine gleichartige Scheibe auf der anderen Seite der Zahnelemente gegenüber liegt und beide Scheiben mit Hilfe der Zapfen der Ausgleichsvorrichtung auf Drehmitnahme gekuppelt sind.
• Auf diese Weise erreicht man die vorteilhafte Unterteilung des Kommutatorventils unter Ausnutzung bereits vorhandener Bauteile.
• Zweckmäßigerweise sind die Zapfen der Ausgleichsvorrichtung im Zahnring befestigt. Dies führt zu einem sehr leichten Zusammenbau, bei dem Zahnring und Scheiben einfach aufeinander gelegt werden können.
• Einen weiteren Vorteil erzielt man dadurch, daß die Verdrängerkammern mindestens einseitig durch eine feststehende Platte abgedeckt sind, -die den zweiten Teil des Kommutatorventils bildet. Das Zahnrad selbst braucht daher nicht durchbohrt zu werden, was sowieso auf Schwierigkeiten stößt, wenn es aus gehärtetem Material bestehen soll.
• Die Platte kann Durchbrüche aufweisen, die jeweils am Zahngrund des Zahnrades beginnen und in Radialrichtung eine größere Erstreckung als ihre Breite in Umfangsrichtung haben.
• Die Durchbrüche sind demnach Radialschlitze, denen ein verhältnismäbig großer Querschnitt gegeben werden kann, so daß die Maschine eine große Durchflußmenge verarbeiten kann.
• Zur weiteren Vereinfachung der Herstellung können die Scheiben und Platten aus gesinterten Formstücken bestehen.
• Sie erfordern dann keine weitere Verarbeitung.
• Das Zahnrad und beide Platten können auf einem gemeinsamen Wellenstutzen aufgekeilt sein, Damit ist sichergestellt, daß sich diese Teile gemeinsam drehen, gleichgültig, ob der Wellenstutzen im Gehäuse festgehalten ist oder ein Ende der Hauptwelle bildet.
• Auch die Gehäusekonstruktion läßt sich sehr einfach aufbauen, wenn das Gehäuse zusammengesetzt ist aus zwei stirnseitigen Deckeln, die je einen Anschluß und zentrisch ein Lager für die drehbare Welle bzw. eine Halterung für den Wellenstutzen aufweisen und dazwischen 5 Ringe, die jeweils die beiden Scheiben, die beiden Platten und den Zahnring umgeben und mit deren Breite übereinstimmen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Maschine, Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 und Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie A-B-B-A in Fig. 1.
• Es sei angenommen, daß die dargestellte Maschine ein Motor ist. Sein Gehäuse ist aus zwei stirnseitigen Deckeln 1 und 2 sowie fünf Ringen 3 - 7 zusammengesetzt. Diese Teile werden durch Schrauben 8 aneinander gehalten. Im Deckel 1 befindet sich ein Anschlußstutzen 9 für das zulaufende Öl, der über einen Kanal 10 mit einem Ringraum 11 in Verbindung steht.
• Ferner ist eine Lagerschale 13 und ein Kugellager 14 zur Lagerung einer Hauptwelle 15 vorgesehen. Das Kugellager wird durch eine Druckplatte 16 mittels Schrauben 17 am Deckel 1 festgehalten. Der Deckel 2 trägt einen Anschlußstutzen 18 für das abfließende Öl, der über einen Kanal 19 mit einem Ringraum 20 verbunden ist. Im Deckel 2 ist ein verzahnter Wellenstutzen 21 festgehalten, der mit Hilfe einer Elemmplatte 22, die durch Schrauben 23 am Deckel 2 befestigt ist, abgedichtet und durch eine Mutter 24 gegen Drehung gesichert ist.
• Auf dem verzahnten Wellenstutzen 21 sind ein Zahnrad 25 mit sechs Zähnen 26 , an beiden Seiten des Zahnrades eine Platte 27, 28 mit je sechs radialen Langlöchern 29, 30 und ein Lager 51 aufgekeilt.
• Ein Zahnring 32 mit sieben Zähnen 33 umgibt das Zahnrad 25, so daß sich zwischen den Zähnen 26 und 33 sowie den Platten 27 und 28 Verdrängerkammern 34 bilden. Der Zahnring 32 besitzt nach außen ragende Vorsprünge 35, in denen Zapfen 36 festmontiert sind. Die Zapfen 36 tragen zu beiden Seiten des Zahnringes 32 Rollen 37, 38 mit denen sie in kreisförmige Öffnungen 39, 40 in zwei Scheiben 41, 42 eingreifen.
• Die Scheibe 41 ist fest mit der Hauptwelle 15 verbunden.
• Die Scheibe 42 gleitet auf dem Lagerring 31. In der Scheibe 41 befinden sich sieben gleichmäßig verteilte Durchbrüche 43, in der Scheibe 42 sieben gleichmäßig verteilte Durchbrüche 44, die den Langlöchern 29, 30 in den Platten 27, 28 entsprechen.
• Die Langlöcher 29 und 30 liegen einander genau gegenüber und beginnen am Zahngrund des Zahnrades 25. Ihre Länge ist mehr als doppelt so groß wie ihre Breite. Die Durchbrüche 43 und 44 sind jeweils um eine halbe Teilung gegen ein ander versetzt. Da außerdem sieben Durchbrüche gegenüber sechs Langlöchern vorhanden sind, ergibt sich auf der linken Seite der Fig. 1 eine erste Hälfte des Eommutatorventils, bestehend aus der Scheibe 41 und der Platte 27, und auf der rechten Seite die zweite Hälfte des Kommutatorventils, bestehend aus der Platte 28 und der Scheibe 42, Das Kommutatorventil arbeitet in üblicher Weise derart, daß jeweils die Verdrängerkammern 34 zunehmender Größe mit dem Zulaufanschlußstutzen 9 ond die sich verkleinernden Kammern mit dem Ablaufanschlußstutzen 18 verbunden sind.
• In Fig. 2 ist strichpunktiert die Projektion eines Durchbruchs 43 in die Ebene der Durchbrüche 44 veranschaulicht.
• Der Zahnring 32 vollführt mit seinem Mittelpunkt M eine Kreisbahnbewegung um die feste Achse 0 des Wellenstutzens 21 bzw. der Hauptwelle 15. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnungen 39, 40 ist so ZU bemessen, daß er gleich der Summe der Durchmesser der Rollen 37, 38 und des Kreises ist, den der Mittelpunkt M beschreibt. Auf diese Weise ist der Zahnring 32 mit der Hauptwelle 15 sicher auf Drehmitnahme gekoppelt, obwohl er fortwährend eine Mittelpunkts-Kreisbewegung vollführt.
• Die Gehäuseringe 3 - 7 entsprechen in ihrer Breite der Scheibe 41, der Platte 27, dem Zahnring 32, der Platte 28 und der Scheibe 42. Die Gehäuseringe 4 und 6 dienen außerdem der Führung der beiden Scheiben 41 und 42. Alle Teile lassen sich ohne Schwierigkeiten so bemessen, daß bei ausreichender Leichtgängigkeit eine nur geringe Leckölmenge auftritt. Lecköl kann aber über einen zusätzlich vorgesehenen Stutzen 45 ohne Schwierigkeiten abgelassen werden. Es känn sogar aus dem Kugellager über einen Kanal 46 und durch die Öffnungen 39, 40 zum Stutzen 45 geführt werden.

Claims (10)

PatentansprUche

1. Drehkolbenmaschine mit einer An- bzw. Abtriebswelle, mit einem hierzu koaxialen Zahnrad, mit einem dieses umschließenden, innen verzahnten Zahnring, der zusammen mit dem Zahnrad Verdrängerkammern bildet und dessen Mittelpunkt auf einer Kreisbahn um die Wellenachse umläuft, mit einer diese Kreisbahnbewegung ermöglichenden Ausgleichsvorrichtung, mit feststehenden Anschlüssen für die Zu- und Ableitung und mit einem zwischen Anschlüsse und Verdrängerkammern geschalteten, drehschieberartigen Kommutatorventil mit senkrecht zur Wellenachse stehenden Steuerflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung unter Verwendung des Zahnringes (32) und einer benachbarten Scheibe (41) gebildet ist, indem mehrere rings um die Wellenachse verteilte kreisförmige Öffnungen (39) an dem einen Bauteil (41) und exzentrisch darin eingreifende Zapfen (36) an dem anderen Bauteil (32) vorgesehen sind.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (25) feststeht, der Zahnring (32) rotiert und die Scheibe (41) der Ausgleichsvorrichtung fest mit der Welle (15) verbunden ist.

3. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (41) der Ausgleichsvorrichtung gleichzeitig den ersten Teil des Eommutatorventils bildet.

4. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die feststehenden Anschlüsse (9, 18) und je eine Hälfte des Kommutatorventils auf einander gegenüber liegenden Seiten der Zahnelemente (25, 52) angeordnet sind und daß der Scheibe (41) der Ausgleichsvorrichtung eine gleichartige Scheibe (42) auf der anderen Seite der Zahnelemente gegenüber liegt und beide Scheiben mit Hilfe der Zapfen (36) der Ausgleichsvorrichtung auf Drehmitnahme gekuppelt sind.

5. Drehkolbenmaschine nach einem der AnsprUche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (36) der Ausgleichsvorrichtung im Zahnring (32) befestigt sind.

6. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerkammern (34) mindestens einseitig durch eine feststehende Platte (27, 28) abgedeckt sind, die den zweiten Teil des Kommutatorventils bildete

7. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (27, 28) Durchbrüche (29, 30) aufweist, die jeweils am Zahngrund des Zahnrades (25) beginnen und in Radialrichtung eine größere Erstreckung als ihre Breite in Umfangsrichtung haben.

8. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (41, 42) und Platten (27, 28) aus gesinterten Formstücken bestehen.

9. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Zahnrad (25) und beide Platten (27, 28) auf einem gemeinsamen Wellenstutzen (21) aufgekeilt sind.

10. Drehkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zusammengesetzt ist aus zwei stirnseitigen Deckeln (1, 2), die je einen Anschluß (9; 18) und zentrisch ein Lager (13, 14) für die drehbare Welle (15) bzw. eine Halterung für den Wellenstutzen (21) aufweisen, und dazwischen fünf Ringen (3 - 7), die jeweils die beiden Scheiben (41, 42), die beiden Platten (27, 28) und den Zahnring (32) umgeben und mit deren Breite übereinstimmen.

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