DE3710817A1 - Drehkolbenmaschine, insbesondere zahnringmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenmaschine, und zwar insbesondere eine Zahnringmaschine.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf die Verwendung von Zahnringmaschinen als Pumpen wie auch als Motoren.

Eine Zahnringmaschine besteht aus einem gehäusefesten innenverzahnten Außenring mit beispielsweise sieben und einem außenverzahnten Rotor mit sechs Zähnen. Die Innenverzahnung des Außenrings kann auch durch Rollen gebildet sein. Die Zähne sind dabei so ausgebildet, daß eine Abdichtung zwischen dem Außenring und dem Rotor erfolgt. Eine Hälfte der zwischen Außenring und Rotor entstehenden Zahn- oder Verdrängerkammern ist jeweils mit der Hochdruckseite, die andere Hälfte ist mit der Niederdruckseite verbunden. Ein rotierendes Verteilerventil (Steuerdrehschieber) dient zur Steuerung der Maschine. Während der Bewegung eines Rotorzahnes von einer Zahnlücke des Außenrings zur nächsten füllt und entleert sich jede Zahnkammer einmal.

Aus der DE-PS 12 93 601 ist bereits eine Drehkolbenmaschine bekannt, bei der in einem Drehschieber radiale Steuerkanäle und auch Steuerkanäle in Form von axial verlaufenden Nuten vorgesehen sind. Mit diesen Steuerkanälen stehen im Gehäuse ausgebildete Durchlaßkanäle in Verbindung, die einerseits in eine Gehäusebohrung münden und andererseits mit den Zahnkammern verbunden sind. Ferner ist im Gehäuse ein Ringkanal vorgesehen der mit den in Form von Nuten ausgebildeten Steuerkanälen in Verbindung steht. Die radialen Steuerkanäle andererseits führen ins Innere eines Drehschiebers und stellen über den Innenraums des Drehschie­ bers die Verbindung zu einem weiteren Ringkanal im Gehäuse her. Die im Gehäuse angeordneten Ringkanäle sind ihrerseits mit Gehäusebohrungen zum Anschluß von Druckmittel verbunden. Ein beträchtlicher Herstellungsaufwand ist für eine solche Pumpe erforderlich und es ergibt sich ferner ein hoher Geräuschpegel.

Aus der DE-PS 26 08 887 ist bereits eine Rotationskolben­ maschine für Flüssigkeit bekannt, bei der Steueröffnungen in in einem Steuerdrehschieberhauptteil unter einem kleinen Winkel von etwa 3° bis 8° schräg zur achsparallelen Mantellinie der betreffenden Steuerfläche verlaufen, wobei ferner die Schrägstellung und Breite der schrägverlaufenden Steueröffnungen so bemessen sind, daß mit den Verdrängerzellen verbundene Steueröffnungen von jedem zweiten der zwischen den anderen Steueröffnungen verbleibenden Dichtstege annähernd genau, von den dazwischen liegenden Dichtstegen dagegen mit Übermaß abdeckbar sind. Durch diese Maßnahmen sollen Druckstöße in den Anschlußleitungen weitgehend vermieden werden, und zwar ohne eine zusätzliche Bearbeitung erforderlich zu machen. In diesem Zusammenhang ist auf die IT-PS 42 50 494 zu verweisen, wo in Fig. 5 dach- bzw. nierenförmige Durchbrüche gezeigt sind, die eine Wirkung wie schräggestellte Steueröffnungen ergeben. Auf Seite 1 in den Zeilen 58 bis 70 der genannten italienischen Patentschrift wird bemerkt, daß der gewählte Querschnitt sukzessive die Leistung vermehrt, so daß der volle Querschnitt nicht schlagartig freigegeben wird.

Der DE-OS 19 06 445 ist die Lehre zu entnehmen eine Rotationskolbenmaschine mit Steueröffnungen und unterschiedlich breiten Dichtstegen so auszubilden, daß ein Teil der Streueröffnungen genau und ein anderer Teil mit Übermaß von den Dichtstegen abgedeckt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sich eine einfache und somit kostengünstige Herstellung ohne Verwendung komplizierter Bearbeitungsvorgänge ergibt, ohne daß auf die Vorteile einer minimalen Geräuschent­ wicklung beim Betrieb der Maschine verzichtet werden muß.

Erfindungsgemäß wird eine Drehkolbenmaschine für flüssige Arbeitsmedien vorgesehen, die als Pumpe oder Motor verwendbar ist. Das Gehäuse der Maschine bildet ein erstes Zahnrad bzw. führt Rollen, die ein solches Zahnrad bilden. Dieses erste Zahnrad bzw. die dieses Zahnrad bildenden Rollen umgeben ein zweites Zahnrad, welches einen Zahn weniger aufweist als das erste Zahnrad. Das zweite Zahnrad ist über eine Gelenkwelle mit der Abtriebswelle verbunden. Das zweite Zahnrad kann relativ zum ersten Zahnrad eine kreisende und eine drehende Bewegung ausführen, so daß zwischen den ersten und zweiten Zahnrädern Zahnkammern oder Verdrängerkammern gebildet werden. Ein Steuerdrehschieber (rotierendes Verteilerventil) läuft mit der Abtriebswelle 6 um und stellt die Verbindung zu den Verdrängerzellen her. Erfindungsgemäß sind im Drehschieber parallel zur Längsachse des Gehäuses verlaufende Nuten vorgesehen und die Breite der zwischen diesen Nuten vorhandenen Stege ist unterschiedlich gewählt. Eine kleinere Stegbreite wechselt sich mit einer größeren Stegbreite ab. Die größere Stegbreite bewirkt eine positive Überdeckung durch ein Übermaß, so daß bei maximaler Größe der Verdrängerkammer eine ellipsenförmige Steueröffnung mit ihrer kleineren Breite voll im Bereich des breiten Stegs liegen kann und beidseitig ein Übermaß vorsieht. Bei minimaler Größe der Verdrängerkammer liegt die ellipsenförmige Steueröffnung mit ihrer kleineren Breite annähernd genau im Bereich eines schmalen Stegs.

Vorzugsweise liegt die mit ihrem größeren Durchmesser parallel zu den achsparallelen Nuten im Steuerschieber verlaufende Ellipse, bei entsprechender Stellung des Drehschiebers, voll im Bereich einer Längsnut. Radialnuten sind zu beiden Seiten der Nuten angeordnet, so daß entsprechende Radialnuten im Gehäuse vermieden werden. Sämtliche Durchlaßkanäle, welche die Verbindung von den Zahnkammern zu dem Drehschieber herstellen, enden im Bereich des Drehschiebers in ellipsenförmigen Steueröffnungen. Vorzugsweise weisen die Durchflußkanäle eine am Drehschieber endende Schrägbohrung und damit verbunden eine Axialbohrung auf.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zahnringmaschine;

Fig. 2 einen Schnitt im wesentlichen längs Linie 2-2 in Fig. 3;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Abtriebswelle mit integriertem Verteilerventil;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch das Verteilerventil gemäß Fig. 3;

Fig. 5 schematisch in abgewickelter Darstellung eine Draufsicht auf das Verteilerventil, wobei nur einige der im Abtriebswellengehäuse vorgesehenen Steueröffnungen dargestellt sind.

Anhand der Fig. 1 bis 5 wird eine erfindungsgemäße Rotations- oder Drehkolbenmaschine in der Form einer Zahnringmaschine 1 beschrieben.

Zahnringmaschinen können sowohl als Pumpen wie auch als Motore verwendet werden. Sie werden aber überwiegend als Motoren eingesetzt. Deshalb verwendet die vorliegende Beschreibung gelegentlich Ausdrücke, die eher auf den Motorbetrieb hinweisen, obwohl die Erfindung auch bei Pumpen Anwendung finden kann.

Die erfindungsgemäe Zahnringmaschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches ein Abtriebswellengehäuse 3 und ein Zahnradgehäuse 4 umfaßt.

Im Abtriebswellengehäuse 3 ist eine Abtriebswelle 6 unter Verwendung einer Lager- und Schmieranordnung 44 drehbar gelagert. Einstückig mit der Abtriebswelle 6 ist ein rotierendes Verteilerventil (Steuerdrehschieber) 9 ausgebildet.

Zwischen dem Abtriebswellengehäuse 3 und dem Zahnradgehäuse 4 ist unter Verwendung von nicht näher bezeichneten Dichtungen eine Zwischenscheibe 10 vorgesehen, die mehrere auf einem Kreis angeordnete Öffnungen 12 aufweist. Ein Deckel 13 schließt das Zahnradgehäuse 4 ab. Bolzen 14 verlaufen durch die Bohrungen 14 a und sind in das Abtriebswellengehäuse 3 eingeschraubt, um das Abtriebswellengehäuse 3, die Zwischen­ scheibe 10 und das Zahnradgehäuse 4 sowie den Deckel 13 aneinander zu befestigen. Im Deckel 13 ist eine Bohrung 17 ausgebildet, in die ein Stopfen 16 eingeschraubt ist.

Das Verteilerventil 9 weist im Außenumfang der Abtriebswelle 6 ausgebildete, mit einem Abstand entlang der Längsachse 52 voneinander angeordnete Ringnuten 18 und 19 auf. Die Ringnut 18 steht in nicht näher gezeigter schematisch in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Linie angedeutete Weise mit einem Druckmediumanschluß 61 in Verbindung. Für die Ringnut 19 ist der Druckmediumanschluß 62 ebenfalls in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet. Die Ringnut 18 ist auch mit B und die Ringnut 19 mit A bezeichnet. Beim Pumpenbetrieb wird je nach Drehrichtung entweder die Ringnut 18 oder die Ringnut 19 mit Druckmedium, vorzugsweise einer Hydraulikflüssigkeit, versorgt, und das Druckmedium kann dann von Ringnut 19 bzw. 18 an einen Verbraucher geliefert werden. Beim Motorbetrieb wird je nach gewünschter Drehrichtung unter Druck stehendes Druckmedium entweder der Ringnut 18 oder der Ringnut 19 zugeführt.

Die Abtriebswelle 6 mit dem integralen Verteilerventil 9 ist im einzelnen in Fig. 3, 4 und 5 dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Außenumfang der Abtriebswelle 6 zwölf Längsnuten 20 bis 31 ausgebildet, die parallel zur Längsachse 52 verlaufen. Diese Längsnuten stehen abwechselnd mit den Ringnuten 18 bzw. 19 in Verbindung, wie dies im einzelnen in den Fig. 3-5 dargestellt ist.

Im Inneren der Abtriebswelle 6 ist eine Bohrung 32 ausgebildet und mit Zähnen ausgestattet, die mit Zähnen einer Gelenkwelle 47 in Eingriff steht. Die Gelenkwelle 47 erstreckt sich in den Innenraum eines Rotors 49, der im Zahnradgehäuse 4 drehbar gelagert ist.

In bekannter Weise bildet der Rotor 49 mit seiner nicht näher dargestellten sechs Zähne aufweisenden Außenverzahnung sechs ebenfalls nicht näher gezeigte Zahnkammern mit der Innenverzahnung eines den Rotor 49 umgebenden Bauteils. Im dargestellten Falle wird die Innenverzahnung durch sieben Zähne repräsentierende Rollen gebildet, von denen eine Rolle bei 50 dargestellt ist. Es ist auch möglich und bekannt, anstelle von Rollen das Zahnradgehäuse 4 selbst am Innenumfang mit Zähnen auszustatten.

Es sei noch bemerkt, daß eine Abstandshülse 48 zur Abstützung der Gelenkwelle 47 am Deckel 13 dient.

Insbesondere in Fig. 1 erkennt man, daß im Antriebswellengehäuse 3 insgesamt sieben Durchlaßkanäle 33 ausgebildet sind welche die Nuten 20 bis 31 mit den sieben Zahnkammern verbinden, die zwischen den Rollen 50 und der Außenverzahnung des Rotors 49 gebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie erwähnt, zwölf Längsnuten 20 bis 31 vorgesehen und ebenso sind sieben Durchlaßkanäle 33 vorhanden. Diese Durchlaßkanäle 33 stehen über ebenfalls sieben Öffnungen 11 in der Zwischenscheibe 10 mit den Zahnkammern in Verbindung.

Die Durchlaßkanäle 33, ausgebildet im Abtriebswellengehäuse 3, weisen jeweils eine parallel zur Längsachse 52 verlaufende Axialbohrung 5 (ausgerichtet mit einer Öffnung 11 in der Zwischenscheibe 10) auf und ferner eine damit in Verbindung stehende Steuerbohrung 34, die als eine Schrägbohrung ausgebildet ist. Dadurch daß die Schrägbohrung 34 an einer Kreiszylinderfläche endet, entsteht eine ellipsenartige Steueröffnung 35. Diese erfindungsgemäße ellipsenförmige Steueröffnung 35 wird im folgenden kurz als Steuerellipse 35 bezeichnet. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel sind sieben Steuerellipsen vorhanden, von denen zwei in Fig. 5 angedeutet sind. In jedem Augenblick stehen jede der Steuerellipsen 35 über die Nuten 20 bis 31 entweder mit dem Ringkanal 18 oder dem Ringkanal 19 in Verbindung, allerdings abgesehen von einigen noch zu besprechenden Sonderfällen.

Insbesondere anhand der Fig. 5 sei auf die erfindungsgemäße Ausbildung des rotierenden Verteilerventils 9 näher einge­ gangen. Die Schlitz- oder Nutbreite 37 ist für sämtliche Nuten 20 bis 31 vorzugsweise die gleiche. Die zwischen den Schlitzen oder Nuten 20 bis 31 vorhandenen Stege 54 und 55 haben unter­ schiedliche Stegbreiten, und zwar haben die Stege 54 eine Stegbreite 38 und die Stege 55 haben eine Stegbreite 39, die größer ist also die Stegbreite 38. Zwischen den abwechselnd schmalen und breiten Stegen 54 bzw. 55 verlaufen Stegverbindungen 59 (vgl. Fig. 5) die eine Stegverbindungsbreite 58 besitzen.

Die größere Stegbreite 39 ist die Summe aus der kleineren Stegbreite 38 plus zweimal das Übermaß 42 und 43 (vgl. Fig. 5). Mit Übermaß 42 und 43 ist derjenige Betrag bezeichnet, um den die Stegbreite des Stegs 55 größer ist als der kleinere Durchmesser 40 der Steuerellipse. Der größere Durchmesser der Steuerellipse ist mit 41 bezeichnet. Man erkennt in Fig. 5, daß die kleinere Stegbreite 38 in etwa dem kleineren Durchmesser 40 der Steuerellipse 35 entspricht.

Vorzugsweise liegt die Steuerellipse 35 mit ihrer gesamten Länge innerhalb der Nutlänge 57.

Durch die ellipsenförmige Gestalt der Steueröffnungen 35 erreicht man, daß zusammen mit den parallel zur Längsachse 52 verlaufenden Nuten 20 bis 31 eine graduell ansteigende oder auch abnehmende Verbindung zwischen den Durchlaßkanälen 33 und den Ringnuten 18 und 19 erhalten wird, was zu einem stoßfreien Betrieb des Motors bzw. der Pumpe 1 führt. Die gewünschte Ellipsenform für die Steueröffnung 35 erhält man in einfacher Weise durch die Verwendung der Schrägbohrung, die automatisch zur Ellipsenform führt.

Durch die gleichzeitige Verwendung von Steuerellipsen mit der in Fig. 5 veranschaulichten durch das Übermaß erzielten positiven Überdeckung erreicht man eine weitere Geräuschdämpfung, so daß sich insgesamt ein außerordentlich geräuscharmer Betrieb für die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine 1 ergibt.

Ergänzend sei zur Überdeckung noch erwähnt, daß der in Fig. 5 gezeigte Fall positiver Überdeckung, wo sich die Steuerellipse 35 im Bereich des Stegs zwischen den beiden Schlitzen 22 und 23 befindet, für den Fall vorgesehen ist, wo die Zahnkammer ihr maximales Volumen aufweist. Wenn die Zahnkammer dagegen ihr minimales Volumen besitzt, so ergibt sich der Zustand, wie er für die Steuerellipse 35 zwischen den Schlitzen oder Nuten 27 und 28 in Fig. 5 dargestellt ist, d. h. die Steuerellipse paßt annähernd genau in den Bereich des Stegs zwischen Nut 27 und 28.

Claims (3)

1. Drehkolbenmaschine (1), insbesondere für flüssige Druckmedien, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Gehäuse (2),
eine drehbar im Gehäuse gelagerte Abtriebswelle (6),
eine Zahnkammern bildende Zahnkammeranordnung aus einem Zähne oder Rollen aufweisenden Außenzahnrad und einem Innenzahnrad, welches einen Zahn weniger aufweist als das Außenzahnrad,
eine Gelenkwelle zur Verbindung von Abtriebswelle und der Zahnkammeranordnung,
ein Verteilerventil in Wirkverbindung mit der Abtriebswelle, um das Druckmedium den Zahnkammern zu- bzw. abzuführen, Anschlüsse (61, 62) im Pumpengehäuse (2) für die Zuführung und Abführung des Druckmediums zur Maschine,
Steuerkanäle im Verteilerventil (9) zur Verbindung der Anschlüsse (61, 62) über im Gehäuse (2) vorgesehene Durchlaßkanäle (33) mit den Zahnkammern,
wobei die Durchlaßkanäle (33) ellipsenförmige Steueröffnungen (Steuerellipsen) (35) benachbart zum Verteilerventil (9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verteilerventil (9) einstückig mit der Abtriebswelle (6) ausgebildet ist,
daß sämtliche Steuerkanäle im Außenumfang des Verteilerventils (9) in der Form von achsparallelen Nuten (20-31) mit dazwischen liegenden Stegen ausgebildet sind, und
daß die Breite der die Nuten in Umfangsrichtung begrenzenden Stege derart gewählt ist, daß jeweils abwechselnd ein Steg (54) eine in etwa der kleineren Breite (40) der Steuerellipse entsprechende Breite aufweist, während der andere Steg (55) eine um ein Übermaß (42, 43) vergrößerte Breite gegenüber der kleineren Breite (40) der Steuerellipse besitzt.

2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Breite oder der größere Druchmesser (41) der Steuerellipse (35) sich in etwa über die gesamte Länge (57) der Nut erstreckt.

3. Drehkolbenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßkanäle (33) eine die ellipsenförmige Steueröffnung (35) bildende Schrägbohrung (34) und eine parallel zur Längsachse der Pumpe (52) verlaufende Bohrung (5) aufweisen.