DE19717295A1 - Fluid-Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluid-Maschine mit einem ersten Verdrängungselement, das um eine Drehachse dreh­ bar ist, drehfest mit einer Welle verbunden ist, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, und mit einem zwei­ ten Verdrängungselement zusammenwirkt, wobei die Dreh­ achse in einem vorbestimmten Abstand zur Mittelachse des zweiten Verdrängungselements angeordnet ist.

Derartige Maschinen werden sowohl als Pumpen einge­ setzt, bei denen die Welle durch einen Motor, bei­ spielsweise einen Elektromotor, angetrieben wird, als auch als Motoren, bei denen den Verdrängungselementen im Fluid unter Druck zugeführt wird, so daß sich zumin­ dest das mit der Welle verbundene Verdrängungselement dreht und mechanische Leistung abgeben kann. Als Fluid kann sowohl eine Flüssigkeit verwendet werden als auch ein Gas. Im ersten Fall handelt es sich um hydraulische Maschinen, im zweiten um pneumatische. Die folgende Erläuterung erfolgt am Beispiel von hydraulischen Ma­ schinen.

Derartige hydraulische Maschinen sind seit langem be­ kannt. Damit sie gut, d. h. mit einem akzeptablem Wir­ kungsgrad, arbeiten, müssen die Teile mit geringen To­ leranzen aufeinander abgestimmt werden. Sind die Spalte zwischen bewegten Teilen zu groß, dann verschlechtert sich der volumetrische Wirkungsgrad aufgrund von inne­ ren Leckagen. Sind hingegen die Passungen zu eng, dann entstehen erhöhte Reibungsverluste, die den Wirkungs­ grad ebenfalls herabsetzen. Das Einhalten der engen Toleranzen macht die Produktion schwierig, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Kosten derartiger Maschinen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau derartiger Maschinen zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Maschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Gehäuse eine Tasche aufweist, in der die Verdrängungselemente so angeordnet sind, daß das Gehäuse die Verdrängungs­ elemente axial auf beiden Seiten zumindest in einem Wirkbereich und in Umfangsrichtung über maximal 180° abdeckt.

Bei diesem Aufbau geht man von der herkömmlichen Kon­ struktion ab, bei der man davon ausgegangen ist, daß die Verdrängungselemente in einer allseits geschlosse­ nen Kammer angeordnet sein müssen. Man läßt vielmehr eine Seite offen. Durch diese Öffnung der Tasche, in der sich die Kammer ausbildet, können die Verdrängungs­ elemente eingesetzt werden. Da die Tasche im Gehäuse angeordnet ist, kann sie mit einer vorherbestimmten Genauigkeit gefertigt werden, die durch nachfolgende Zusammenbauschritte nicht mehr oder nur in geringem Maße verändert wird. Auch die Verdrängungselemente kön­ nen mit einer vorbestimmten Genauigkeit gefertigt wer­ den und zwar so, daß sie axial genau in die Tasche hin­ einpassen. Weitere Montageschritte, um die Tasche dann abzuschließen, die dann wieder mit Toleranzen behaftet sein könnten, sind nicht erforderlich. Möglich wird dies durch die Erkenntnis, daß ein Druck nur im soge­ nannten Wirkbereich eingeschlossen werden muß. Dement­ sprechend reicht es aus, wenn das Gehäuse den Wirkbe­ reich abdeckt. Der Wirkbereich ist der Bereich zwischen den Verdrängungselementen, in dem bei einer Pumpe die Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt wird, üb­ licherweise durch ein Vermindern des Volumens von Kam­ mern, die sich zwischen den Verdrängungselementen aus­ bilden, oder bei einem Motor die Hydraulikflüssigkeit eingespeist wird, um eine Expansion von Arbeitskammern zu bewirken. Ist ein derartiger Abschluß von Arbeits­ kammern nicht mehr erforderlich, ist auch keine druck­ feste Abdeckung durch das Gehäuse mit entsprechendem Aufwand notwendig. Man kann daher die Öffnung, die für die Montage notwendig ist, offenlassen, ohne eine Ver­ schlechterung der Laufeigenschaften der Maschine in Kauf nehmen zu müssen. Dadurch wird die Produktion dra­ stisch vereinfacht und die Produktionskosten können sich verringern.

Vorzugsweise weist eine axiale Stirnwand der Tasche einen Schlitz auf. Dieser Schlitz hat zunächst haupt­ sächlich herstellungstechnische Gründe. In den meisten Fällen muß die Tasche in dem Bereich, in dem sie die Verdrängungselemente in Umfangsrichtung umgibt, einen kreislinienförmigen Querschnitt aufweisen. Einen der­ artigen Querschnitt erzielt man zweckmäßigerweise durch Verwendung eines Fräsers, dessen Rotationsachse paral­ lel zur späteren Drehachse des ersten Verdrängungsele­ ments geführt wird. Wenn man nun die Verdrängungsele­ mente tiefer in die Tasche einbringen möchte, also bei­ spielsweise so, daß sie sich vollständig innerhalb des Gehäuses befinden, dann muß der Fräser entsprechend tief eingeführt werden. Hierzu dient der Schlitz, der zum Herstellen der Tasche ein entsprechend tiefes Ein­ fahren des Fräsers mit seiner Antriebswelle in das Ge­ häuse erlaubt. Der Schlitz kann hierbei gleichzeitig mit dem Herstellen der Tasche gefertigt werden. Er kann aber auch in einem vorgeschalteten Arbeitsgang erzeugt werden.

Mit Vorteil ist der Schlitz zur Welle seitlich versetzt angeordnet. Damit läßt sich sicherstellen, daß der Wirkbereich zwischen den Verdrängungselementen von der Stirnseite abgedeckt ist, auch wenn die Stirnseite den genannten Schlitz aufweist.

Mit Vorteil durchragt die Welle das erste Verdrängungs­ element und ragt in eine Ausnehmung am Ende des Schlit­ zes hinein. Damit wird die Welle nicht nur im Gehäuse auf der einen Seite des Verdrängungselements geführt, sondern mit dem durchragenden Ende auch in der gegen­ überliegenden Stirnwand der Tasche. Diese Führung ist zwar schwächer, weil der Schlitz eine Unterbrechung der Führung bewirkt. Sie reicht aber immer noch aus, um eine hohe Stabilität der Wellenlagerung zu bewirken.

Mit Vorteil sind bei der Montage die Welle nur axial und die Verdrängungselemente nur radial gegenüber dem Gehäuse bewegbar. Die Verdrängungselemente werden also radial in die Tasche eingesetzt. Gleichzeitig oder da­ nach kann die Welle in das Gehäuse eingesteckt werden. Wenn die Welle dann in Axialrichtung bewegt wird, wird sie durch die Verdrängungselemente geführt und arre­ tiert damit die Verdrängungselemente in der Tasche. Die Verdrängungselemente können also durch die Öffnung der Tasche nicht mehr herausbewegt werden. Dadurch ergibt sich zumindest für eine Bewegungsrichtung ein selbst­ sichernder Mechanismus.

Dieser wird weiter dadurch verbessert, daß die Welle axial am ersten Verdrängungselement befestigt ist. So­ bald die Befestigung erfolgt ist, ist die Maschine zu­ mindest im Hinblick auf ihre Hauptfunktion fertig mon­ tiert. Es kann weder die Welle axial aus dem Gehäuse entfernt werden, weil die Befestigung am Verdrängungs­ element eine derartige Bewegung verhindert, noch können die Verdrängungselemente seitlich aus der Tasche ent­ nommen werden, weil die Welle eine derartige Bewegung unterbindet. Da für diese "Endmontage" nur zwei Ar­ beitsschritte notwendig sind, die zu dem relativ ein­ fach zu bewerkstelligen sind und beispielsweise durch einen Fertigungsrobotor durchgeführt werden können, ergibt sich bei der Fertigung ein sehr geringer Aufwand mit entsprechend niedrigen Kosten.

Vorzugsweise ist die axiale Erstreckung der Tasche im wesentlichen so groß wie die der Verdrängungselemente. Damit dichten die beiden Stirnseiten der Tasche die Verdrängungselemente ab, d. h. sie definieren zusammen mit den Verdrängungselementen Arbeitskammern, die sich im Betrieb vergrößern und verkleinern können. Zusätzli­ che Elemente, wie Dichtungen, sind dann nicht erforder­ lich. Mit dem Einsetzen der Verdrängungselemente in die Tasche sind die entsprechenden Arbeitskammern fertigge­ stellt.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Verdrängungselemente und das Gehäuse ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf­ weisen. Dadurch wird der Betrieb auch bei wechselnden Temperaturen mit gleichem Wirkungsgrad möglich.

Vorteilhafterweise ist im Gehäuse eine Hochdruckkanal­ anordnung vorgesehen, die mit dem Wirkbereich verbunden ist. Die Hochdruckkanalanordnung nimmt bei der Verwen­ dung der Maschine als Pumpe die erzeugten hydraulischen Drücke auf und leitet sie zu einem Hochdruckanschluß weiter, von dem dann Hydraulikflüssigkeit mit dem ge­ wünschten höheren Druck abgenommen werden kann. Bei Verwendung der Maschine als Motor wird über die Hoch­ druckkanalanordnung den Arbeitskammern Hydraulikflüs­ sigkeit unter höherem Druck zugeführt, um diese zur Expansion zu bewegen. Lediglich die Hochdruckkanalan­ ordnung muß mit der notwendigen Festigkeit ausgeführt werden, wozu das Gehäuse zweckmäßigerweise zur Verfü­ gung steht. Bei einer Niederdruckkanalanordnung ist diese Vorgabe nicht notwendig. Dementsprechend ist eine derartige Niederdruckkanalanordnung im Extremfall nicht notwendig. Man kann beispielsweise die Maschine als Pumpe dadurch verwenden, daß man sie vollständig in eine zu pumpende Flüssigkeit eintaucht, beispielsweise in den Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs. Dann kann die Flüssigkeit über die offene Seite der Tasche und den Schlitz zufließen. Sie wird über die Hochdruckka­ nalanordnung abgefördert.

Vorzugsweise ist hierbei zwischen den beiden Verdrän­ gungselementen im Wirkbereich eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitskammern gebildet und das Gehäuse weist eine entsprechende Anzahl von Hochdruckkanalöffnungen auf, die miteinander verbunden und so angeordnet sind, daß jede Arbeitskammer immer mit mindestens einer Hoch­ drucköffnung in Verbindung steht. Im Wirkbereich ver­ kleinern sich die Volumina der Arbeitskammern, wenn die Maschine als Pumpe verwendet wird. Da jede Arbeitskam­ mer immer mit mindestens einer Hochdruckkanalöffnung in Verbindung steht, kann sie die Hydraulikflüssigkeit durch eine derartige Öffnung verdrängen. Dies ist not­ wendig, weil die Flüssigkeiten im allgemeinen inkom­ pressibel sind. Zwar ergeben sich bei unterschiedlichen Arbeitskammern auch unterschiedliche Drücke, was unter anderem davon abhängt, wie weit die Volumenverminderung fortgeschritten ist. Diese Drücke werden jedoch durch die Verbindung der Arbeitskammern über die Hochdruckka­ nalöffnungen ausgeglichen, so daß die insgesamt im Wirkbereich erfolgte Druckerhöhung an der Hochdruckka­ nalöffnung abgenommen werden kann. Eine sogenannte Nie­ re, die bei anderen Maschinen vorhanden ist, ist hier nicht notwendig. Die einzelnen Öffnungen sind mit einem geringeren Aufwand zu fertigen. Sie führen darüber hin­ aus nicht zu einer nennenswerten Schwächung der Stirn­ seite, in der die Öffnungen eingebracht sind, was wie­ derum zu einer Verringerung des Aufwandes und damit zu einer Absenkung der Kosten führt.

Mit Vorteil bildet der Schlitz einen Teil einer Nieder­ druckkanalanordnung. Wie oben gesagt, ist es nicht un­ bedingt notwendig, daß im Niederdruckbereich eine Ein­ kapselung der Verdrängungselemente erfolgt. Hier kann vielmehr ein ungehinderter Zu- oder Abfluß der Hydrau­ likflüssigkeit (je nachdem ob die Maschine oder als Motor verwendet wird) erfolgen. Der Schlitz, der im allgemeinen eine gewisse Erstreckung aufweist, setzt diesem Hydraulikstrom nur einen geringen Strömungswi­ derstand entgegen, der vorzugsweise dazu ausgenutzt werden kann, den Wirkungsgrad der Maschine zu erhöhen.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Gehäuse mit einem Motor, insbesondere einem Elektromotor verbunden ist, und die Maschine und der Motor ein gemeinsames Lager und/oder eine gemeinsame Welle aufweisen. Insbe­ sondere bei der Verwendung der Maschine als Pumpe er­ hält man auf diese Weise eine sehr kompakte Pumpenein­ heit, die zu dem sehr kostengünstig ausgeführt werden kann.

Dies gilt insbesondere dann, wenn das gemeinsame Lager im Gehäuse montiert ist. Das Gehäuse muß ohnehin eine gewisse Stabilität aufweisen. Diese Stabilität kann man dann auch zur Abstützung des Lagers verwenden.

Mit Vorteil ist eine Abdeckung vorgesehen, die zumin­ dest die Taschenöffnung im Gehäuse abdeckt. Wie oben ausgeführt, ist eine derartige Abdeckung nicht nötig, wenn die Maschine als Pumpe direkt in die zu pumpende Flüssigkeit eingetaucht wird. Dieser Anwendungsfall wird jedoch relativ selten sein. Wenn man die Flüssig­ keit in einem Kreislaufpumpen möchte oder die Flüssig­ keit als Antriebsmedium für einen Motor in einem der­ artigen Kreislauf verwenden möchte, muß man dafür sor­ gen, daß die Flüssigkeit an der Maschine nicht aus dem Kreislauf entweichen kann. Hierzu ist die Abdeckung vorgesehen. An die Abdeckung werden im Hinblick auf die Druckbeanspruchungen aber nur relativ geringe Anforde­ rungen gestellt, weil sie sich im Niederdruckbereich befindet. Sie muß also lediglich imstande sein, die Hydraulikflüssigkeit bei den niedrigen Drücken am Ent­ weichen zu hindern. Auch die hierzu notwendigen Dichtungsanordnungen können dann mit entsprechend ge­ ringem Aufwand gefertigt werden.

Vorzugsweise ist das Gehäuse zylinderförmig und die Abdeckung weist einen passenden zylinderförmigen Hohl­ raum auf, in dem das Gehäuse angeordnet ist. Man ist dann bei der Fertigung nicht mehr unbedingt darauf an­ gewiesen, daß das Gehäuse lagerichtig in die Abdeckung eingeführt wird. Die Abdeckung der Tasche ist auf jeden Fall gewährleistet. Darüber hinaus läßt sich eine der­ artige Anordnung leichter abdichten.

Vorzugsweise weist die Abdeckung Flüssigkeitskanäle auf. Die Führung der Flüssigkeitskanäle in der Abdec­ kung ist vielfach einfacher als ihre Führung im Gehäu­ se. Auch dies senkt die Produktionskosten.

Vorzugsweise ist die Abdeckung durch ein Maschinenele­ ment gebildet, das mindestens eine zusätzliche Funktion aufweist. Man benötigt also kein zusätzliches Teil mehr, um die Tasche abzudecken. Die Funktion der Ab­ deckung kann durch ein bereits vorliegendes Maschinen­ teil gebildet werden. Damit schafft man die Möglich­ keit, eine Maschine, also eine Pumpe oder einen Motor, vor Ort in einem entsprechenden Maschinenteil zu inte­ grieren, ohne daß man zusätzlichen Bauraum benötigt und ohne daß zusätzliche Befestigungselemente erforderlich sind.

Mit Vorteil ist hierbei das Maschinenteil eine Kompo­ nente einer hydraulischen Baugruppe. Diese Anwendung wird man vorzugsweise dann wählen, wenn die hydrauli­ sche Maschine als Pumpe ausgebildet ist. Die hydrauli­ sche Baugruppe kann beispielsweise eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einrichtung sein. Die Pumpe wäre dann beispielsweise im Zylinder angeordnet. Der Hydraulik­ zylinder kann dann durch Antreiben des Motors bewegt werden, ohne daß eine externe hydraulische Versorgung notwendig ist. Die Druckerzeugung erfolgt vielmehr vor Ort in unmittelbarer Nähe des Druckraums. Auf diese Weise kann man eine Reihe von Betätigungsaufgaben nun hydraulisch lösen, bei denen bislang aufgrund der feh­ lenden hydraulischen Versorgung ein derartiger Einsatz nicht möglich war. Zweckmäßige Einsatzgebiete liegen überall dort, wo man mit einem einzigen Hydraulikzylin­ der auskommt, beispielsweise bei einem Torantrieb.

Mit Vorteil trennt die Abdeckung die Niederdruckkanal­ anordnung von der Umgebung und weist einen Niederdruck­ anschluß auf. Die Maschine kann dann komplett wie her­ kömmliche Maschinen gehandhabt werden, d. h. sie wird an einen Hochdruckanschluß und an einen Niederdruckan­ schluß angeschlossen und ist dann betriebsbereit. Ein Entweichen von Hydraulikflüssigkeit ist aufgrund der Abdeckung, wie oben gesagt, nicht zu befürchten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Abdeckung auch Mittel zur Druckregelung und/oder zur Temperatur­ regelung und/oder zur Steuerung eines Flüssigkeitsstro­ mes aufweisen. Diese Mittel können als Ansatzteile an die Abdeckung angesetzt werden. Sie können aber auch in die Abdeckung integriert werden.

Vorzugsweise bildet die Abdeckung ein Axiallager für die Welle. Bei dieser Ausgestaltung ist eine Sicherung der Welle im Verdrängungselement nur in eine Richtung erforderlich. In die andere Richtung wird die Bewegung der Welle durch die Abdeckung begrenzt oder verhindert. Dies ist von besonderem Vorteil, weil die axiale Siche­ rung der Welle im Verdrängungselement auf der Seite vorgenommen werden kann, auf der die Welle das Verdrän­ gungselement durchragt, also auf der Seite, wo auch der Schlitz in der Stirnwand vorgesehen ist. Die andere Seite des Verdrängungselements, wo das Verdrängungsele­ ment an der anderen Stirnseite der Tasche und damit am Gehäuse anliegt, muß nicht mehr zugänglich sein.

Mit Vorteil ist die Welle im Gehäuse durch eine Wellen­ dichtung abgedichtet, die über einen im wesentlichen achsparallel verlaufenden Kanal mit den Verdrängungs­ elementen verbunden ist. Durch den Kanal wird es mög­ lich, den Ort der Wellendichtung frei zu wählen. Man ist nicht mehr darauf angewiesen, daß die Wellendich­ tung in unmittelbarer Nähe des Wirkbereichs angeordnet ist. Dadurch sind in der Nähe der Verdrängungselemente keine weiteren Bearbeitungen notwendig, um einen Monta­ geort für die Wellendichtung vorzusehen.

Mit Vorteil wirken die Verdrängungselemente nach Art eines Gerotors zusammen. In diesem Fall handelt es sich um ein innenliegendes Zahnrad mit Außenverzahnung und einen außenliegenden Zahnring mit Innenverzahnung. Die Mittelpunkte von beiden Verdrängungselementen sind ex­ zentrisch zueinander versetzt. Das Zahnrad, das das erste Verdrängungselement bildet, steht mit der Welle in drehfester Verbindung. Wenn sich das Zahnrad dreht, dann dreht sich auch der Zahnring. Er ist in der Tasche auf maximal 180° drehbar abgestützt und kann sich daher in der Tasche frei drehen. Der Wirkbereich umfaßt bei einem Gerotor etwa 180°. In diesem Bereich können die beiden Stirnseiten der Tasche die Arbeitskammern axial abdecken.

Vorzugsweise ist das erste Verdrängungselement als Zahnrad mit Außenverzahnung und das zweite Verdrän­ gungselement als Zahnring mit Innenverzahnung und un­ terschiedlicher Zähnezahl ausgebildet. Üblicherweise weist der Zahnring mehr Zähne als das Zahnrad auf. Da­ mit läßt sich ein gewisses Übersetzungsverhältnis er­ reichen, d. h. der Zahnring dreht sich langsamer als das Zahnrad.

Mit Vorteil ist zwischen Zahnrad und Zahnring in einem vorbestimmten Winkelbereich ein gehäusefestes, sichel­ förmiges Einsatzstück angeordnet. An diesem Einsatz­ stück gleiten die Zähne des Zahnrades radial innen und die Zähne des Zahnringes radial außen entlang. Zwischen den jeweiligen Zähnen werden also Arbeitskammern gebil­ det, die im Bereich des Einsatzstückes ein konstantes Volumen aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, die Hydraulikflüssigkeit mit geringem Aufwand bis zu den Bereichen zu transportieren, wo sich die Arbeitskammern verkleinern bzw. vergrößern und wo die Abdeckung durch die Stirnseiten der Tasche notwendig ist.

In einer anderen Ausgestaltung können die beiden Ver­ drängungselemente als Zahnräder ausgebildet sein. Es handelt sich dann um eine konventionelle Zahnradpumpe, wie sie allgemein bekannt ist. In diesem Fall hat die Tasche einen Querschnitt, der durch zwei nebeneinander liegende Kreislinienabschnitte an einem Ende begrenzt ist, wobei sich die entsprechenden Kreise soweit über­ lappen, daß die beiden Zahnräder in Eingriff stehen können. Eine derartige Tasche läßt sich beispielsweise durch zwei Fräsvorgänge erzeugen, bei denen der Fräser den gleichen Außendurchmesser wie die Zahnräder auf­ weist. Es können hier ohne weiteres auch zwei Schlitze in der entsprechenden Stirnseite der Tasche vorgesehen sein. Der Wirkbereich ist auf einen relativ kleinen Winkelbereich beschränkt.

Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus Kunststoff, Sin­ termaterial, Aluminium, Keramik oder Gußeisen. Derarti­ ge Materialien lassen sich leicht formen. Sie sind wi­ derstandsfähig genug, um den Belastungen Stand zu hal­ ten.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Gehäusemateri­ al Zusatzstoffe zur Erhöhung der mechanischen Festig­ keit und/oder Verschleißfestigkeit und/oder zur Rei­ bungsverminderung aufweist. Durch derartige Zusatzstof­ fe läßt sich das Betriebsverhalten der Pumpe weiter verbessern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Maschine im schematischen Querschnitt,

Fig. 2 eine ähnliche Ausführungsform der Maschine in Draufsicht,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Maschine im Schnitt,

Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig. 3 in einer anderen Schnittansicht,

Fig. 5 eine Explosionsansicht der Maschine nach den Fig. 3 und 4 und

Fig. 6 bis 8 verschiedene Ausführungsformen von Ver­ drängungselementen.

Eine hydraulische Maschine 1, die als Motor oder als Pumpe ausgebildet sein kann, weist ein Gehäuse 2 auf. In dem Gehäuse 2 ist eine Tasche 3 angeordnet, die von zwei Stirnwänden 4, 5 axial begrenzt ist. An ihrem Bo­ den 6 ist die Tasche 3 geschlossen. An der dem Boden gegenüberliegenden Seite befindet sich eine Öffnung 7. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist der Boden 6 im Querschnitt kreislinienförmig. In Fig. 2 ist die Tasche 3 gestrichelt eingezeichnet.

In der Tasche 3 ist eine Verdrängungselementanordnung angeordnet, die aus einem ersten Verdrängungselement 8, das beispielsweise als Zahnrad ausgebildet ist, und einem zweiten Verdrängungselement 9, das als Zahnring ausgebildet ist, besteht. Auch eine Kreiskolbenanord­ nung oder eine Flügelzellenanordnung wäre möglich. Das erste Verdrängungselement 8 ist mit einer Welle dreh­ fest verbunden, die im Gehäuse 2 drehbar gelagert ist.

Die beiden Verdrängungselemente 8, 9 haben die gleiche axiale Erstreckung wie die Tasche 3. Zwischen den bei­ den Verdrängungselementen 8, 9 befinden sich Arbeits­ kammern, die sich in bekannter Weise im Betrieb abwech­ selnd vergrößern und verkleinern. Diese Arbeitskammern sind durch die beiden Stirnwände 4, 5 abgedichtet.

Da die Flüssigkeit inkompressibel ist, befinden sich im Gehäuse 2 in einem Wirkbereich Hochdruckkanalöffnungen 11, die mit einem Hochdruckanschluß 12 verbunden sind. Der Wirkbereich ist bei einer Pumpe der Bereich, in dem sich die Arbeitskammern verkleinern und bei einem Motor der Bereich, in dem sich die Arbeitskammern vergrößern.

Das Gehäuse 2 und die Verdrängungselemente 8, 9 haben ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Weitgehend un­ abhängig von Temperaturänderungen bleibt daher die gute Abdichtung zwischen den Stirnwänden 4, 5 und den Ver­ drängungselementen 8, 9 im Betrieb erhalten.

Die Welle 10 ist mit dem ersten Verdrängungselement 8 nicht nur drehfest verbunden, sie ist mit dem ersten Verdrängungselement 8 auch axial verbunden, also unver­ lierbar in ihm gehalten. Dies gestaltet den Zusammenbau der Maschine relativ einfach. Die Verdrängungselemente 8, 9 werden zunächst axial ineinander gesteckt und dann als Baugruppe in die Tasche 3 eingeführt. Wenn die Wel­ le 10 durch das Gehäuse und in das innere Verdrängungs­ element 8 eingesteckt wird, ist die Maschine praktisch fertig.

Hierbei schadet es nicht, daß die Tasche 3 an der Öff­ nung 7 offen ist. Durch die Öffnung 7 kann Hydraulik­ flüssigkeit ein- oder ausfließen, ohne daß dies für die Funktion der Maschine schädlich wäre. In der einfach­ sten Form kann man die Maschine beispielsweise als Pum­ pe direkt in einem Vorrat der zu pumpenden Flüssigkeit anordnen. Über die Öffnung 7 der Tasche 3 oder über andere Kanäle kann dann Flüssigkeit angesaugt und über den Hochdruckanschluß 12 abgegeben werden. Natürlich ist in diesem Fall der Hochdruckanschluß 12 mit einer entsprechenden Abfuhrleitung versehen.

Fig. 2 zeigt eine geringfügig abgewandelte Ausführungs­ form einer Maschine 1; die Tasche 3 ist hier, wie oben erläutert, gestrichelt eingezeichnet.

Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Schlitz 14 in der Stirnwand 4 hinzugekommen, in der auch die Hochdruckkanalöffnungen 11 angeordnet sind. Dieser Schlitz dient zur Erleichterung der Fertigung. Die Tasche 3 kann mit Hilfe eines Fräsers gefertigt werden, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser des zweiten Verdrängungselements 9 entspricht. Damit dieser Fräser tief genug in das Gehäuse 2 eingeführt werden kann, ist der Schlitz 14 vorgesehen. In dem Schlitz 14 kann die Achse des Fräsers bewegt werden.

Ferner ist eine Bohrung 13 am fußseitigen Ende des Schlitzes 14 vorgesehen, die zur Aufnahme der Welle 10, genauer gesagt eines durch das erste Verdrängungsele­ ment 8 hindurchragenden Endes dient. Es ist ersicht­ lich, daß die Achse 15 der Welle 10 geringfügig gegen­ über der Mittellinie 16 des Schlitzes 14 versetzt ist. Dies gestattet es, daß man die beiden Verdrängungsele­ mente 8, 9 exzentrisch zueinander anordnet, beispiels­ weise um eine Gerotoranordnung zu realisieren.

Der Wirkbereich befindet sich bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 rechts von einer vertikalen Linie, die durch die Achse 15 der Welle 10 verläuft. Zusätzlich sind auch außerhalb des Wirkbereichs Kanalöffnungen 17 vorgesehen, durch die Hydraulikflüssigkeit mit einem niedrigeren Druck strömen kann. Weiterhin kann Hydrau­ likflüssigkeit durch den Schlitz 14 in die Arbeitskam­ mern zwischen den beiden Verdrängungselementen 8, 9 gelangen. Die Anzahl der Hochdruckkanalöffnungen 11 und der Kanalöffnungen 17 stellt sicher, daß jede Arbeits­ kammer eine Verbindung zum Zufluß oder zum Abfluß hat. Hierbei steht jede Arbeitskammer ständig mit mindestens einer dieser Öffnungen 11, 17, 14 in Verbindung, so daß immer Flüssigkeit verdrängt werden oder zufließen kann.

In nicht dargestellter Weise sind die Hochdruckkanal­ öffnungen 11 einerseits und die Kanalöffnungen 17 und der Schlitz 14 andererseits jeweils miteinander verbun­ den, so daß jeweils ein Druckausgleich zwischen diesen Öffnungen stattfinden kann. Eine Niere, wie sie bei hydraulischen Maschinen dieser Art sonst üblich ist, kann hier entfallen.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fig. 3 und 4 unterschiedliche Längsschnitte darstellen, während die in Fig. 5 eine Explosionsansicht zeigt. Gleiche Teile sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Da in den meisten Fällen die Maschine nicht innerhalb eines Flüssigkeitsvorrats eingesetzt, sondern in einer normalen Umgebung verwendet werden soll, bei der mög­ lichst keine Flüssigkeit austreten soll, ist die Ma­ schine in den Fig. 3 bis 5 mit einer Abdeckung 18 ver­ sehen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, hat das Gehäuse 2 etwa Zylinderform. Dementsprechend weist die Abdec­ kung 18 eine zylinderförmige Öffnung 19 auf, in die das Gehäuse 2 eingesteckt ist. Hierbei sind Dichtungen 20, etwa in Form von Rundschnurdichtringen, zwischen der Umfangsfläche des Gehäuses 2 und der Innenwand der Zy­ linderbohrung 19 der Abdeckung 18 vorgesehen. Ferner sind Dichtungen 21 vorgesehen, die um die Hochdruckka­ nalöffnungen 11 gelegt sind und einen Übergang zwischen dem Hochdruckanschluß 12 in der Abdeckung 18 und den Hochdruckkanalöffnungen 11 in der Stirnwand 4 des Ge­ häuses abdichten. Bei den Kanalöffnungen 17 für Nieder­ druck ist eine derartige Abdichtung nicht notwendig.

Die Abdeckung 18 ist mit Hilfe einer Gegenplatte 22 die an einem Vorsprung 23 am Gehäuse 2 anliegt, und mit Hilfe von Bolzen 24 am Gehäuse 2 festgespannt.

Die Welle 10 durchragt das erste Verdrängungselement 8 und ist auf der herausstehenden Seite mit Hilfe eines Sicherungsringes 25 gegen eine axiale Rückbewegung ge­ sichert. In die entgegengesetzte Richtung (axial) ist eine Bewegung der Welle 10 ebenfalls nicht möglich, weil dort die Abdeckung 18 ein Axiallager bildet.

Die Welle 10 ist gegenüber dem Gehäuse 2 mit Hilfe ei­ ner Wellendichtung 26 abgedichtet, die mit Hilfe eines Klemmrings 27 im Gehäuse 2 gehalten ist. Die den Ver­ drängungselementen 8, 9 zugewandte Seite der Wellen­ dichtung 26 ist über einen Kanal 28 mit der Tasche 3 verbunden, so daß diese Seite der Wellendichtung 26 mit Saugdruck beaufschlagt werden kann.

Der Zusammenbau einer derartigen Maschine ist höchst einfach: Man setzt zunächst die beiden Verdrängungsele­ mente 8, 9 ineinander und schiebt dann die zusammenge­ setzten Verdrängungselemente 8, 9 seitlich in die Ta­ sche 3 hinein. Hierbei kommt dann das zweite Verdrän­ gungselement 9 zur Anlage an den Boden 6 der Tasche 3. Gleichzeitig wird die Welle 10 axial in das Gehäuse 2 eingesetzt und durch das erste Verdrängungselement 8 hindurchgeschoben. Die Verdrängungselemente 8, 9 sind damit gegen Herausfallen oder Herausgedrücktwerden im Betrieb gesichert. Alsdann kann der Sicherungsring 25 auf die Welle 10 aufgebracht werden. Schließlich muß noch die Abdeckung 18 montiert und die Wellendichtung 26 eingesetzt werden und die Maschine ist fertig. Alle diese Schritte lassen sich durch Handhabungsautomaten (Roboter) sehr einfach durchführen.

Zu beachten ist hierbei, daß durch die Montage keine Veränderungen in Volumen der Maschine vorgenommen wer­ den. Auch werden im Bereich der Verdrängungselemente keine Spannungen aufgebaut, etwa durch Anziehen von Bolzen. Die Bolzen 24 müssen lediglich soweit angezogen werden, daß die Abdeckung 18 auf dem Gehäuse 2 bleibt. Ihre Aufgabe ist es nicht, die Verdrängungselemente 8, 9 in der Tasche 3 festzuklemmen.

Auf diese Weise läßt sich mit einfachen Mitteln eine Maschine mit geringen Toleranzen realisieren.

Für das Gehäuse und für die Verdrängungselemente 8, 9 lassen sich viele Materialien verwenden, wobei es von Vorteil ist, wenn die jeweiligen Materialien ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Insbesondere haben sich für das Gehäuse Materialien wie Kunststoffe, Sintermaterialien, Keramik oder Metalle, wie Aluminium oder Gußeisen, bewährt. Diesen Materialien kann man Zusatzstoffe zugeben, um die mechanische Festigkeit oder die Verschleißfestigkeit zu erhöhen oder die Rei­ bungseigenschaften zu verbessern und damit den Ver­ schleiß zu vermindern.

Man kann die Tasche 3 auch schon beim Herstellen des Gehäuses 2 berücksichtigen, wenn das Gehäuse gegossen oder gesintert wird. In diesem Fall ist es vielfach nur noch notwendig, die Stirnwände 4, 5 und den Boden 6 zu polieren.

In nicht dargestellter Weise kann die Maschine als Be­ standteil eines anderen Maschinenelements verwendet werden. Hierbei bildet dann dieses Maschinenelement die Abdeckung 18. Dies soll am Beispiel eines hydraulischen Zylinders erläutert werden, bei dem die Maschine als Pumpe ausgebildet ist und mit einem Elektromotor an der Welle 10 versehen ist. Ein hydraulischer Zylinder ist eine hydraulische Baugruppe, die aus dem eigentlichen Zylinderteil und einem Kolbenteil besteht. Man kann nun die Pumpe am Ende des Zylinderteils anordnen und mit den elektrischen Anschlüssen zum Antrieb des Motors versehen. Die Pumpe muß lediglich mit einem Flüssig­ keitsvorrat in Verbindung stehen. Wenn nun der Motor betätigt wird, kann die Pumpe im Innern des hydrauli­ schen Zylinders den notwendigen Druck erzeugen, ohne daß eine Druckzufuhr von außen notwendig ist. Notwendig ist vielmehr nur eine Flüssigkeitszufuhr, die aber drucklos erfolgen kann. Damit lassen sich hydraulische Betätigungen nunmehr auch dort autark einsetzen, wo keine übergeordnete hydraulische Versorgungseinrichtung zur Verfügung steht.

An und in der Abdeckung können hierbei noch Mittel zur Druckregelung, zur Temperaturregelung oder zur Steue­ rung eines Flüssigkeitsstromes vorgesehen sein.

Für die Kombination der beiden Verdrängungselemente gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, von denen in den Fig. 4 bis 8 drei verschiedene Ausführungsformen gezeigt sind.

Die Fig. 6 und 7 zeigen jeweils Gerotor-Anordnungen, also Anordnungen, bei denen das erste Verdrängungsele­ ment 8 als Zahnrad und das zweite Verdrängungselement 9 als Zahnring ausgebildet ist. Wenn sich das erste Ver­ drängungselement 8 dreht, nimmt es das zweite Verdrän­ gungselement 9 mit. In Abhängigkeit von der Zähnezahl­ kombination in dem ersten und dem zweiten Verdrängungs­ element 8, 9 dreht sich das zweite Verdrängungselement 9 bei der Ausgestaltung nach Fig. 6 beispielsweise dann einmal, wenn sich das erste Verdrängungselement 8 so oft gedreht hat, wie es Zähne hat.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist zwischen dem ersten Verdrängungselement 8 und dem zweiten Verdrän­ gungselement 9 ein sichelförmiges Einsatzstück 29 an­ geordnet, das mit Hilfe eines Stiftes 30 gehäusefest gehalten wird. Die Funktion dieser beiden Gerotor-An­ ordnungen an sich ist bekannt.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausgestaltung, bei der zwar die Mittelpunkte der beiden Verdrängungselemente eben­ falls gegeneinander versetzt angeordnet sind. Sie sind aber nicht mehr ineinander geschachtelt, sondern als nebeneinander angeordnete Zahnräder ausgebildet, die miteinander in Eingriff stehen. In diesem Fall ist der Boden 6 der Tasche 3 durch zwei nebeneinander liegende Kreislinien (bezogen auf den Querschnitt) gebildet, wobei sich die die Kreislinien bildenden Kreise soweit überschneiden, daß die beiden Zahnräder in Eingriff stehen können. Hierbei ist eine Hochdruckkanalöffnung 11 nur in dem Bereich notwendig, wo die beiden Zahnrä­ der in Eingriff kommen. Allerdings lassen sich mit ei­ ner derartigen Zahnradpumpe sehr hohe Drücke erzielen.

Claims (29)

1. Fluid-Maschine mit einem ersten Verdrängungsele­ ment, das um eine Drehachse drehbar ist, drehfest mit einer Welle verbunden ist, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, und mit einem zweiten Ver­ drängungselement zusammenwirkt, wobei die Drehachse in einem vorbestimmten Abstand zur Mittelachse des zweiten Verdrängungselements angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) eine Ta­ sche (3) aufweist, in der die Verdrängungselemente (8, 9) so angeordnet sind, daß das Gehäuse (2) die Verdrängungselemente (8, 9) axial auf beiden Seiten (4, 5) zumindest in einem Wirkbereich und in Um­ fangsrichtung über maximal 180° abdeckt.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Stirnwand (4) der Tasche (3) einen Schlitz (14) aufweist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (14) zur Welle (10) seitlich ver­ setzt angeordnet ist.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle das erste Verdrängungsele­ ment (8) durchragt und in eine Ausnehmung (13) am Ende des Schlitzes (14) hineinragt.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage die Welle (10) nur axial und die Verdrängungselemente (8, 9) nur radial gegenüber dem Gehäuse (2) bewegbar sind.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) axial am ersten Verdrängungsele­ ment (8) befestigt ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung der Ta­ sche (3) im wesentlichen so groß wie die der Ver­ drängungselemente (8, 9) ist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungselemente (8, 9) und das Gehäuse (2) ähnliche Wärmeausdehnungskoef­ fizienten aufweisen.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) eine Hochdruck­ kanalanordnung (11) vorgesehen ist, die mit dem Wirkbereich verbunden ist.

10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Verdrängungselementen (8, 9) im Wirkbereich eine vorbestimmte Anzahl von Ar­ beitskammern gebildet ist und das Gehäuse (2) eine entsprechende Anzahl von Hochdruckkanalöffnungen aufweist, die miteinander verbunden und so angeord­ net sind, daß jede Arbeitskammer immer mit minde­ stens einer Hochdrucköffnung in Verbindung steht.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (14) einen Teil einer Niederdruckkanalanordnung (17) bildet.

12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) mit einem Mo­ tor, insbesondere einem Elektromotor verbunden ist, und die Maschine und der Motor ein gemeinsames La­ ger aufweisen.

13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor und die Maschine eine gemeinsame Wel­ le aufweisen.

14. Maschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das gemeinsame Lager im Gehäuse (2) montiert ist.

15. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung (18) vorgesehen ist, die zumindest die Taschenöffnung (7) im Gehäu­ se (2) abdeckt.

16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) zylinderförmig ist und die Ab­ deckung (18) einen passenden zylinderförmigen Hohl­ raum (19) aufweist, in dem das Gehäuse (2) angeord­ net ist.

17. Maschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdeckung (19) Flüssigkeitskanäle aufweist.

18. Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (18) durch ein Maschinenelement gebildet ist, das mindestens eine zusätzliche Funktion aufweist.

19. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil eine Komponente einer hydrau­ lischen Baugruppe ist.

20. Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (18) die Niederdruckkanalanordnung (17, 31) von der Umgebung trennt und einen Niederdruckanschluß (31) aufweist.

21. Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (18) Mittel zur Druckregelung und/oder zur Temperaturregelung und/oder zur Steuerung eines Flüssigkeitsstromes aufweist.

22. Maschine nach einem der Ansprüche 15 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (18) ein Axiallager für die Welle (10) bildet.

23. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) im Gehäuse (2) durch eine Wellendichtung (26) abgedichtet ist, die über einen im wesentlichen achsparallel verlaufen­ den Kanal (28) mit den Verdrängungselementen (8, 9) verbunden ist.

24. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungselemente (8, 9) nach Art eines Gerotors zusammenwirken.

25. Maschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verdrängungselement (8) als Zahnrad mit Außenverzahnung und das zweite Verdrängungsele­ ment (9) als Zahnring mit Innenverzahnung und un­ terschiedlicher Zähnezahl ausgebildet ist.

26. Maschine nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Zahnrad und Zahnring in ei­ nem vorbestimmten Winkelbereich ein gehäusefestes, sichelförmiges Einsatzstück (29) angeordnet ist.

27. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verdrängungselemente als Zahnräder ausgebildet sind.

28. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus Kunststoff, Sintermaterial, Aluminium, Keramik oder Gußeisen besteht.

29. Maschine nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäusematerial Zusatzstoffe zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und/oder Verschleißfe­ stigkeit und/oder zur Reibungsverminderung auf­ weist.