DE4439265A1

DE4439265A1 - Differentialgetriebe

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Publication number: DE4439265A1
Application number: DE19944439265
Authority: DE
Original assignee: WOLF MIRON
Current assignee: WOLF MIRON
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1994-11-03
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2014-11-04
Also published as: DE4439265C2

Description

Das Differentialgetriebe funktioniert als hydraulischer oder pneumatischer Motor, der sehr große Drehmomente übertragen kann, oder als Pumpe, die sehr große Durchflußmengen bei hohen Druckwerten erschaffen kann. Es kann auch als Vakuumpumpe mit großen Durchflußmengen bei gegen Null strebenden Vakuumwerten benützt werden. Deshalb ist der Anwendungsbereich dieser Erfindung sehr groß.

Das Differentialgetriebe besteht hauptsächlich aus zwei eigenständigen Mechanismen:

- tauschbarer Umkehrmotor mit einer Haupt- und einer Nebendrehrichtung (s. Zeichnungsblätter Nr. 1 und 5),
- Drehrichtungswechsler (s. Zeichnungsblätter Nr. 2 und 3).

Die Gehäuse dieser zwei Baugruppen sind im Verhältnis zu einem äußeren Einzelteil vom Drehmoment entlastet.

Durch die Absteifung der Drehwelle 55 mit eigenem Gehäuse 63 lädt sich das Gehäuse mit der Hälfte des resultierenden Drehmoments (als Motor arbeitend) auf.

Durch die Absteifung der Drehwelle 10 mit eigenem Gehäuse 35 lädt sich dieses (variabel) durch das Lager 42 mit der Hälfte des resultierenden Drehmoments auf.

Wenn die beiden Gehäuse 35 und 63 durch die Platte 64 abgesteift werden, heben sich die beiden Gegenmomente so einander auf, daß das ganze Differentialgehäuse vom Drehmoment entlastet wird (im Verhältnis zu einem äußeren Einzelteil).

1.0 Beschreibung des mit zwei Drehrichtungen tauschbaren Umkehrmotors

Der Erfinder hat diese Bauart mit Haupt- und Nebendrehrichtungen gewählt, da er damit die Hauptdrehrichtung als die Drehrichtung, in der der Motor mit der größeren Winkelgeschwindigkeit und am häufigsten benutzt wird, definiert.

Diese Bauart war unbedingt notwendig, um die Druckverluste bei der Hauptdrehrichtung so gering wie möglich zu halten, damit ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden kann.

Andererseits, wenn das Differentialgetriebe als Pumpe arbeitet (beispielsweise bei der Wiederverwendung der kinetischen Energie), steigt die Auffüllungskapazität der Druckräume 77 ebenso durch die geometrische Form der Druckabsaug- und Führungskanäle, wie auch durch das Dasein von zwei Einlaufanschlüssen.

Für die Nebendrehrichtung wäre die Bauart nicht geeignet, aber es reicht vollkommen für den Zweck dieser Drehrichtung aus, da dies immer mit geringer Winkelgeschwindigkeit geschieht.

1.1 Funktionsweise als Motorantrieb

Damit die folgenden Erklärungen leichter verstanden werden, betrachten wir die Beschreibung der Konstruktionsart des Schiebers 81 als notwendig.

Der Schieber hat eine besondere Bauform, und dessen Geometrie (ein Vierkantprisma) seiner Funktionsweise entspricht. Der sich in Betrieb befindende Schieber wird radial von fünf gleichzeitig auf ihn wirkende Kräfte nach außen gedrückt:

a) Fliehkraft,
b) die radiale Komponente des Druckträgerimpulses auf der schräggefrästen Kanalfläche des Schiebers (Raum 74),
c) die resultierende Kraft des Arbeitsdruckes auf die Fläche am Ende des Schiebers 81. Diese Fläche beträgt die Hälfte der Querschnittsfläche des Schiebers. Der Druck wird durch die Einlaßöffnung 19 ins Wechselventil 20 geführt, von dort aus kommt er in den gedrehten Raumtyp 37, und hier versorgt er alle vier Schieber einer Motorhälfte (also gibt es insgesamt acht Schieber),
d) die Druckkraft, die auf einem Viertel der Querschnittsfläche im Raum 74 wirkt,
e) die Auslaufdruckkraft, die durch den Führungskanal 80 geführt wird, und die auf das andere Viertel des Schiebers wirkt.

Gleichzeitig gibt es vier Kräfte, die auch radial auf den Schieber, aber nach innen wirken:

f) die Auslaufdruckkraft, die auf die begrenzte Fläche zwischen dem Schieberrand und der Kontaktlinie der Rolle 30 wirkt. (Die Kurvenzylinder sind mit je fünf Nocken bestückt. Zwischen den beiden Kurvenzylindern gibt es einen Winkelunterschied von 36°),
g) die Arbeitsdruckkraft, die auf die Differenzfläche zwischen der Querschnittfläche und der bei (f) benannten Fläche wirkt,
h) die Schiebekraft des Nockens, die auf den Schieber wirkt,
i) außer den obengenannten Kräften (f) bis (h) treten auch die Trägheits- und Reibungskräfte auf.

Die Funktionsgleichung für die resultierende Kraft ist sehr komplex. Da uns die nötigen Parameter unbekannt sind, können wir in diesem Stadium nur sagen, daß die Richtung der resultierenden Kraft immer nach außenhin ist, da die Rolle 30 immer auf der Kontur des Kurvenzylinders bleibt.

Es ist zu empfehlen, daß die Masse des Schiebers so klein wie möglich gehalten wird, damit die Trägheit bei der Schieberausfahrt eine große Auflegungsgeschwindigkeit ermöglicht. Dies ist ein wichtiger Faktor für das Erreichen von großen Winkelgeschwindigkeiten.

Für die Erklärungsvereinfachung wurden die Anschlüsse 2, 65 und 75 mit P, S und R gekennzeichnet.

Bei der Funktion als Motorantrieb kann das Differentialgetriebe mit voller oder mit der Hälfte der Leistung arbeiten, je nachdem, ob P und S zusammen oder nur eins davon an die Druckquelle angeschlossen wird. Der nicht versorgte Anschluß wird in beiden Fällen mit dem Anschluß R zusammen angeschlossen.

Wenn beispielsweise der versorgte Anschluß P ist, so passiert der Druckträger den gefrästen Führungskanal 4, fließt in den gedrehten Raum 3 des Deckels 6, durchquert den Rotor durch die Bohrungen 18, trifft dann auf den Pyramidenmantel, der dann den Druckträger zu den Einlaßöffnungen 73 führt. Von da aus gelangt er in den Schieberkanal, durchquert den Raum 76, und wie bei der Bewegung auf einer Evolvente legt er sich in den Druckraum 77, in dem sich der Druck dann in mechanische Arbeit umwandelt. Der Nocken 31 beseitigt und zentrifugiert gleichzeitig den Auslaufstoff durch den Raum 34 in den Raum 32, von wo er in den Auslaufanschluß R gelangt. Wenn der vorgeschobene Nocken 31 in der Nähe des nächsten Schiebers gelangt, wird der Raum 34 vom Schließer 33 solange geschlossen gehalten, bis die Nockenspitze den Raum 76 durchquert hat. Danach öffnet sich der Raum 34 wieder.

Dasselbe geschieht in der anderen Hälfte des Rotors.

Als Bemerkung ist zu machen, daß im Rotor bei voller Leistung ständig mindestens sieben Schieber gleichzeitig arbeiten.

Das resultierende Drehmoment dreht mit den gleichen Werten ebenso den Rotor 10 wie auch die Trommel 28, nur daß ihre Drehrichtungen entgegengesetzt sind. Um die gleiche Drehrichtung zu erhalten, wurde an dem Trommelende ein Drehrichtungswechsler eingebaut. Dieser Drehrichtungswechsler besteht aus Zahnrädern 69 und 39 und Kettenrädern 52 und 55.

1.2 Funktionsweise als Antriebsmotor für die Nebendrehrichtungen

Im Vergleich zur Funktionsweise für die Hauptdrehrichtung geschieht dies nur bei voller Kraft, ergibt aber nicht die volle Leistung und nur kleine Winkelgeschwindigkeiten.

Diese Funktionsweise ergibt sich nur dann, wenn (R) der Einlaufanschluß und (P) und (S) die Auslaufanschlüsse sind.

2.0 Funktionsweise als Pumpe

Dieses Differentialgetriebe funktioniert auch als Pumpe in beiden Drehrichtungen.

2.1 Funktionsweise als Pumpe mit halber Durchflußmenge

Diese Funktionsweise geschieht nur, wenn eine der Antriebswellen 10 oder 55 blockiert wird und die andere angetrieben wird. Wie man es auf dem Zeichnungsblatt 5 sehen kann, hängen die Drehrichtungen mit der Anschlußweise zusammen, so daß:

- für die trigonometrische Drehrichtung des Antriebsmoments wird (R) der Einlaufanschluß und (P) bzw. (S) die Auslaufanschlüsse,
- für die entgegengesetzte trigonometrische Drehrichtung wird (R) der Auslaufanschluß und (P) bzw. (S) die Einlaufanschlüsse.

2.2 Funktionsweise als Pumpe mit kleiner Durchflußmenge und großen Druckwerten

Dies geschieht nur, wenn zwei gleiche Antriebsmomente an beiden Antriebswellen 10 und 55 mit trigonometrischer Drehrichtung angetrieben werden, wobei (R) der Einlaufanschluß, (P) oder (S) der Auslaufanschluß ist und das übrigbleibende an (R) angeschlossen wird.

2.3 Funktionsweise als Pumpe mit großen Durchflußmengen und mittlere Druckwerte

Dies geschieht dadurch, daß zwei gleiche Antriebsmomente auf die beiden Antriebswellen 10 und 55 wirken, wobei:

- die trigonometrische Drehrichtung (P) und (S) als Auslaufanschlüsse und (R) als Einlaufanschluß hat,
- die entgegengesetzte trigonometrische Drehrichtung (P) und (S) als Einlaufanschlüsse und (R) als Auslaufanschluß hat.

2.4 Funktionsweise als Vakuumpumpe

Dies geschieht dadurch, daß je nach Gebrauch von Durchflußmenge und Vakuumwert ein oder zwei Antriebsmomente hinzugefügt werden:

- bei der trigonometrischen Drehrichtung sind (P) und (S) die Auslaufanschlüsse und (R) wird an den Vakuumbehälter angeschlossen,
- bei der entgegengesetzten trigonometrischen Drehrichtung sind für hohe Vakuumwerte (P) und (R) die Auslaufanschlüsse und (S) wird an den Vakuumbehälter angeschlossen.

3.0 Bemerkungen zur Konzeptionsart des Differentialgetriebes

Alle Erklärungen, die bis jetzt geschildert wurden, ergeben, daß dieses Differentialgetriebe ein Hochleistungsmechanismus zum Antreiben und auch als Pumpe mit großen Durchflußmengen benutzt werden kann.

Konstruktiv gesehen, stellt die vorliegende Erfindung keine großen praktischen Realisierungsprobleme dar, da jeder Fachhersteller diesen Mechanismus bauen kann.

Als Neuigkeit im Abdichtungsbereich für große Druckwerte präsentiert die Erfindung eine Gruppe von neuen Abdichtungselementen für die drehenden Bauglieder, die das benötigen. Eine Abdichtungsgruppe besteht aus einer Vorabdichtung und der eigentlichen Abdichtung. Die Vorabdichtung ist eigentlich ein gewindeförmiger Kanal, dessen Tiefe kegelförmig ist. Darin passiert während der Arbeit folgendes: Der Druckträger wird gleichzeitig zentrifugiert und teilweise hinausgeschleudert, so daß der übriggebliebene Druck viel geringer als der Arbeitsdruck ist, die eigentlichen Dichtungsscheiben nicht so sehr belastet werden. Man muß beachten, daß die Hauptdrehrichtung der Funktionsweise der Gewinderichtung entspricht.

Die Kugel-, Rollen- und Nadellagern, die verwendet werden, wurden so plaziert, daß die axialen Bewegungen so gering wie möglich gehalten werden, damit die Abdichtungsfähigkeit nicht beeinflußt wird.

3.1 Bezeichnung der gekennzeichneten Bauglieder des Differentialgetriebes

1

zylindrisches Gehäuse des Rotors

2

Einlaufanschluß

3

gedrehter Raum im Rotordeckel

4

gefräster Kanal

5

lockere Dichtungen

6

Rotordeckel

7

Wellendichtringdeckel

8

Wellendichtring

9

Nutmutter

10

Rotor

11

Preßbuchse

12

Schraube

13

Axialrollenlager

14

Radial-Nadellager

15

Preßbuchse

16

drehende Dichtscheibe

17

Kegelgewinde

18

gebohrter Kanal

19

Öffnung des Wechselventils

20

Wechselventil

21

Dichtscheibe

22

Preßring der Dichtscheibe

23

Bohrung für das Schleudern des Leckstoffes

24

Schraube

25

Dichtscheibe

26

Kegelgewinde

27

Bindungsringe als Schließträger

28

Differentialtrommel

29

Gleitscheibe

30

Schieberrolle

31

Kurvenzylinder mit Nocken

32

Auslaufraum

33

Schließer

34

Nockenkanal

35

flanschförmiger Deckel des Differentialgetriebes

36

Auslaufkanäle

37

gedrehter Raum im Rotordeckel

38

Deckel für Zahnradeinbau

39

Zahnrad

40

Welle

41

Radial-Nadellager

42

Lagergehäuse

43

Schraube

44

Wellendichtringdeckel

45

Staubschutz

46

Wellendichtringdeckel

47

Lagergehäuse

48

Kugellager

49

Dichtplatte

50

Deckel des Richtungswechslers

51

Zweifach-Rollenkette

52

Kettenrad

53

Nutmutter

54

Zentrierungsbolzen

55

Kettenrad der Antriebswelle

56

Einschraubbohrungen

57

Entlastungsring für den Lagerbolzen

58

Lagerbolzen

59

Öffnung zum Ölrausschleudern

60

Kugellager

61

Sicherungsring

62

Platten- und Deckelbefestigungsschraube

63

Drehrichtungswechslergehäuse

64

Befestigungsplatte

65

Einlaufanschluß

66

Abdichtungsbuchse

67

Nadelkränze

68

Vorabdichtungsgruppe (Schikane + Gewindekanal)

69

Zahnrad

70

Ringmutter

71

Kugellager

72

Zylinderrollenlager

73

gefräste Einlaufkanäle

74

gefräster Einlaufkanal des Schiebers

75

Anlaufanschluß

76

gefräster Raum

77

Druckraum

78

Schraubendurchgangsloch

79

Bohrung zum Wechselventil

80

Bohrung für den Ablaufdruck

81

Schieber

82

Ablaufdiagramm

83

Kurvenzylindernut

84

pyramidenförmiger Korken

85

Zahnradnut

86

Schieberträger

Claims

1. Das Differentialgetriebe ist ein Hochleistungsmechanismus, dessen Betriebszustände folgende sind:

- zweistufiger hydraulischer oder pneumatischer Antriebsmotor mit zwei Förderrichtungen (eine Haupt- und eine Nebendrehrichtung),
- als zweistufige hydraulische Pumpe mit zwei Förderrichtungen, Verdichter oder als Vakuumpumpe,
- als ein normales Differential für hydraulisch angetriebene Fahrzeuge.

2. Das Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die oberen Betriebszustände durch einen Rotor mit zwei Schieberträgern (86) erfüllt, der sich in der entgegengesetzten Drehrichtung einer Trommel (28) (die zwei Kurvenzylinder antreibt) dreht.

3. Das Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schieberträger des Rotors vier Schieber (81), die durch die gebildeten Druckkräfte immer mit der Kurvenkontur der Zylinder (31) in Kontakt bleiben, und die je einen Druckraum bilden, hat.

4. Das Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rotorhälfte auch separat durch einen eigenen Einlaufanschluß (2) oder (65) je nach Bedarf mit Druck versorgt werden kann.

5. Das Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch als normales Differential für den Fahrzeugantrieb durch einen eingebauten Drehrichtungswechsler (Zahnräder (69) und (39), Kettenräder (52) und (55) und Zweifachrollenkette (51)) arbeiten kann.

6. Das Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obengenannten Betriebszustände mit der Anschlußweise der drei Anschlüsse (2), (65) und (75) zusammenhängt.

7. Das Differentialgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß statt nur zwei Schieberträger (86) mehrere eingebaut werden könnten, dadurch würde die Leistung des Differentialgetriebes steigen, und die Herstellung könnte typisiert werden.