-
Drehkolbenmaschine
-
Zusatzanmeldung zu P 26 14 471.8 Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenmaschine
nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2. Bei diesen Maschinen, bei denen sich
der Rotor über den Gesamtbereich eines jeden Zahnprofils des Stators abwälzt, bereitet
es Schwierigkeiten, die Steueröffnungen von Ansteuerplatte und Steuerscheibe so
zueinander abzustimmen, daß ein verlustfreies Umsteuern sowohl des Größtvolumens
als auch des Kleinstvolumens gewährleistet ist.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Drehkolbenmaschine
nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 zu schaffen, die eine besonders einfache
Ausbildung der miteinander zusammenwirkenden Steueröffnungen von Ansteuerplatte
und Steuerscheibe gewährleistet. Dies wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und
2 erreicht.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt einer als Motor ausgebildeten
Drehkolbenmaschine nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie'II-II
der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 denselben
Schnitt wie Figur 3, jedoch mit einer Umsteuerung des Kleinstvolumens durch die
Rollen,
Fig. 5 denselben Schnitt und Rotor wie Figur 3, jedoch in
einer das Größtvolumen einschließenden Lage des Rotors, Fig. 6 eine vergrößerte
Darstellung des Ausschnittes A in Figur 3 und Fig. 7 eine perspektivische Darstellung
der Steuerscheibe.
-
In Figur 1 ist mit 1 das Pumpengehäuse und mit 2 der Pumpendeckel
bezeichnet. 3 bezeichnet die Ansteuerplatte und 4 den innenverzahnten Stator. Der
Gehäusedeckel 2 ist gemeinsam mit dem Stator 4 sowie der Ansteuerplatte 3 mittels
der Schrauben 5 am Pumpengehäuse 1 befestigt. Die Dichtungsringe 6, 7 und 8 gewährleisten
einen dichten Abschluß der Verdrängungsräume 90 (Fig. 3,4,5,6) sowie des Gehäuseringraumes
lo nach außen. Der außenverzahnte Rotor 1leder einen Zahn weniger aufweist als der
innenverzahnte Stator 4, bildet gemeinsam mit dem Stator die Verdrängereinheit V
(Fig. 3,4,5). Die Verdrängungsräume 90 der Verdrängereinheit V liegen jeweils zwischen
zwei als Rollen ausgebildeten Zähnen lla, die in entsprechende Ausnehmungen des
Rotors 11 angeordnet sind.
-
Die von Rollen gebildeten Zähne lla des Rotors 11 stehen je nach Drehlage
des letzteren mit den Zahnfüßen 4aa, den Zahnflanken 4ab oder den Zahnköpfen 4ac
in dichtender Verbindung. Der Rotor weist in einer Durchgangsbohrung llb eine Innenverzahnung
llc auf, in die die Bogenverzahnung 12a der Gelenkwelle 12 eingreift, wodurch die
Gelenkwelle drehgelenkig mit dem Rotor gekuppelt ist. Das andere Ende der Gelenkwelle
12 weist dieselbe Bogenverzahnung 12b auf und steht mit der Innenverzahnung 13a
der nach außen führenden Maschinenwelle 13 in gelenkiger Drehverbindung. Die Maschinenwelle
13 ist im Bereich der Innenverzahnung 13a mit einem größeren Durchmesser ausgeführt
und in Gleitlagern 14 gelagert. In axialer
Richtung stützt sich
die Maschinenwelle f ein Axiallager 15 ab. In Richtung des Gehäuseraumes la, der
von der Gelenkwelle 12 durchdrungen ist, ist die Maschinenwelle mittels eines Laugerringes
16 in Verbindung mit einem in Pumpengehäuse eingelassenen Sprengring fixiert. Im
Bereich der rotorseitigen ilälfte 12c der Gelenkwelle befindet sich eine weitere
Bogenverzahnung 12d, die mit einer Innenverzahnung 18e der Steuerscheibe 18 in gelenkiger
bzw. pendelnder Drehverbindung steht. Die Bogenverzahnung 12d der Gelenkwelle 12
ist zumindest mit einer der an den Wellenenden vorgesehenen Bogenverzahnungen 12a
bzw. 12b ähnlich, damit bei gleichem Teilkreisdurchmesser die Montierbarkeit der
Steuerscheibe 18 gewährleistet ist. Dadurch, daß die Bogenverzahnung 12d und damit
die Lage der Steuerscheibe 18 im Bereich der rotorseitigen Hälfte 12c der Gelenkwelle
12 angeordnet ist, ist die während der Übertragung des Drehmomentes vom Rotor 11
auf die Maschinenwelle 13 auftretende Torsion in diesem Bereich gering und damit
auch der hiervon abhängige Steuerfehler, des aus der Steuerscheibe 18 und der Ansteuerplatte
3 gebildeten Drehschiebers.
-
An der der Ansteuerplatte abgewandten Seite 18b der Steuerscheibe
18 ist eine Dichtplatte 19 mittels Mitnehmerstifte 20 drehfest angeordnet, die an
einer sich an der Gehäusefläche 1b flüssigkeitsdicht abstützende Stützplatte 21
über den in einer umlaufenden Nut 19a eingelegten Dichtungsring 22 dichtend anliegt.
Die Stützplatte ist mittels des Paßstiftes 23 drehgesichert. Der von der Steuerscheibe
18,der Dichtplatte 19 sowie von der Stützplatte 2i nach innen begrenzte Gehäuseringraum
lo steht mit einer Gehäusebohrung le in Verbindung, die den einen Arbeitsmittelanschluß
der Drehkolbenmaschine bildet. Der von der
Gelenkuelle 12 durchdrungene
Pumpenraum la steht mit dem den anderen Arbeits:'nittelanschluß hildenden Gehäusekanal
1d in Verbindung.
-
Die Steuerscheibe 18 weist über den Umfang gleichmäßig verteilte durchgehende
Steueröffnungen 18a auf, die auf beiden Seiten der Steuerscheibe in abwechselnder
Folge mit radial nach innen bzw.
-
radial nach außen verlaufenden Ausnehmungen 18c bzw. 18d in Verbindung
stehen.
-
Die radial nach innen verlaufenden Ausnehmungen 18c (Fig. 2 und 7)
verbinden die betreffenden Steueröffnungen 18a mit dem Gehäuseraum la und die radial
nach außen verlautenden Ausnenmen 18d verbinden die betreffenden Steueröffnungen
mit dem Ringraum lo. Dadurch,daß die Ausnehmungen auf beiden Seiten der Steuerscheibe
vorgesehen sind, wird diese h';draulisch ausgeglichen, d.h., es können keine die
Steuerscheibe axial helastenden Druckkräfte frei werden. Die an der der Ansteuerplatte
3 abgewanten Seite 18b der Steuerscheibe vorgesehenen Aussparungen 18c,18d sind
tiefer ausgeführt als die der Ansteuerpiatte zugekehrten Aussparungen, da erstere
für die Zu- bzw. Abführung des Arbeitsmittels aus bzw. zu den Steueröffnungen der
Steuerscheibe bestimmt sind.
-
Die Steueröffnungen 18a der Steuerscheibe 18 wirken mit den Steuerdurchlässen
3b der Ansteuerplatte 3 zusammen, wobei je nach der Drehlage der Gelenkwelle 12
und damit der Steuerscheibe 18 diese Steuerdurchlässe 3b entweder mit den Steueröffnungen
18a der Steuerscheibe in Verbindung stehen, die über die Ausnehmungen 18c mit dem
Pumpenraum la oder über die Ausnehmungen 18d mit dem Ringraum lo verbunden sind.
Die Steuerdurchlässe 3b sind im Bereich
der Verdrängereinheit V
hit einem s.-öße-en Querschnitt 3c versehen, damit in jeder Lage des Rotors 11 der
betreffende Verdrängungsraum 9 mit Sicherheit mit dem Steuerdurchlaß 3b in Verbindung
bleibt.
-
Damit die Wellendichtung 25 nicht unter Druck die Wellendurchführung
abzudichten hat, ist es zweckmäßig, den Gehäuseraum la über den Gehäuseanschlußkanal
id mit der nicht dargestellten Rücklaufleitung zu verbinden und den Ringraum lo
über den Gehäusekanal lc mit der Druck- bzw. Pumpenleitung.
-
In Figur 3 nimmt der Rotor 11 eine Drehlage ein, in der der von den
Rollen lla', lla" begrenzte Verdrängungsraum 9o" sein Kleinstvolumen aufweist. Dieser
Verdrängungsraum 90 ist seitlich von Steueröffnungen 3bl, 3br der feststehenden
Ansteuerplatte 3 begrenzt, wobei die mit diesen Steueröffnungen in Wirkverbindung
bringbaren einander zugeordneten Steueröffnungen 18a', 18a" der mit dem Rotor umlaufenden
Steuerscheibe 18 in dieser Drehlage des Rotors 11 mit ihren äußeren in radialer
Richtung sich erstreckenden Begrenzungen 18a'u, 18a"v der beiden einander zugeordneten
Steueröffnungen 18a', 18a" der Steuerscheibe zwischen den Steueröffnungen 3bl, 3br
der Ansteuerplatte liegen (Figur 6).
-
Damit wird mit Sicherheit vermieden, daß die eine vom Zulaufdruck
beaufschlagte Steueröffnung 18a' mit der anderen vom Ablaufdruck beaufschlagten
Steueröffnung 18a" der Steuerscheibe über die Steueröffnungen 3bl, 3br und deren
verbreiterten Bereich 3c
auf der Seite des Rotors der Ansteuerplatte
sowie den Verdrängungsraum 90 in Verbindung steht und damit die Zulaufmit der Ablaufseite
der Hydromaschine kurzgeschlossen ist, wie dies bei einer Überdeckung der miteinander
in Wirkverbindung bringbaren Steueröffnungen in der gezeigten Drehlage des Rotors,
in der das Kleinstvolumen des betreffenden Verdrägungsraumes umgesteuert wird, der
Fall wäre.
-
In Figur 4 sind die Steueröffnungen 3bl, 3br mit den Steueröffnungen
18a', 18a" der Steuerscheibe 18 um den Bereich Q während der Umsteuerphase des Kleinstvolumens
des Verdrängungsraumes 90" überdeckt. Diese Überdeckung wirkt sich jedoch im vorliegenden
Fall nicht nachteilig aus, da die Steueröffnungen 3bl, 3br einschließlich deren
rotorseitiga: verbreiterter Querschnitt 3c der Ansteuerplatte von den Rollen lla',
lla" des Rotors abgeschlossen sind und damit keine Verbindung über den Verdrängungsraum
9o" von Zufluß- zur Abflußseite der Hydromaschine besteht.
-
Die die Zähne des Rotors bildenden Rollen zur Steuerung des Kleinstvolumens
zu verwenden, hat den Vorteil einer einfacheren Ausbildung der miteinander zusammenwirkenden
Steueröffnungen von Ansteuerplatte und Steuerscheibe. Die Ausbildung der Steueröffnungen
muß in diesem Fall vor allem auf die Umsteuerung des Größtvolumens der Verdrängungsräume
entsprechend Figur 5 abgestimmt werden. Hierbei muß lediglich darauf geachtet werden,
daß die mit den Verdrängungsräumen 90 in Verbindung stehenden Steueröffnungen 3b
der Ansteuerplatte 3 auf der Seite der Steuerscheibe 11 eine solche Erstreckung
d in Umfangsrichtung der Verdrängungseinheit V aufweisen, daß sie vor Beginn des
Umsteuervorganges des Größtvolumens zwischen den beiden einander zugeordneten Steueröffnungen
18a', 18a" liegt und damit keine
Flüssigkeitsverbindung zwischen
der Steueröffnung der Ansteuerplatte und den beiden Steueröffnungen der Steuerscheibe
besteht.
-
Die in Umfangsrichtung verlaufende Erstreckung d der Steueröffnung
3b"'der Ansteuerplatte muß also gleich oder kleiner sein als der (Figur 6) Abstand
e/zwischen benachbarten Steueröffnungen 18a', 18a" der Steuerscheibe. Die axiale
Erstreckung der Steueröffnungen 18a muß um die exzentrische Auslenkung x der Steuerscheibe
18 (Fig. 2) gegenüber der Ansteuerplatte 3 größer sein als die entsprechende Erstreckung
der Steuerdurchlässe 3b der Ansteuerplatte.
-
In den Figuren 3 und 4 stehen die Verdrängungsräume 90111, 9oIVt 90V
über die Steueröffnungen 3b der Ansteuerplatte 3 und diese schneidenden mit dem
Ringraum lo in Verbindung stehenden Steueröffnungen 18a der Steuerscheibe 18 mit
der Rücklaufleitung in Verbindung, während die Verdrängungsräume 9o', ioVII, 9oVI
über die sich schneidenden Steueröffnungen 3b, 18a von Ansteuerplatte und Steuerscheibe
mit der Zulauf- bzw. Druck- oder Pumpenleitung in Verbindung stehen. Damit ergibt
sich ein in Pfeilrichtung 26 wirkendes Drehmoment am Rotor 11, welches eine Abwälzbewegung
des Rotors über dessen Zähne lla an den Zähnen 4a des Stators bewirkt, wobei der
Mittelpunkt des Rotors eine exzentrische Bewegung um die Achse S des Stators ausführt.
Bei einer 3600 Drehung des Rotormittelpunktes um die Achse S des Stators bewegt
sich ein Rotorzahn um eine Zahnteilung. Demnach macht die Gelenkwelle 12 eine Bewegung
in Pfeilrichtung 27, die der Bewegung des Rotors um eine Zahnteilung entspricht.
Diese Drehbewegung der Gelenkwelle 12 wird auf die Machinenwelle 13 übertragen.
Es sind also sieben exzentrische Bewegungen des Mittelpunktes des Rotors um die
Achse A des Stators notwendig, damit sich die Maschinenwelle
einmal
um ihre Achse dreht. Gleichzeitig wird die Drehbewegung der Gelenkwelle auch auf
die Steuerscheibe 18 weitergeleitet.
-
Während also der Rotor um eine Zahnteilung weiterläuft, dreht sich
die Gelenkwelle und damit die Steuerscheibe um einen Winkel, der dieser Zahnteilung
entspricht. Durch diese Kopplung der Bewegungen wird erreicht, daß die jeweils richtigen
Steuerverbindungen zwischen den einzelnen Verdrängungsräumen mit dem Gehäuseraum
la bzw. lo hergestellt wird, so daß das Arbeitsspiel immer dasselbe bleibt. Die
Zu- und Abführung des Arbeitsmittels zu bzw. von der Verdrängereinheit erfolgt über
die Steueröffnungen der Steuerscheibe in Verbindung mit den Steueröffnungen der
Ansteuerplatte achsparallel, also ohne große Umlenkung, so daß nur kleine Strömungsverluste
auftreten. Außerdem sind diese Steueröffnungen und Steuerdurchlässe in einfacher
Weise herzustellen.
-
L e e r s e i t e