DE3690061C2 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei einer aus der US-PS 39 10 733 bekannten Rotationskolben­ maschine dieser Gattung sind die stationären Ventilplatten als Vollplatten mit einem umlaufenden Ringkanal ausgebildet. Der Ringkanal weist auf zwei unterschiedlichen Radien liegende Durchgänge auf, die mit den ersten und den zweiten Ventil­ öffnungen des sich bewegenden Paares Ventilplatten kommuni­ zieren. Dieses Paar Ventilplatten ist mechanisch an den Rotor­ ring gekoppelt und führt eine Kreis- und eine Orbitalbewegung aus. Je nach Drehstellung der bewegten Ventilplatten wird der Einlaß bzw. Auslaß zu den kontrahierenden und expandierenden Kaisern zwischen erstem Zahnkörperteil, stationärem Ringzahn­ körperteil und Rotorring gesteuert. Nachteiligerweise ist die­ se Rotationskolbenmaschine relativ aufwendig und konstruktiv kompliziert. Insbesondere die stationären Ventilplatten mit dem tief eingeprägten Ringkanal sind aufwendig zu fertigen. Um eine ausreichende Fluidzu- bzw. abfuhr zu gewahrleisten, muß der Durchflußquerschnitt des Ringkanals relativ groß sein, so daß die stationären Ventilplatten dementsprechend viel Raum einnehmen.

Aus der DE-OS 19 48 392 ist eine Rotationskolbenmaschine mit nur einer Kammeranordnung zwischen einem inneren Rotor und einem Rotorring bekannt. Auf der Welle des inneren Rotors sind ein Kommutatorschieber und eine Distanzplatte angeordnet die sich zusammen mit dem inneren Rotor drehen. Kommutatorschieber und Distanzplatte bilden mit einem aufwendigen Steuersystem für die Hydraulikströme ein Zu- und Ableitungssystem zu den Kam­ mern zwischen Rotor und Rotorring. Der Rotorring weist innere Ausbuchtungen auf, die die Durchlässe in der Distanzplatte wechselseitig öffnen oder verschließen, wodurch der Stromzu- und -abfluß gesteuert wird. Zum einen ist dieses Steuerungssystem konstruktiv sehr aufwendig und erfordert viel Platz. Insbeson­ dere das Zuleitungssystem zu Kommutatorschieber und Distanz­ platte ist äußerst aufwendig. Zum anderen ist diese Rotations­ kolbenmaschine in ihrer Leistung sehr begrenzt. Zu- und Abfluß des Hydraulikstromes erfolgt von der gleichen Seite der Kam­ mern. Dadurch findet in den Kammern eine Umkehrströmung statt, die die Leistungsübertragung hemmt. Zum Übertragen angemes­ sener Leistungen muß diese Rotationskolbenmaschine deshalb entsprechend groß gebaut werden. Dieser Bauraum steht bei den meisten Anwendungen nicht zur Verfügung.

In der DE-OS 25 47 419 ist eine Arbeitsmittelsteuerung für eine Drehkolbenmaschine offenbart. Zur Leistungssteigerung sind bei dieser Drehkolbenmaschine zwei Rotationskolbenma­ schinen nebeneinander angeordnet. Dadurch ist diese Maschine allerdings sehr groß und kann aufgrund des beschränkten Platz­ bedarfs bei manchen Anwendungen nicht eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskol­ benmaschine der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei einfacher Bauweise eine hohe Leistung überträgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung ist konstruktiv sehr einfach und die dafür benötigten Teile sind sehr einfach zu fertigen. Zu­ dem hat diese Rotationskolbenmaschine hat eine sehr kurze axiale Bauweise und erfordert nur geringen Platz beim Einbau in ein Gerät. Sie hat strömungstechnisch hervorragende Eigen­ schaften, wobei normalerweise auftretende Dichtungsprobleme beseitigt sind.

Die Rotationskolbenmaschine kann als Pumpe, Motor und Zumeß- oder Mischeinheit verwendet werden. Im Motorbetrieb hat sie eine direkte Momentübertragung der Welle mit einem hohen Wir­ kungsgrad und eine präzise Start-Stop-Charakteristik. Im Pum­ penbetrieb kann mit wenig Eingangsdrehmoment an der Welle ein hoher Auslaßdruck erzeugt werden. Dabei können im Pumpenbe­ trieb zwei getrennte Pumpendrücke benutzt werden (z. B. innen Hochdruck und außen Niederdruck). Sie kann dadurch als 2-Geschwindigkeitsmotor verwendet werden: Für eine hohe An­ triebskraft kann innen und außen Hochdruck zugeführt werden und anschließend zu einem Zufluß gewechselt werden, so daß das Fluid entweder durch die inneren oder die äußeren Kammern fließt, wenn die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine einfache perspektivische Ansicht einer Rotationskolbenmaschine nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linie 4-4 nach Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 nach Fig. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 nach Fig. 4;

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 nach Fig. 4;

Fig. 7a einen Teilschnitt in der Art eines Aus­ schnittes nach Fig. 7, jedoch mit einer Modi­ fikation der miteinander in Eingriff tretenden Nockenelemente der verschiedenen Verzahnungs­ abschnitte der Einrichtung;

Fig. 8 bis 15 Querschnittsansichten entlang der Linie 5-5 in Fig. 4, um die verschiedenen Elemente der Maschine zu zeigen, wobei jeweils in gleicher Weise spiegelsymmetrisch zur Linie 5-5 in Fig. 4 Ansichten von der Endseite der Einrichtung her gezeigt sind, und zwar derart, daß die Fig. 8, 10, 12 und 14 Ansichten der Eingangs­ seite bzw. in Einströmrichtung sind, während die Fig. 9, 11, 13 und 15 die Ausgangsseite bzw. Abströmlagen der Teile in um 90° vor­ verstellten Stellungen zeigen; und

Fig. 16 einen Längsschnitt ähnlich demjenigen in Fig. 4, jedoch in modifizierter Form der Anwendung der Maschine als Motor-Pumpen-Kombination.

In Übereinstimmung mit den zugehörigen Zeichnungen wird die Rotationskolbenmaschine für Drehbewe­ gungen, die auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung konzipiert wurde, in den Ausführungsbeispielen mit dem Bezugszeichen 20 versehen und wird in ihrer ersten Form als Fluid-gesteuert angetriebener Motor anhand der Fig. 1 bis 15 erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß durch die Erfindung eine Fluideinrichtung mit rotieren­ der Bewegung und bestimmten, inneren Eigenschaften ge­ schaffen wird, die Modifikationen der Einrichtung derart gestattet, daß diese als Motor-Pumpen-Kombination und außerdem wahlweise als Zumeßeinheit bzw. Mischvorrichtung arbeiten kann. Obwohl das Grundgerät stets dasselbe bleibt, sind in jedem dieser Fälle kleinere bauliche Änderungen und Änderungen in der Fluidsteuerung erfor­ derlich, um diese Abwandlungen zu ermöglichen, ohne daß hierdurch die Erfindung verlassen wird.

Es wird außerdem darauf hingewiesen, daß der Begriff "Fluid" im Rahmen dieser Anmeldung nicht nur Flüssig­ keiten umfaßt.

Ein weiterer, wichtiger Aspekt der nachfolgenden Be­ schreibung der Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels besteht darin, daß nur wenig Aufmerksamkeit den wirksamen Dichtverfahren und baulichen Dichtungselemen­ ten gewidmet wurde, die eingesetzt wurden und erforder­ lich sind, um eine tatsächlich zuverlässige Arbeitsweise derartiger Einrichtungen zu gewährleisten. Für den Fach­ mann ist es selbstverständlich, daß die verschiedenen Abschnitte des Gerätes abgedichtet werden müssen, um eine tatsächliche und hinreichende Leistungsabgabe und einen gewünschten Fluiddurchgang durch das Aggregat zu erreiche, aber zur Vereinfachung der Beschreibung und zur Beibehaltung einer hinreichenden Klarheit der Erläuterung werden in vielen Fällen im Rahmen dieser Anmeldung die Dichtungstechniken und -konstruktionen nicht vollständig beschrieben mit Ausnahme derjenigen Stellen, wo eine solche Beschreibung zum Verständnis unabdingbar ist.

Wie gezeigt, ist die Fluideinrichtung 20 als Doppel-Gerotor-Einheit gestaltet und aufgebaut. Ein Doppel-Gerotor wird definiert als ein Paar Gerotor-Teile rotierender, miteinander arbeitender Zahnkörper, die in radial benachbarter Anordnung vorgesehen sind, im Vergleich zu einzelnen Vorrichtungen, die in Reihe hintereinander oder in axial zueinander ausgerichteter Weise angeordnet sein können.

Die Einrichtung 20 umfaßt ein Gehäuse, das ein im allgemeinen zylindrisches äußeres Gehäuse 21a ist, das an seinen Enden unter Zwischenlage von Dichtungsteilen 21d, 21e durch ein Paar Endteile 21b, 21c abgeschlossen ist, wobei Befestigungsscheiben 21f die Endteile 21b, 21c mit den äußeren Gehäuse 21a fest verbinden. In das geschlossene Gehäuse wird ein Druckfluid durch den Ein­ laß 21g eingeführt und aus dem Gehäuse durch den Auslaß 21h abgeführt. Wie weiter gezeigt ist, sind Montagenaben 21i, 21j zentral in den Endplatten 21b, 21c vorgesehen, um darin eine Welle 22 drehbar zu lagern. In den Naben 21i, 21j sind Lager 23a, 23b und Dichtungen 23c, 23d aufgenommen, um die Welle 22 drehbar zu lagern und, wenn die Einrichtung als doppelt Fluid-angetriebener Motor betrieben wird, abtriebsseitig die Leistungsabgabe der Welle 22 zu gewährleisten.

Wie insbesondere in Fig. 2 und außerdem in Fig. 7 ge­ zeigt ist, umfaßt ein typischer treibender oder ange­ triebener, zentraler Abschnitt der Welle 22 eine erste anstoßende und zentrierende Schulter 22a, einen Montage­ abschnitt 22b für einen inneren Rotor, einen mit Gewinde versehenen Längsabschnitt 22c für die Gleitbe­ wegung eines Positionierungsringes 24 und eine Befesti­ gungsmutter 24a, die gegen den Positionierungsring 24 wirkt, um die verschiedenen Bauteile der Einrichtung auf der Welle 22 fest aufzunehmen. Wie gezeigt kann auch im Abstand zu der Befestigungs- bzw. Einstellmutter 24a eine Lagerhülse 24b vorgesehen sein.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, besitzt der Montageabschnitt 22b eine mehrseitige Gestalt, um den inneren Rotor 25 zuverlässig und fest auf diesem Abschnitt aufzunehmen. Solch eine Formgebung schafft im Zusammenhang mit einer entsprechenden Gegenformgebung des Aufnahmeabschnittes des inneren Rotors 25 eine feste Aufnahme des inneren Rotors 25 auf der Welle 22. Der innere Rotor 25 besteht aus einem verhältnismäßig dünnen, radial mit Nocken versehenen Teil, das angeordnet ist, um gemeinsam mit der Welle 22 zu rotie­ ren, entweder indem es durch diese Welle 22 angetrieben ist oder indem es diese Welle 22 antreibt. Der innere Rotor 25 bildet eine Mehrzahl von durch Bogenabschnitte voneinander getrennte Nocken 25a, die durch nach innen gerichtete Nockentäler 25b voneinander getrennt sind, um eine kontinuierliche, abgerundete, verzahnungsartige Oberfläche zu bilden, die in Verbindung mit einem radial benachbarten Rotorring 27 eine Serie von expandierenden und kontrahierenden Zylindern bildet, die auf das Arbeitsfluid wirken oder auf die das Arbeitsfluid ein­ wirkt. Eine modifizierte Version des Nocken- bzw. Rund­ zahnprofilaufbaus ist in Fig. 7a gezeigt, in der die sich nach außen erstreckenden Nocken als zylindrisch geformte Rollen 25f ausgebildet sind, die drehbeweglich an der Spitze jedes der Nocken bzw. Zähne des Teiles 25 gelagert sind. Ein derartiger Rollenaufbau und die Ein­ richtungen zur Montage derselben sind bereits vorge­ schlagen worden. Es wird darauf hingewiesen, daß in diesem Ausführungsbeispiel eine Reihe von sieben Nocken 25a und Nockentälern 25b vorgesehen sind, um einen mit sieben Zahnelementen versehenen inneren Rotor 25 zu schaffen, wobei diese Auswahl jedoch rein beispielhaften Charakter hat.

Unmittelbar benachbart zu dem inneren Rotor 25 ist ein Paar Ventilplatten 26a, 26b angeordnet. Diese Ventilplatten 26a, 26b sind im wesentlichen in ihrer Form kreisförmig und besitzen eine Innenausnehmung 26c für die Aufnahme auf dem mehrseitigen Montage- bzw. Profilabschnitt 22b der Welle 22. Diese Ventilplatten 26a, 26b rotieren gemeinsam mit dem inneren Rotor 25. Die Ventilplatten 26a, 26b sind jeweils mit einer Mehr­ zahl von Ventilöffnungen 26d versehen, die die Ventilplatten 26a, 26b durchdringen, wobei die Lage dieser Ventilöffnungen 26d auf die Gestaltung des inneren Rotors 25 abgestimmt ist, derart, daß sie teilweise durch eine der sich nach außen erstreckenden Nocken 25a abgedeckt sind, jedoch eine Fluidverbindung zu einem nächsten, benachbarten Hohlraum herstellen. Es wird darauf hingewiesen, daß die besondere Form jeder der Ventildurchgänge durch einen inneren und einen äußeren Bogen und durch im Winkel verlaufende Linien begrenzt ist, obwohl hiervon in der Praxis gewisse kleine Abwei­ chungen auftreten können. Es ist durch die vorangegan­ genen Erläuterungen in Verbindung mit den Darstellungen deutlich, daß in den Ventilplatten 7 derartige Ventil­ durchgänge gebildet sind.

Radial unmittelbar benachbart zu dem inneren Rotor 25 ist ein ringförmiger, zweifach mit Nocken versehener Rotorring 27 angeordnet, dessen Innen­ durchmesser durch abgerundete Zähne oder Nocken gebil­ det ist, deren nach innen vorspringender, peripherer Zahn- oder Nockenteil mit 28a und deren nach außen wei­ sender Verbindungsabschnitt (Nockental) mit 28b bezeichnet ist. Es ist deutlich, daß diese Zähne oder Nocken vorgesehen sind, um mit den Zähnen oder Nocken des inneren Rotors 25 zu kämmen und eine Mehrzahl von sich ausdehnenden und zusammenziehenden Kammern zu bilden und wie bei anderen Gerotor-Konstruktionen die Kammern derart zu bilden, daß die Anzahl der Nocken oder Zähne an dem zweifach mit Nocken bzw. Zähnen versehenen Rotorring 27 um einen Nocken bzw. einen Zahn größer ist als die Anzahl der Zähne oder Nocken an dem inneren Rotor 25. Der Durchmesser und die relative Anzahl der Nocken pro Teil ist auf diesem Gebiet im Stand der Technik gut bekannt und wird in Abhängigkeit von dem Einsatzzweck der Vorrichtung gewählt.

Wie gezeigt, ist der Rotorring 27 auch mit äußeren Nocken bzw. Zähnen versehen, deren sich nach außen erstreckende Erhebungen mit 29a bezeichnet sind, während die nach innen weisenden Verbindungsabschnitte (Nocken­ täler) mit 29b bezeichnet sind und wiederum abgerundete Zähne bzw. Nockenabschnitte bilden, die sich in einer kontinuierlichen Verbindung ringsum den Rotorring 27 er­ strecken. Die Anzahl der Nacken bzw. Zähne wird wiederum entsprechend der Anwendung und des verwendeten Druckes gewählt.

Der Rotorring 27 wird von einem stationären Zahnring 30 umgeben, der mit sich nach innen erstreckenden Nocken bzw. Zähnen versehen ist, die aus einem sich nach innen erstreckenden spitzen Abschnitt 30a und einem sich radial nach außen erstreckenden Talabschnitt 30b bestehen. Wiederum ist die Anzahl der Nocken des stationären Zahnrings 30 um eine Nocke größer als die Anzahl der Nocken bzw. Zähne am Rotorring 27.

Wie bereits oben für den Rotorring 27 erläutert, wurde auch hier die Verwendung von Rollkörper zumindest an dem stationären Zahnring 30 untersucht, und dieses Konzept ist in Fig. 7a gezeigt. Eine Mehrzahl von Rollen 30d wird durch die spitzen Abschnitte 30c jedes sich nach innen erstreckenden Nockens 30a gehalten, um hier­ durch zwischen den verschiedenen Teilen eine tatsäch­ liche Rolloberfläche zu bilden. Diese Rollen können wahlweise an dem Rotorring 27 oder je nach Wunsch auch an allen Teilen vorgesehen sein.

Aus den Erläuterungen in Verbindung mit den Darstellun­ gen ist offensichtlich, daß der Rotorring 27 eine solche Größe besitzt und mit der gewählten Zahn- bzw. Nocken­ ausbildung sowohl zu dem inneren Rotor 25 als auch zu dem stationären Zahnring 30 derart gestaltet ist, daß er frei ist, innerhalb des Raumes zwischen dem inneren Rotor 25 und dem stationären Zahnring 30 sowohl zu rotieren als auch umzulaufen. Wie bekannt ist, ist bei einer einzelnen Gerotor-Einheit, die aus einem rotierenden und umlaufenden Ringzahnrad oder Stern­ rad und einem stationären Ring besteht, erforderlich, eine klauenartige Verbindung zwischen dem Ringzahnrad und der Welle des Gerätes herzustellen. Bei der vor­ liegenden Erfindung wird durch Verwendung des Rotor­ ringes 27 als umlaufendes Teil solch eine Verbindung beseitigt, da dieses umlaufende Ringteil als frei be­ weglich bezeichnet werden kann, gesteuert durch die verschiedenen Fluiddrücke. ("schwimmende Lagerung").

Ein Paar Ventilplatten 26a, 26b, das zur gemeinsamen Drehung mit der Welle 22 und dem Ringzahnkörper 25 an­ geordnet ist, wurde bereits beschrieben. Ein zweites Ventilplattenpaar ist an dem Gehäuse 20 befestigt und auch relativ zu dem stationären Zahnringkörper 30 fest und mit 32a, 32b bezeichnet. Jedes dieser Ventile 32a, 32b besteht aus einer flachen Platte und ist jeweils mit Ventildurchgängen 32c entsprechend der Anzahl der Nocken des stationären Zahnrings 30 versehen, die direkt durch die Ventilplatten 32a, 32b hindurchgehen, und jeder Ventildurchgang 32c ist mit einer rampenartigen oder Schrägfläche 32d versehen, um den Fluß zu der resultierenden Zone zwischen dem Rotorring 27 und dem stationären Zahnring 30 zu gewährleisten. Der spezielle Rampen- oder Schrägflächenabschnitt 32d ist am besten aus Fig. 4 ersichtlich.

An jeder Seite der Gerotor-Anordnung ist jeweils eine weitere Ventilplatte angeordnet, und dieses Plattenpaar ist mit 35a, 35b bezeichnet. Jede dieser Platten 35a, 35b ist mit einer vergrößerten zentralen Öffnung 35c versehen, deren Größe so bemessen ist, daß sie sowohl Rotation als auch Umlaufbewegung der Platte in Verbin­ dung mit dem Rotorring 27 gestattet. Die Platten 35a, 35b sind durch Bolzen oder anderweitig fest mit dem Rotorring 27 verbunden, wie dies durch die Loch-Bolzen-Kom­ binationen 35f, 35g gezeigt ist. Die Bolzen 35g sind in bezug auf die Ventilplatten 26a, 26b und die stationären Ventilplatten 32a, 32b so angeordnet, daß sie sich in dem zwischen diesen Platten gebildeten radialen Spalt befinden. In den Platten 35a, 35b sind ebenfalls zwei Sätze radial und in Umfangsrichtung ge­ trennter Ventilöffnungen 35d, 35e vorgesehen. Diese Ven­ tildurchgänge bilden jeweils einen Durchgang mehr als sie an diesem radial festgelegten Ort in der Ventilplatte 26a bzw. 26b vorgesehen waren und jeweils einen Ventildurchgang 35e weniger als sie an dieser radial bestimmten Position in den stationären Ventil­ platten 32a, 32b enthalten sind. Diese rotierenden und umlaufenden Ventilplatten 35a, 35b können dann als Meister-Ventilplatten angesehen werden, die sich in Übereinstimmung mit der Rotation und der Umlaufbewegung des Rotorringes 27 bewegen und all solche den Fluß zu den einzelnen Kammern, die durch die miteinander kämmen­ den Nocken bzw. Zähnen gebildet werden, steuern der zudem außerdem durch die stationären Ringventile 32a, 32b und die rotierenden Ringventile 26a, 26b gesteuert wird.

In den verschiedenen Figuren ist außerdem ein Aus­ gleichsteil 38 gezeigt. Dieses Teil besteht aus einem Trägerkäfig 39 und eine Mehrzahl von Kugeln 40 und ist, wie am besten in Fig. 3 dargestellt, sichelförmig ge­ staltet. Der Grundgedanke dieses Ausgleichsteiles be­ steht darin, die unausgeglichenen Kräfte aufzunehmen, die durch die Umlaufbewegung des Rotorringes 27 und die zugehörigen Ventilplatten 35a, 35b verursacht werden. Dieses sichelförmige Lager oder Ausgleichsteil 38 be­ wegt sich in gleicher Weise wie die vorgenannte Kombi­ nation von Rotorring 27 und Ventilplatten 35a, 35b und schafft eine der orbitalen Umlaufbewegung der Kombina­ tion Rotorring 27/Ventilplatten 35a, 35b entgegengerichtete gleichgroße Gegenkraft. Obwohl dieses Teil 38 hier als Kugel-Käfig-Kombination gezeigt ist, sollte es unzweifelhaft sein, daß auf einfache Weise eine beweg­ liche Gegenausgleichseinrichtung anderer Art und anderer Form eingesetzt werden kann.

Nunmehr sind alle Teile vorgestellt worden, die erfor­ derlich sind, um eine Rotationskolbenmaschine zu schaffen, die als Fluid-getriebener Motor mit rotierendem Abtrieb arbeitet. Fig. 4 zeigt ein typi­ sches Flußbild der Fluidströmung durch die Maschine. Bei der Betrachtung dieser Figur muß allerdings berück­ sichtigt werden, daß diese Darstellung kein genauer, in einer Ebene erfolgender Längsschnitt sondern ein Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 ist, der es gestattet, die Ausrichtung der Ventilöffnungen zugleich mit der­ jenigen der Nocken darzustellen. Die Durchströmung der Vorrichtung erfolgt in zwei parallelen Pfaden, von denen der eine sich zu dem radial außenliegenden Satz Kammern erstreckt, die durch den stationären Zahnring 30 und die äußere Zahnperipherie des umlaufenden und rotie­ renden Rotorringes 27 gebildet werden, während der andere Pfad zu dem radial innenliegenden Satz Kammern gerichtet ist, die zwischen der inneren Peripherie des Rotorringes 27 und den Nocken des inneren Rotors 25 der Welle 22 gebildet sind. Ersichtlich ist dieser Motor durch einfache Umkehrung der Durchströmungsrichtung des Fluids umkehrbar und die aufeinanderfolgende Betätigung der Ventile wird durch die Ventilplattenkombinationen gesteuert, um eine Kammer mit Fluid zu füllen und sie in Umfangsrichtung voranzutreiben, was zugleich eine Um­ laufbewegung des Rotorringes 27 veranlaßt, und es ist gerade diese kombinierte Bewegung zwischen den beiden Reihen von Kammern, die für eine angemessene Drehbewe­ gung und Abtriebsleistung der Abtriebswelle bzw. des Abtriebsteiles der Welle 22 sorgt. Diese parallele An­ ordnung hat viele Vorteile, die z. B. die Anzahl der Kraftimpulse während einer Umdrehung betreffen, die zu einer Verringerung der Drehmomentschwankungen oder Welligkeiten am Abtrieb führen und auch den Vorteil be­ inhalten, daß solch eine Vorrichtung eine Belastung ohne das Erfordernis eines kontinuierlichen hydraulischen Druckes halten kann. Die letztere Eigenschaft umfaßt eine Selbstbremswirkung ebenso wie eine präzise Stop- Start-Charakteristik.

Die besondere Anordnung der verschiedenen Ventil­ öffnungen und somit die Strömungssteuerung zu den kontrahierenden und expandierenden Kammern bin und von diesen weg ist in aufeinanderabfolgenden Ansich­ ten in den Fig. 8 bis 15 gezeigt. Die Fig. 8, 12 und 14 zeigen die Vorrichtung so wie sie sich von der rechten Seite in Fig. 4 von der unten rechts angegebenen Linie aus zeigt, und die Fig. 9, 11, 13 und 15 vermitteln An­ sichten der Vorrichtung von der linken Seite her, wie dies in Fig. 4 links unten angegeben ist. Diese Ansichten zeigen auch die Welle 22, den inneren Rotor 25, den Rotorring 27 und den stationären Zahnring 30. Ferner sind in unterbrochenen Linien die Innen- und Außendurchmesser der Ventilplatten 26a, 26b und der äußeren, stationären Ventilplatten 32a, 32b darge­ stellt. Ebenfalls in unterbrochenen Linien sind in diesen Figuren die Ventildurchgänge 26d der Ventilplatten 26a, 26b und die Durchgänge und Schräg­ flächen 32c, 32d der stationären Ventilplatten 32a, 32b sowie in Vollinien die Ventildurchgänge 35d, 35e der rotierenden, umlaufenden Ventilplatten 35a, 35b ge­ zeigt.

Die Ansichten sind unter Bezugnahme auf Rotorring­ stellungen von 0°, 90°, 180° und 270° in Drehung im Uhrzeigersinn gezeigt mit der Maßgabe, daß eine Drehung der Abtriebswelle in Uhrzeigerrichtung erfolgt. Mit der speziellen Auswahl von 7 Nocken für den inneren Rotor 25 der Anordnung eines Nockens mehr an der inneren Verzahnung des Rotorringes 27, 17 Nocken an der äußeren Verzahnung des Rotorringes 27 und somit 18 Nocken an der inneren Verzahnung des stationären Zahn­ rings 30 müssen insgesamt 17 Wellenumdrehungen und 119 orbitale Verschiebungen des Rotorringes 27 in Um­ fangsrichtung erfolgen, bevor die Ventilanordnung in die Lage zurückkehrt, die in den Fig. 8 oder 9 gezeigt ist. Da diese Ansichten die Bauelemente und ihre relative Stellung zueinander während einer Umdrehung der Welle 22 deutlich zeigen, wird davon ausgegangen, daß es nicht notwendig ist, die Öffnungen und das Schließen der ver­ schiedenen Strömungspassagen in Abhängigkeit von der Rotation und orbitalen Umkreisungsbewegung noch weiter einzeln zu erläutern. Die 0°- und 360°-Positionen in bezug auf den Drehwinkel der Welle sind identisch, zu­ mindest für den Rotorring 27 und die von ihm getragenen Ventilplatten 35a und 35b.

Die außerordentlich hohe volumetrische Effektivität der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtung beruht auf der Gesamtheit des neuartigen Konzepts, das dieser Lösung zugrunde liegt, insbesondere der radial hinter­ einanderliegenden Anordnung der Gerotor-Einheiten, dem Platten-Ventil-Steuersystem, das nicht nur die Gesamt­ größe wesentlich reduziert, sondern auch geradlinige Strömungswege schafft, und den ungleichartigen Ventil­ steuerflächen für die Einlaß- und Auslaßventile, be­ gleitet von größeren Dichtungsabschnitten, um Undich­ tigkeiten ebenso wie Kurzschlußströmungen zu vermeiden. Die Einfachheit der jeweils drei Ventilplatten zur Steuerung des Einlasses und des Auslasses und die einfach dreistückige Duplex-Gerotor-Konstruktion muß bei einem Vergleich mit herkömmlichen Lösungen besonders be­ rücksichtigt werden. Diese Einfachheit führt auch zu einer weiten Auswahl für unabhängige Verschiebungen der Gerotor-Teile, insbesondere des Innen- und Außenrings und zu einfachen Längenveränderungen. All diese Faktoren sind von beträchtlichem Wert und Vorteile im Vergleich zu früheren Gerotor-Einrichtungen.

Diese Fluideinrichtung hat viele Anwendungen und kann als eine Kombination von Motor und Pumpe arbeiten, bei der Fluidenergie in Drehenergie umgewandelt wird, um damit eine andere Flüssigkeit zu pumpen. Diese besondere An­ wendung ist in Fig. 16 dargestellt. Bei dieser Ausfüh­ rungsform der Erfindung wird Fluid unter Druck zu dem äußeren Satz Kammern geführt, und der innere Satz Kammern wird verwendet, um ein anderes Fluid zu pumpen. Bei einer solchen Auswahl bestünde nur ein geringerer Massefluß bei hohem Druckanstieg an den inneren Kammern, während dann, wenn die Einrichtung in umgekehrter Rich­ tung betrieben würde oder Fluid den inneren Kammer zu­ geführt würde, während die äußeren Kammern die Pump­ arbeit leisteten, das Resultat ein hoher Masse­ fluß und ein niedriger Druckanstieg des gepumpten Fluids, das von den äußeren Kammern kommt wäre.

Bei dieser Ausführungsform ist ein Gehäuse 51, End­ platten 52, 53 mit Einlässen 54, 55 und Auslässen 56 und 57 vorgesehen, und eine Welle 58 ist für eine Drehung innerhalb des Gehäuses 51 aufgenommen, wobei die Welle 58 für keinen anderen Zweck dienen würde als für den­ jenigen, eine Montagegrundlage für die Drehung der Gerotor-Anordnung und deren gegenseitige Ausrichtung zu bilden.

Der Einlaß 54 kann als Innenteileinlaß bezeichnet werden, da er die Fluidströmung zu dem inneren Satz von Nocken oder Zähnen führt, die zwischen dem Zahnring 60 und dem Rotorring 62 im Eingriff sind, wobei der Auslaß 57 als Innenteilauslaß für die Abführung des Fluides aus diesem Gebiet bezeichnet werden kann. In ähnlicher Weise kann der Einlaß 55 als Außenteileinlaß bezeichnet wer­ den, da er die Fluidströmung zu dem äußeren Satz von Nocken oder Zähnen führt, die zwischen dem Rotorring 62 und dem stationären Zahnring 63 im Eingriff sind, wobei der Auslaß 56 als Außenteilauslaß für die Abführung des Fluids aus diesem Gebiet bezeichnet werden kann.

Die grundsätzliche Gerotor-Anordnung würde wiederum den Zahnring 60 mit einem Paar Ventilplatten 61a, 61b, die von diesem getragen werden, sowie einen Rotorring 62 um fassen, der in der Lage ist und so angeordnet und größenmäßig bestimmt ist, daß er eine Dreh- und auch eine umkreisende orbitale Bewegung ausführt, und ferner umfaßte diese Anordnung den stationären Teil, der aus einem stationären Zahnring 63 und den stationären Ventil­ platten 64a, 64b besteht. Die einzig erforderliche Ab­ änderung; um die Einrichtung als Motorpumpe zu ver­ wenden, besteht in der Beseitigung der Umlaufbewegung der Ventilplatten 65a, 65b, die durch den Rotorring 62 getragen werden. Jede der Ventilplatten 65a, 65b ist min Ventilöffnungen versehen, die innere ist mit 65c und die äußere mit 65d bezeichnet, angeordnet so wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Da dieser Plattensatz nicht zusammen mit dem Rotorring 62 die orbitale Umlauf- bzw. Umkrei­ sungsbewegung ausführt, kann er als Kommutator für die Strömungsverteilung von und zu den zwei Einlässen und von und zu den zwei Auslässen jeweils dienen und einen Fluß zwischen den Einlässen bzw. zwischen den Auslässen verhindern. Die Umkreisungs­ bewegung des Rotorringes 62 von den Platten 65a, 65b fernzuhalten, kann auf einfache Weise erreicht werden. Wie gezeigt, ist ein Verbindungsbolzen 66 vor­ gesehen, um die Platten 65a, 65b und den Rotorring 62 miteinander zu verbinden, wobei dieser Verbindungsbolzen sich durch Öffnungen der Platten 65a, 65b erstreckt, deren Öffnungsdurchmesser dem Doppelten der Exzentrizi­ tät des Rotorringes 62 in seiner Orbitalbahn ist. Um Verschleiß zu vermeiden, kann ein Paar Lager 67a, 67b mit exzentrisch angeordneten Bolzenaufnahmebohrungen verwendet werden, die die Bolzen drehbar lagern und die Verbindung zwischen den Teilen vervollständigen. Der Versatz bzw. die Exzentrizität der Bolzenaufnahmebohrun­ gen der Lager würde das Doppelte der Umkreisungs- bzw. Umlaufexzentrizität des Rotorringes 62 betragen, und auf diese Weise wäre die einzige Antriebswirkung, die auf die zwei Ventilplatten 65a, 65b übertragen würde, kreisförmig. Damit ist es möglich, die Platten kreisförmig auszuführen und die Aus­ gleichseinrichtung in den Fig. 3 und 4 zu vermeiden.

Wie erwähnt, dient die Welle 58 bei dieser Ausführungs­ form nur einer Zentrierungs- und Drehfunktion, so daß kein kompletter Wellenaufbau erforderlich ist. Selbst­ verständlich können Wellen jeder Form verwendet werden, die außerdem die Anbringung anderer Einheiten und Geräte für andere Funktionen und Ziele ermöglichen.

Eine einfache und offensichtliche Verwendung besteht in der Abwandlung des Grundkonzeptes der vorliegenden Er­ findung in Form der ebenfalls gezeigten Motor-Pumpen-Kom­ bination. Die Ausführungsform gemäß Fig. 16 kann eine Zumeß- oder Mischungsfunktion ausführen, in der das zugeführte Fluid die Steuergröße in der Hinzufügung eines anderes Fluids zu einer abschließenden Endmischung bildet. Z. B. wird ein Fluid, dem ein Zusatz beigemengt werden soll, als Leistungsquelle zu dem Satz von Kammern geführt, die als Motor wirksam sind und entsprechend in den richtigen Einlaß 54 oder 55 eingeführt. Anschließend wird Fluid dem anderen Satz Kammern zugänglich gemacht, die als Pumpe wirksam sind, und dieses Fluid wird durch die jeweils andere Öffnung 54 oder 55 eingeführt. Das Ausgangsprodukt ist dann verbunden und bildet die rich­ tige Mischung durch Verbindung der Ausgänge 56 und 57 miteinander. Es ist deutlich, daß solch eine Zumessung bzw. Mischung wahlweise durch Variation der Kammer­ größen der Gerotor-Anordnung veränderlich ist und der resultierende Gesamtfluß die richtigen Mengenanteile enthält, da der additive Zusatzfluß durch den zugeführ­ ten Fluidhauptfluß gesteuert ist.

Durch die Erfindung wird eine fluidtechnisch und ökono­ misch geeignete Fluideinheit geschaffen, die als Doppel- oder Duplex-Gerotor-Einrichtung oder mit einer ähnlichen Terminologie bezeichnet werden kann und die alle Merkmale herkömmlicher Gerotoren zeigt, jedoch einen wesentlich verbesserten Aufbau mit strömungstechnisch hervorragenden Eigenschaften besitzt.

Die Erfindung schlägt eine Einrichtung vor, die in Abhängigkeit von Fluiddrücken arbeitet und in der Lage ist, Fluid unter Druck bereitzu­ stellen, um eine Baueinheit zu schaffen, die wahlweise als Fluidmotor oder als Fluid-getriebene Motorpumpe verwendet werden kann, je nach der Fluid-Durchströmungs­ richtung und den zugehörigen Steuerstrukturen, wobei minimale Modifikationen zu den verschiedenen, gewünsch­ ten Betriebsweisen führen. Die Einrichtung umfaßt ein Paar radial angeordneter Vorrichtungen, die als Gerotoren bekannt sind und die daher eine Welle umfassen zur Lagerung oder zum Antrieb eines inneren Rotors, eines Rotorrings, der sowohl eine Bahnbewegung als auch eine Drehbewegung in bezug auf den inneren Rotor ausführt und mit einem stationären Zahnring, der den Rotorring umgibt. Ventilplatten mit stationären und beweglichen Platten sind vorgesehen, um die Fluidströmung entweder zwischen Kammern, die durch die verschiedenen Zahnteile und den Rotorring zur parallelen Durchströmung gebildet werden zu gestatten, wenn die Ein­ richtung im Motorbetrieb arbeitet, oder um die Fluid­ strömung als individuellen Strömungsfluß zu den Kammern zu steuern, wenn die Einrichtung als Motorpumpe betrie­ ben wird. Die Drehung und Bahnbewegung des Rotorringes schafft expandierende und kontrahierende Fluidkammern für die Fluidströmung und gewährleistet die Funktion des Apparates je nach der gewählten Betriebsart. Eine Beson­ derheit der Einrichtung liegt in der Verwendung von Plattenventilen, um normalerweise auftretende Dichtungs­ probleme zu beseitigen oder zu vermindern und die Größe der Einrichtung im Vergleich zu Gerotor-Vorrichtungen zu verringern, die in Längsrichtung axial aneinander ge­ reiht sind.

Claims (10)

1. Rotationskolbenmaschine mit einem Gehäuse, das zumindest einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß aufweist,
einem auf einer Welle (22) angeordneten inneren Rotor (25, 60), der an einer äußeren Umfangsfläche eine Mehrzahl von Verzahnungselementen (25a) aufweist,
einem stationären Zahnring (30, 63), der von dem inneren Rotor (25, 60) radial beabstandet ist, und an einer inneren Umfangsfläche eine Mehrzahl von Verzahnungselementen (20a) aufweist,
einem Rotorring (27, 62) der zwischen dem inneren Rotor (25, 60) und dem stationären Zahnring (30, 63) angeordnet ist und an einer inneren und einer äußeren Umfangsfläche eine Mehrzahl von Verzahnungselementen (28a, 29a) aufweist, wobei die
Verzahnungselemente (25a, 28a, 29a, 30a) sowohl eine Umlaufbewegung als auch eine Rotationsbewegung des Rotorrings (27, 62) innerhalb des Raums erlauben, der durch den radialen Abstand des stationären Zahnringes (30, 63) vom inneren Rotor (25, 60) begrenzt ist, wobei die Anzahl der Verzahnungselemente (28a) an der inneren Umfangsfläche des Rotorrings (27, 62) um eins größer ist als die Anzahl der Verzahnungselemente (25a), die an dem inneren Rotor (25, 60) vorgesehen sind und die Anzahl der Verzahnungselemente (29a) an der äußeren Umfangsfläche des Rotorrings (27, 62) um eins kleiner ist als die Anzahl der Verzahnungselemente (30a), die an dem stationären Zahnring (30, 63) vorgesehen sind,
wobei die inneren und äußeren Verzahnungen des Rotorringes (27, 62) und die jeweils zugehörigen Verzahnungselemente (25a, 30a) des inneren Rotors (25, 60) und des stationären Zahnringes (30, 63) eine Mehrzahl von expandierenden und kontrahierenden Kammern bilden, wenn diese Teile eine Relativbewegung zueinander ausführen,
einer Einrichtung zur Einführung eines Fluids unter Druck in den Fluideinlaß (21g, 54, 55) und zur Verteilung des Fluides in die expandierenden Rammern,
einem Paar stationäre Ventilplatten (32a, 32b, 64a, 64b), die an gegenüberliegenden Seiten des stationären Zahnringes (30, 63) angeordnet sind und von denen jede eine Mehrzahl von Durchgängen (32c, 32a) für den Einlaß und Auslaß des Fluids zu bzw. aus den Kammern aufweist, die durch die Verzahnungselemente (29a, 30a) des stationären Zahnringes (30, 63) und des Rotorringes (27, 62) begrenzt sind, und
einem zweiten Paar Ventilplatten (35a, 35b, 65a, 65b), die an gegenüberliegenden Seiten des Rotorringes (27, 62) angeordnet und mit diesem wenigstens der Rotationsbewegung folgend bewegbar sind, wobei jede dieser Ventilplatten (35a, 35b, 65a, 65b) einen ersten und einen zweiten Satz durchgehender Ventilöffnungen (35d, 35e, 65c, 65d) aufweist, wobei der zweite Satz Ventilöffnungen (35e, 65b) in einer derartigen radialen Lage angeordnet sind, daß sie mit den Durchgängen (32c, 32d) der stationären Ventilplatten (32a, 32b) kommunizieren, und wobei die Anzahl der Ventilöffnungen (35e, 65d) des zweiten Satzes Ventilöffnungen (35e, 65d) des zweiten Ventilplattenpaares (35a, 35b, 65a, 65b) um eins kleiner ist als die Anzahl der Durchgänge (32c, 32d) des stationären Ventilplattenpaares (32a, 32b) dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Paar Ventilplatten (26a, 26b, 61a, 61b) an gegenüberliegenden Seiten des inneren Rotors (25, 60) zur gemeinsamen Drehung mit dem inneren Rotor (25, 60) angeordnet sind, wobei jede der Ventilplatten (26a, 26b, 61a, 61b) eine Mehrzahl von durchgehenden Ventilöffnungen (26d) für den Einlaß und den Auslaß des Fluids zu bzw. aus den Kammern aufweist, die durch die Verzahnungselemente (25a, 28a) des inneren Rotors (25, 60) und des Rotorringes (27, 62) begrenzt sind und die Anzahl der Ventilöffnungen (35d, 65c) des ersten Satzes Ventilöffnungen (35d, 65c) in den zweiten Ventilplattenpaar (35a, 35b, 65a, 65b) um eins größer ist als eine Anzahl der Ventilöffnungen (26d) des dritten Ventilplattenpaares (26a, 26b) und diese Ventilöffnungen (35d, 65c) in einer solchen Lage angeordnet sind, daß sie mit den Ventilöffnungen (26d) des dritten Ventilplattenpaares (26a, 26b) kommunizieren.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Verzahnungselemente (25a, 28a, 29a, 30a) eine abgerundete Form aufweist.

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Verzahnungselemente Mittel zur Aufnahme von Rollen (25f, 30d) im Bereich der Spitzen der Verzahnungselemente aufweisen, wodurch diese Rollen (25f, 30d) das Verzahnungsprofil bestimmen.

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilplattenpaar (35a, 35b, 65a, 65b) der Umlaufbewegung des Rotorringes (27, 62) folgend mit dem Rotorring (27, 62) gekoppelt ist.

5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgleichseinrichtung (38) in radialer Beziehung zu den zweiten Ventilplattenpaar (35a, 35b) des Rotorringes (27) vorgesehen und gemeinsam mit diesen beweglich ist, um die exzentrische Bewegung und entsprechende exzentrische Kräfte auszugleichen, die infolge der Umlaufbewegung des Rotorringes (27) und des damit gekoppelten zweiten Ventilplattenpaares (35a, 35b) entstehen.

6. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rotor (25, 60) mit der Welle (22) für die Übertragung einer mechanischen Drehbewegung fest verbunden ist.

7. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (67a, 67b, 66) für die Anbringung des zweiten Ventilplattenpaares (65a, 65b) an dem Rotorring (62) vorgesehen ist, um die Bewegung des zweiten Ventilplattenpaares (65a, 65b) zu begrenzen und eine Relativbewegung zwischen dem zweiten Ventilplattenpaar (65a, 65b) und dem Rotorring (62) herzustellen, wodurch diese Ventilplatten (65a, 65b) in ihrer Bewegung auf eine Kreisbewegung beschränkt sind.

8. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (51, 52, 53) zumindest ein Paar Einlaßöffnungen (54, 55) vorsieht,
wobei eine ersten Einlaßöffnung (54) in Verbindung mit dem ersten Satz Ventilöffnungen (65c) des zweiten Ventilplattenpaares (65a) steht und Fluid von der ersten Einlaßöffnung (54) nur zu dem ersten Satz Ventilöffnungen leitet,
und wobei eine zweite Einlaßöffnung (55) in Verbindung mit dem zweiten Satz Ventilöffnungen (65d) des zweiten Ventilplattenpaares (65a) steht und Fluid von der zweiten Einlaßöffnung (55) nur zu dem zweiten Satz von Ventilöffnungen leitet.

9. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mindestens ein Paar Auslaßöffnungen (56, 57) vorsieht, wobei eine erste Auslaßöffnung (56) nur das dem ersten Satz Ventilöffnungen zugeleitete Fluid ausführt und eine zweite Auslaßöffnung (57) nur das dem zweiten Satz Ventilöffnungen zugeleitete Fluid ausführt.

10. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (56, 57) wahlweise miteinander verbindbar sind.