DE19532703C1 - Pendelschiebermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine als Pumpe oder Hydromotor einsetz­ bare, regelbare Pendelschiebermaschine.

Mit der FR-PS 980 766 ist eine rotierende, oszillierende Pumpe mit auf einen Radkranz gesetzten Zähnen offenbart, bei der ein Innenrotor über im Außenrotor schwenkbar gelagerte Flügel, die in Zahnzwischenräume dieser Zähne vom Innenrotor mit einem ge­ wissen Spiel und damit undefiniert eintauchen, verbunden ist und Räume bilden. Über diese Flügel erfolgt auch die Drehmitnahme des Außenrotors durch den Antrieb am Innenrotor von mehreren Flügeln gleichzeitig. Bei exzentrischer Stellung der Achsen vom Außenro­ tor zum Innenrotor entstehen zwischen den Flügeln nahezu ähnlich große Pumpräume. Bei einer Mittelpunktsverlagerung Null hingegen werden von den Flügeln gleichgroße Räume gebildet und die Pumpe fördert nicht. Je größer die Exzentrizität zwischen Außenrotor und Innenrotor, desto größer ist das Fördervolumen der Räume. Die Pumpe weist Flügel auf, die mit einem großen Kopf in Pfan­ nen vom Außenrotor gehalten werden und mit ihren kleinen Füßen in die Zahnzwischenräume vom Innenrotor mit großem Spiel reichen. Diese undefinierte Raumbildung erklärt das Versagen der Pumpe für unterschiedliche Drehzahlbereiche. Beim Antreiben des Außen­ rotors durch das Anliegen und Tragen mehrerer Flügel beim Hinein- und Herausgleiten in die und aus den Zahnzwischenräumen des In­ nenrotors gleichzeitig an einer ihrer beidseitig ausgebildeten Gleitflanken und bei auch noch so genauer Fertigung der Gleit­ flanken, also fertigungsseitig nicht zu vermeidenden Toleranz­ differenzen muß es zu Abdichtschwierigkeiten unter aufeinander­ folgenden Räumen durch einen auftretenden Klemmeffekt zu Momen­ tanblockierungen, verursacht von zwei Flügeln kommen, muß ein daher nicht zu beeinflussender unruhiger Lauf solch einer Pumpe entstehen, was dann zu unterschiedlich schwankenden, pulsierenden Fördermengen pro Umdrehung führt aber bei einer zu fordernden selbsttätigen Fördermengenregelung nicht gewünscht wird. Damit verbunden ist das Entstehen von Verlustleistungsspitzen sowie ei­ ne Geräuschbildung. Die Ursache wird in den an den Flügeln beid­ seitig und gleichmäßig ausgeformten Schaftflanken der Flügel ge­ sehen und in der Überlagerung mit der Verschiebung der Mittel­ punktslage vom Außenrotor gegenüber dem Innenrotor zuweilen sich addierenden Toleranzen gesehen.

Diese Pumpe zeigt eine radial weit nach außen verlagerte große Rotationsmasse vom Außenrotor mit den großen Köpfen ihrer Flügel. Die großen im Außenrotor gelagerten Flügelköpfe bedingen ein ge­ ringeres Fördervolumen pro Umdrehung und einen entsprechend höheren Anpassungsbedarf durch die Steuerung bei der Verschie­ bung zwischen den Mittelpunktslagen vom Außenrotor zum Innenro­ tor. Die großen Flügelköpfe begrenzen nicht unerheblich das Entleerungsvermögen der Räume am gesamten rotierenden Flüs­ sigkeitsvolumen, so daß es auch bei hoher Exzentrizität, also maximalem Förderhub nicht zur Restentleerung der Räume kommen kann. Es verbleibt ein ständig umlaufender Flüssigkeitsring, der deshalb nicht zur Entleerung kommt, weil dem Innenrotor die Nähe des Außenrotors baulich verwehrt ist.

Diese Pumpe vermag die Erfüllung der Bedingungen für eine Wei­ terentwicklung zur selbsttätigen Fördermengenregelung mit aus­ reichender Entleerung nicht zu leisten.

Es wurde mit der Patentanmeldung P 44 34 430.9 bereits eine Pen­ delschiebermaschine vorgeschlagen, die mit einer selbsttätigen Regelung des Fördervolumens nach dem Leistungsbedarf arbeitet, damit in der Summe der Lösungselemente zuforderst andere Ziele verfolgt und auch erreicht und mit der vor allem bei leistungs­ starken Motoren entsprechend anteilmäßig hohe Leistungsbedarfs­ ersparnisse in beachtlichen Größenordnungen erzielt werden kön­ nen, weil mit dieser Pumpe eine Erzeugung eines Leistungsbedarf­ überschusses mit anschließender Leistungsvernichtung bis auf den tatsächlichen Bedarf nicht mehr stattfindet. Bei der für das Aufsetzen auf eine Kurbelwelle bereits vorgeschlagenen Pendelschieberpumpe hat sich gezeigt, daß ihre Förderräume in radialer Richtung schon relativ klein gehalten werden können und diese wegen ihrer Leistungsersparnis in der Verwendung für größere Motoren interessant sind. Diese Pendelschieberpumpe hat jedoch eine sie regelnde Steueranordnung in Form von teilkreis­ förmigen Kanälen ausgebildet, die zeitweilig zu den Nuten ver­ bunden sind, wobei in die von der Außenrotorseite in die Nuten eintauchenden, sich selbst abdichtenden Pendelmitnehmer unter ihrem Mitnehmerfuß mit den wechselnden Drücken beaufschlagt werden. Diese Pumpe besitzt aus Steuerungsgründen an ihrem Mit­ nehmerfuß saugend geführte, sich selbst abdichtende Pendelmit­ nehmer, bei denen der in den Innenrotor eintauchende Mitnehmer­ fuß größer ist als der Mitnehmerkopf im Außenrotor. Dieser Vor­ schlag bietet gute Vorbedingungen für die zur Lösung anstehen­ den technischen Probleme.

Bei bisherigen Pendelschieberpumpen von größerbauendem Durchmes­ ser und Pendelmitnehmern mit beidseitigen Gleitflanken sind zwangsläufig mehrere Pendelmitnehmer im Innenrotor zum Antreiben des Außenrotors tragend im Eingriff.

Da bei einem großen Durchmesser der Pendelschieberpumpe notwen­ digerweise immer mehrere Pendelmitnehmer mit beidseitig gleich ausgebildeter Gleitflankenkontur im Innenrotor gleitend an den Schaftflanken im Eingriff stehen sollen, können auch hier sich bereits geringe Toleranzdifferenzen in der Teilung der Nuten und Pfannen sowie der Form der Gleitflanken als Störungen bei der Pumpraumabdichtung durch Klemmeffekte auswirken.

Bei kleineren Motoren, zum Beispiel für Personenkraftwagen, Boote u. a. stehen gewünschte Raumverhältnisse manchmal nicht zur Ver­ fügung, und die Regelung des Leisungsbedarfs wird dort unter In­ kaufnahme einer anfallenden Verlustleistung mittels eines Über­ druckventils vorgenommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pendelschiebermaschine mit minimierter Masseträgheit für schnelle Lastwechsel bei Hubraum­ veränderungen zu schaffen, die Leistungsersparnisse, eine ge­ sicherte flinke Regelungsanpassung bei Anwendung einer selbst­ tätigen Fördermengenänderung und gegenüber bisherigen Lösungen unter Verwendung von sich selbst abdichtenden Pendelmitnehmern zudem eine Fördervolumenvergrößerung je Umdrehung bereits bei geringer Exzentrizität für diese Pumpenart erzielt, um eine geringere Regelungshäufigkeit und kürzere Regelungswege darü­ ber einen ruhigen Lauf sowie eine Beruhigung in der Regelung zu erreichen, damit bei drehzahlgleicher hoher oder niederer Drehzahl eine Konstantförderung gehalten, also keine Förder­ leistungsdifferenzen im Vergleich zwischen den einzelnen Um­ drehungen aber auch bei Drehzahlwechsel immer eine Mindest­ grundversorgung, die z. B. bei abfallenden Drehzahlen eine nicht versagende ansteigende Befüllung in den einzelnen Umdrehungen gewähren kann und die auch auf Kurbelwellen aufsteckbar ist, de­ ren Differenzdurchmesser zwischen Außendurchmesser gegenüber ei­ nem bereits größeren Durchmesser vom Innenrotor noch kleinerbau­ ender ausgeführt werden kann.

Eine als Pumpe oder Hydromotor einsetzbare, regelbare Pendel­ schiebermaschine für eine Drehrichtung, die im Gehäuse mit Saug­ leitung am Saugkanal und Druckleitung am Druckkanal versehen ist, enthält mindestens einen Rotorsatz. Der Rotorsatz besteht aus einem Innenrotor sowie einem zu diesem verschieblichen Außenro­ tor mit mehreren in den Außenrotor eingelagerten Pendelmitneh­ mern. Die Pendelmitnehmer überbrücken in begrenzter Kippneige eine Durchmesserdifferenz im Rotorsatz, ergeben Kammern und üben gleitend eine Pumpwirkung aus. Die Pendelmitnehmer reichen mit mehreren ihrer zu den Wänden der Nuten saugend geführten Mitneh­ merfüße und mit Gleitflanken und deren Abgleitradius hinein und herausgeführt in die Nuten vom Innenrotor und gewähren darüber die Drehmitnahme auf den Außenrotor.

Es wurde gefunden, daß jeder Pendelmitnehmer entsprechend seiner Verwendung nur einseitig zwischen Mitnehmerkopf und Mitnehmerfuß die Gleitflanke als berührende Abgleitkurve besitzt und mit der gegenüberliegenden Gegenkontur berührungslos zu der Wand von der Nut für den gesamten Rotationsbereich ausgebildet ist. Damit ist im Innenrotor zwischen den hinein- oder herausgeführten Pendel­ mitnehmern stets nur ein Pendelmitnehmer im Kontaktbereich ein­ seitig gleitend, also mit nur einer Gleitflanke an einer Wand von der Nut kippbegrenzt zum Innenrotor gleitend und tragend und an seinem Mitnehmerfuß zu den Wänden beidseitig in Gleitkontakt­ eingriff für die Drehmitnahme auf den Außenrotor angeordnet.

Der Querschnitt der Druckflächen des Mitnehmerkopfes ist kleiner als der des Mitnehmerfußes. Jeder Pendelmitnehmer ist unterhalb des Mitnehmerkopfes vor der Gleitflanke mit einem Bord für eine Begrenzung der Abgleitkurve zum korrespondierenden Abgleitradius am Innenrotor versehen. Der Bord gewährt die Bewegungsfreiheit dem klein ausgeführten Mitnehmerkopf im Außenrotor.

Im Innenrotor besitzt die bei der den nur einen Abgleitradius ge­ genüberliegenden, drehrichtungszugewandten Wand von der Nut eine zum Grund der Nut, unter den Mitnehmerfuß reichende Aussparung und bildet darüber den Kanal für einen zweiten Pumpraum.

Die Varianten enthalten besonders ausgeformte Schaftflanken, de­ ren Bauformen zweckgerichtet Anwendung finden.

Eine erste Variante der Pendelmitnehmer für den drehrichtungs­ abhängigen Betrieb der Pendelschiebermaschine ist an seinen Schaftflanken zur Mittelachse von Mitnehmerkopf zu Mitnehmerfuß asymmetrisch ausgebildet, wobei der Pendelmitnehmer drehrich­ tungsabgewandt nur einseitig zwischen Mitnehmerkopf und Mitneh­ merfuß die Gleitflanke als berührende Abgleitkurve besitzt und mit der gegenüberliegenden Gegenkontur eine Berührung zu der drehrichtungszugewandten Wand von der Nut über den gesamten Ro­ tationsbereich ausschließt.

Die zweite Variante der Pendelschiebermaschine für eine drehrich­ tungsunabhängige Montage der Pendelmitnehmer ist jeder Pendel­ mitnehmer an seinen Schaftflanken symmetrisch und beiderseits mit Borden versehen ausgebildet und besitzt durch Profilverschiebung der beiden Gleitflanken hin zur Mittellinie der Pendelmitnehmer die nur einseitige Berührung der Gleitflanke zu der drehrich­ tungsabgewandten Wand von der Nut aber die zweiten Gleitflanke über den gesamten Rotationsbereich nur als berührungslose Gegen­ kontur wirkend.

Die zum Grund der Nuten reichenden Aussparungen bei den dreh­ richtungszugewandten Wänden sind in der einen Variante der Er­ findung direkt in den drehrichtungszugewandten Wänden von den Nuten ausgebildet.

In einer Alternative dazu ist die Aussparung auf der Seite der drehrichtungszugewandten Gegenkontur im Bereich des Mitnehmer­ fußes vom Pendelmitnehmer angeordnet.

Die Pendelschiebermaschine ist extrem kleinbauend. Dadurch, daß die Mitnehmerköpfe klein gehalten werden können, ohne daß sich dieses auf die Vergrößerung der Kippneige auswirkt, kann auch der Außenrotor geringere Abmessungen erhalten. Ebenso entfällt der Platzbedarf für die Steuerung unter den Mitnehmerfüßen. Hin­ zu kommt, daß durch die zusätzliche Fördervolumenvergrößerung von ca. 25% des Kammervolumens mit hohem Entleerungsgrad die Pumpe bereits in geringeren Abmessungen dimensioniert werden kann und damit ihre Kompaktbauweise zuläßt. Bei dieser Ausbildung des Pendelmitnehmers mit einseitig gleitend und tragender Gleit­ flanke werden gleichförmige Bewegungen von Innenring und Außen­ ring erzeugt.

Auf der Seite der Gegenkontur ist der Pendelmitnehmer so gestal­ tet, daß eine lineare Wandberührung in der Nut vom Innenrotor nur im Bereich des Mitnehmerfußes erfolgt.

Mit der Minimierung der im Schlepp bewegten Bauteilemassen er­ reicht die Fördermengenregelung eine schnelle selbsttätige An­ passung an den jeweiligen Fördermengenbedarf bei hoher Sicher­ heit der Volumenkonstanz nach dem jeweils eingestellten Befül­ lungsgrad. Die fördervolumenvergrößernde Bauweise gewährt der Pendelschiebermaschine ein optimales Masse-Leistungs-Verhältnis.

Die Erfindung soll in mehreren Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine aufgeschnittene Pendelschiebermaschine in der Drauf­ sicht und den zwei Darstellungen der alternativen Ausbil­ dungen der Aussparungen im Innenrotor bei den drehrich­ tungszugewandten Wänden von der Nut, bei A mit der Aus­ sparung in der Wand der Nut oder bei B mit der Aussparung am Mitnehmerfuß,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse nach Fig. 1 mit Stirn­ deckel, Gehäusebohrung für den Wellendurchgang, Saug­ kanal und Druckkanal in der Stirnseite des Gehäuses, jedoch ohne den Rotorsatz,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Pendelmitnehmers mit Bord und sein Tragbild im Außenrotor und Innenrotor nach Darstellungsvariante B aus Fig. 1, aber gezeigt bei der Drehmitnahme analog Fig. 4, mit nur einer Gleitflanke sowie der Aussparung auf der Seite der drehrichtungs­ zugewandten, gegenüberliegenden berührungslosen Gegen­ kontur im Bereich des Mitnehmerfußes und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines symmetrischen Pendel­ mitnehmers mit zwei Borden und sein Tragbild im Außenrotor und Innenrotor nach Darstellung A aus Fig. 1 bei der Dreh­ mitnahme mit Profilverschiebung beider Gleitflanken sowie der Aussparung in der drehrichtungszugewandten Wand der Nut.

In Fig. 2 hat die Pendelschiebermaschine als Pumpe am Gehäuse 1, das seitlich von seiner Stirnseite 24 und einem angeflanschten Stirndeckel 25 verschlossen wird, je einen Anschluß für eine Saug­ leitung am Saugkanal 30 und eine Druckleitung am Druckkanal 31.

In Fig. 1 ist der Innenrotor 5 durch eine Trennlinie geteilt dar­ gestellt, wobei die Trennlinie nur für die Innenrotordarstellung gilt. Die linke Innenrotorhälfte ist mit "A" bezeichnet und zeigt die Aussparung 20 in der drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut 16. Die rechte Innenrotorhälfte, mit "B" bezeichnet, zeigt die Aussparung 20′ in der drehrichtungszugewandten Seite des Mitneh­ merfußes 14 bei der drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut 16.

Die Pendelschiebermaschine aus Fig. 1 enthält ein im Gehäuse 1 verschieblichen Steuerschieber 21. Der Steuerschieber 21 nimmt einen Rotorsatz 4, bestehend aus einem Innenrotor 5, einem um diesen verschieblichen Außenrotor 7 mit mehreren in den Außenro­ tor 7 eingelagerten Pendelmitnehmern 9 auf.

Außenrotor 7, Innenrotor 5 und Pendelmitnehmer 9 liegen mit ih­ ren Rotationsflächen an der Stirnseite 24 des Gehäuses 1 und dem parallelen Stirndeckel 25 gleitend und dichtend an und gestalten als Rotorsatz 4 im Steuerschieber 21 Kammern. Der Außenrotor 7 ist zu der Rotationsachse des Innenrotors 5 exzentrisch ver­ schieblich verstellbar und wird im Lager 22 des Steuerschiebers 21 vom Innenrotor 5 aus über die Pendelmitnehmer 9 mitdrehend an­ getrieben. Die Pendelmitnehmer 9 überbrücken beim herein- und herausführen in den und aus dem Innenrotor 5 zudem eine Durchmes­ serdifferenz im Rotorsatz 4 und reichen kippbegrenzt sowie ein­ zeln nacheinander an einer Mitnahmestelle, hier ca. 45° bei die­ ser Aufteilung in acht Nuten, von Pendelmitnehmer auf der Mittel­ linie bei "A" bis Pendelmitnehmer 9, gleitend in den Innenrotor 5. Der Beginn der Mitnahmestelle verschiebt sich bei kleiner wer­ dendem Förderspalt bei "A" in Richtung oberhalb der Mittellinie Im Außenrotor 7 sind in Pfannen 15 mehrere schwenkbar eingehängte Pendelmitnehmer 9 angeordnet, die sich in die Nuten 16 des Innen­ rotors 5 für die Zwecke der Drehmitnahme des Außenrotors 7 durch den Innenrotor 5 und der fliehkraftunabhängigen Kammerbildung er­ strecken. Allesamt ergeben sie den Rotorsatz 4 mit veränderba­ ren Kammern. Die in der Größe veränderbaren Kammern sind dadurch fliehkraftunabhängig und bestehen aus vier mitdrehenden und zwei überstrichenen Kammerwänden, die von Stirnseite 24 und Stirndeckel 25 gebildet werden. Die Pendelmitnehmer 9 ermöglichen außer der Mitnehmerfunktion für den Außenrotor 7 zusätzlich die Funk­ tion von Kammertrennwänden, bilden unterhalb der Mitnehmerfüße 14 einen zweiten Pumpraum 32 und übernehmen mit dieser Aufteilung der Pumpräume 8/32 bei exzentrischer Drehung erst die Füllung und das Entleeren des Rotorsatzes 4, teilweise oder vollständig. Der zweite Pumpraum 32 beginnt unter dem Mitnehmerfuß 14. Die Pendelmitnehmer 9 üben selbst im zweiten Pumpraum 32 unter den Mitnehmerfüßen 14 die Saug- und Druckförderung aus. Die Pendel­ mitnehmer 9, die die Drehbewegung vom Innenrotor 5 auf den Au­ ßenrotor 7 übertragen, übernehmen auch dabei die Funktion der mitdrehenden Kammertrennwände. Die Pendelmitnehmer 9 wirken als variable Doppelkammertrennwände und gleichzeitig als Druckkolben. Für die Mehrfachnutzung der pumpeneigenen Bauelemente kommen die Pendelmitnehmer 9, als Druckkolben, die Nuten 16 als hydrauli­ scher zweiter Pumpraum 32 und die Pendelmitnehmer 9 als Elemente der Steuerung einer Kammerabgrenzung bei gleichem Fördermedium­ druck, bei ständigem Fördermediumabfluß, zum Einsatz.

Die Pendelschiebermaschine gestattet gleichzeitig die Verwendung aller für die Förderung benötigten Teile des Rotorsatzes 4 in dieser Variante für die Vergrößerung der Förderleistung.

Im Gehäuse 1 ist in einem Federraum 2 eine Feder 3 angeordnet, die den Steuerschieber 21 an seinem Trennsteg im Schiebesitz des Gehäuseinnenraumes gegen Anschlag 23 wirkend durch den im Drehpunkt im Gehäuse 1 eingefaßten Steuerschieber 21 in seine ruhende Ausgangsstellung bringt, in der der Außenrotor 7 mit seinem Mittelpunkt exzentrisch zum Mittelpunkt bzw. zur Welle 6 des Innenrotors 5 steht, wobei die Innenfläche des Außenrotors 7 auf dem Außenmantel des Innenrotors 5 anliegt bzw. dem Außen­ mantel in geringem Abstand gegenübersteht. Im Außenmantel des Innenrotors 5 sind zentripetal verlaufend Nuten 16 eingearbeitet. Im Gehäuse 1 ist ein bearbeiteter Gehäuseinnenraum für den über die gesamte Gehäusebreite reichenden Steuerschieber 21 herge­ richtet, der sein Verschieben durch Schwenken in einer Vorein­ stellung um einen vorbestimmtes Maß gestattet. Im Außenrotor 7 sind von Stirnseite zu Stirnseite durchgängig rundum für jeden Pendelmitnehmer 9 Pfannen 15 in gleicher Anzahl wie die Nuten 16 in seine Innenfläche eingelassen. Die Pendelmitnehmer 9 sind am klein gehaltenen Mitnehmerkopf 10 im Außenrotor 7 gelagert, so daß hier nur geringe Reibungs- bzw. Quetschverluste auftreten. In diese Pfannen 15 und Nuten 16 seitlich eingeschoben sind Pen­ delmitnehmer 9 in den Außenrotor 7 mit ihrem zylinderförmig an­ geformten Mitnehmerkopf 10 und mit ihrem in die Nuten 16 reichen­ den Mitnehmerfuß 14. Der Mitnehmerfuß 14 ist an seinen Berüh­ rungslinien zu den parallelen Wänden 17/18 der Nuten 16 walzen­ förmig angeformt bzw. wälzkörperförmig ausgebildet, womit seine Paß- und Gleitfähigkeit zu den Nuten 16 gewahrt ist.

Diese Pendelmitnehmer 9 werden in radialen Nuten 16 des Innenro­ tors 5 am Mitnehmerfuß 14 beidseitig an deren Wänden 17/18 ge­ führt.

An den Pendelmitnehmern 9 ist der Querschnitt der Druckflächen des Mitnehmerkopfes 10 kleiner als der des Mitnehmerfußes 14. Der Pendelmitnehmer 9 ist unterhalb des Mitnehmerkopfes 10 vor den Gleitflanken 12 mit einem Bord 11 für eine Begrenzung der Abgleitkurve zum korrespondierenden Abgleitradius am Innenrotor 5 versehen. Damit kann einerseits der Mitnehmerkopf 10 auch in einer kleineren Geometrie so ausgelegt werden, daß er von den Pfannen 15 sicher umfaßt wird, ohne in eine nicht kontrollier­ bare oder unerwünschte Neigung zu geraten.

Mit der Verkleinerung des Mitnehmerkopfes 10 entsteht ein Außen­ rotor 7 von einer niedrigeren Rotationsmasse, womit sich auch zwangsläufig dessen Masseträgheit absenkt und der Regel- und An­ passungsvorgang für die Befüllung der beiden Pumpräume 8/32 flin­ ker vonstatten gehen kann.

Der in der Mitte des Druckbereiches jeweils im Druckkanal 31 auf der Mittellinie bei "A" von der linken Innenrotorhälfte befind­ liche Pendelmitnehmer ist alleinig in seiner maximal möglichen Kippstellung für die Mitnahmefunktion bis zur Stellung des näch­ sten Pendelmitnehmers 9 gegenüber dem Außenrotor 7 vorgesehen.

In Ruhestellung arretieren die auf der Mittellinie von der linken zur rechten Innenrotorhälfte, also von A zu B sich befindenden beiden Pendelmitnehmer 9 in den maximalen Kippstellungen im Innen­ rotor den Außenrotor 7 mit ihrem Mitnehmerkopf 10 und der jewei­ ligen mitnehmenden Gleitflanke 12 an der Abgleitkurve sowie der anderen Gleitflanke bzw. der Gegenkontur 13 und beidseitig mit den Mitnehmerfüßen 14 in den parallelen Wänden 17/18 der Nuten 16. Genau gegenüberliegend in der Mitte vom Saugkanal 30 bei "B" wird diese Stellung vom Mitnehmerkopf 10 und den Mitnehmerfüßen 14 des Pendelmitnehmers 9 eingenommen, wobei die jeweilige Gleitflanke als Gegenkontur 13 in dieser Kippstellung nicht trägt, sondern zur drehrichtungszugewandten Wand 18 freibleibend in der Nut 16 steht.

Die Feder 3 ist mit ihrer Einbaulänge so ausgelegt, daß sie den Hubweg für den Mittelpunkt vom Steuerschieber 21 maximal bis nahe dem Mittelpunkt des Innenrotors 5 mit einer Null-Förde­ rung beschränkt, so daß es nicht zur Umkehr der Förderrichtung kommen kann.

Betrachtet man eine mit dem Innenrotor 5 und dem Außenrotor 7 ex­ zentrisch umlaufende Kammer, d. h. den zwischen zwei Pendelmitneh­ mern 9 sowie dem zylindrischen Außenmantel des Innenrotors 5 und den von der zylindrischen Innenfläche des Außenrotors 7 von den Kammern gebildeten ersten Pumpraum 8, so stellt man fest, daß, ausgehend von einem mit minimalem Abstand zwischen Innenrotor 5 und Außenrotor 7, das Volumen dieser von den Pendelmitnehmern 9 durch Abteilen von Kammern gebildeten ersten Pumpraum 8 bei Dre­ hung über den Ringspalt kontinuierlich zunimmt, bis es durch Be­ füllung aus der Saugleitung über den Saugkanal 30 einen Maximal­ wert erreicht hat. Dabei dringt die angesaugte Flüssigkeit über die zum Grund der Nuten 16 reichende Aussparung 20, 20′ aus dem Förderspalt 33 in die Nuten 16 unter die Mitnehmerfüße 14 bis zu ihrer Stellung am oberen Umkehrpunkt ein.

Ausgehend von der Zone mit Maximalvolumen nimmt der Förderspalt 33 bei weiterer Drehung des Rotorsatzes 4 als Volumen der Pump­ räume 8/32 wieder kontinuierlich ab, wobei das Fördermedium in diesem Bereich aus dem ersten Pumpraum 8 über den Druckkanal 31 austreten kann. Dabei treibt der ab dem Umkehrpunkt sich in der Nut 16 nach unten bewegende Mitnehmerfuß 14 die Förderflüssig­ keit über die Aussparung 20, 20′ aus den Nuten 16 des zweiten Pumpraumes 32 in den ersten Pumpraum 8. Dieser von den Pendelmit­ nehmern 9 bestrichene Teilbereich bildet von den Pumpräumen 8/32 den Druckraum der Pumpe.

In der exzentrischen Stellung des Außenrotors 7 zum Innenrotor 5 zeigt sich der maximal mögliche Förderspalt 33 der Pendelschieber­ maschine, in dem das Volumen der Kammern als ersten Pumpraum 8 bis zur maximalen Füllung zunimmt und gegenüberliegend bis zur Ent­ leerung wieder abnimmt. Der Förderspalt 33, der sich aus der Ex­ zentrizität von Innen- und Außenrotor 5/7 bei gemeinsamer Drehung ergibt, bildet den ersten Pumpraum 8.

Die von den Pendelmitnehmern 9 bis zur vollen Befüllung über­ strichene Bereiche werden als Saugräume definiert, da bei der Drehung des Rotorsatzes 4 das Fördermedium bis zum Scheitel­ punkt angesaugt wird. Somit ist im Förderspalt 33 auf der Befüll­ seite nach dem Saugkanal 30 der Saugraum und auf der Entleerungs­ seite bis zum Ende des Druckkanals 31 der Druckraum angeordnet, der mit der Druckleitung verbunden ist.

Bei der exzentrischen Stellung zwischen Innenrotor 5 und Außen­ rotor 7 wird ein von den Pendelmitnehmern 9 und dem Außenrotor 7 überstrichener erster Pumpraum 8 definitiv aus den Kammern gebil­ det, der vom Fördermedium befüllt und nach deren Drehung des Ro­ torsatzes 4 sich über den Druckkanal 31 wieder vom Fördermedium entleert. So zusammengesetzt, geben Außenrotor 7, Pendelmitnehmer 9 und Innenrotor 5 einen Rotorsatz 4 ab, bilden aus den Kammern einen ersten Pumpraum 8 und gestalten mit den Aussparungen 20, 20′ als seine Überströmkanäle den Zugang zu dem zweiten Pumpraum 32. Der Antrieb besteht aus der Welle 6 oder einem Wellendurchgang zum Aufsetzen auf die Kurbelwelle und sorgt für die kraftschlüs­ sige oder formschlüssige Mitnahme des Innenrotors 5. Der Antrieb kann eine Welle 6 aber auch statt dieser ein in der Stirnseite 24 und dem Stirndeckel 25 gelagerter Wellendurchgang durch den Innenrotor 5 sein, der eine kraftschlüssige oder formschlüssige Mitnahme des Innenrotors 5 ermöglicht.

Wenn Außenrotor 7 und Innenrotor 5 nahezu konzentrisch zueinander zu stehen kämen, änderte sich das Volumen aller Kammern bei der Drehung des Rotorsatzes 4 trotz der als Kammerdichtwände wirken­ den Pendelmitnehmer 9 nicht oder unwesentlich, weil so das För­ dermedium lediglich umgewälzt, jedoch nicht mehr gepumpt wird. Obwohl alle Kammern um den Rotorsatz 4 die gleiche Größe aufwei­ sen, ist das Fördervolumen vom ersten und zweiten Pumpraum 8/32 gleich Null.

In dieser Stellung wären alle Pendelmitnehmer 9 an der Übertra­ gung der Drehbewegung vom Innenrotor 5 auf den Außenrotor 7 in gleichem Maße beteiligt, und alle wiesen die gleiche Neigungsla­ ge auf. Die Feder 3 verhindert, daß der Steuerschieber 21 über diese Stellung der Null-Förderung hinaus verschoben werden kann, da sich die Pumprichtung bei Beibehaltung der Drehrichtung um­ kehren würde. Da auch diese Pumpe bevorzugt zur druck- und lei­ stungsgerechten Versorgung bei kontinuierlichem Verbrauch ein­ gesetzt wird, wird der Betriebszustand einer Null-Förderung prak­ tisch dabei nicht eintreten, da ein ständiger Verbrauch eine Null-Förderung ausschließt. Von Interesse ist dieser Betriebs­ fall während des Anfahrens, beim Einsatz als Dosierpumpe.

Das Anlaufen einer Pendelschiebermaschine geschieht durch das Wirken der Kraft der Feder 3 auf den Steuerschieber 21 bei voll geöffneter Befüllungseinstellung der Kammern, also der beiden Pumpräume 8/32 im Rotorsatz 4 und ergibt die Maximalbefüllung der beiden Pumpräume 8/32 wegen des Starts unter der maximalen Exzentrizität.

Nach dem Start, im Anfahren der Pumpe, führen die Pendelmitnehmer 9 beim Überstreichen des weit geöffneten Förderspaltes 33 wegen des Fehlens einer Förderflüssigkeitsdruckbeaufschlagung im Steu­ erraum 28 zu Anfang eine zentrifugale Ansaugbewegung, wegwärts vom Grund der Nuten 4 des Innenrotors 5 aus. Ein ständiger Ablauf und Verbrauch des Förderstromes bei durch die Betriebsverhältnis­ se vorbestimmtem Verbrauchsdruck aus dem Austritt wird während des Betriebes der Pumpe vorausgesetzt, woraus sich bei einigen vollen Kammerfüllungen in der Druckleitung bis in den Steuerkanal 29 und Steuerraum 28 unmittelbar ein Rückstau aufbaut und der Steuervor­ gang beginnt. Dabei drückt der Steuerschieber 21 am Lager 22 den Außenrotor 7 gegen den in seiner Rotationsachse fixierten Innen­ rotor 5 auf die Feder 3 zu, wodurch alle Kammern des ersten Pump­ raumes 8 im Saugraum über den Saugkanal 30 eine gering abnehmende Befüllung mit Fördermedium erhalten.

Für die Steuerung der Pendelschiebermaschine ist der Steuerkanal 29 in der Stirnseite 24 bzw. dem Stirndeckel 25 des Gehäuses 1 eingearbeitet. Er ist für das zentripetale Abströmen und das ra­ diale Zuströmen des Fördermediums in den und aus dem Steuerraum 28 eingerichtet.

Der Saugkanal 30 steht immer mit dem Ausgleichkanal 27, der Druckkanal 31 immer über den Steuerkanal 29 mit dem Steuerraum 28 in Verbindung, wodurch der Steuerschieber 21 an seinem Außenman­ tel mit dem Förderdruck des Fördermediums in der Gehäusehälfte zwischen dem eingefaßten Drehpunkt vom Steuerschieber 21 und sei­ nem Trennsteg aus dem Steuerraum 28 gegen den Druck der Feder 3 mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird. Über den Saugkanal 30 steht immer Ansaugmedium von niederigem Druck mittels dem Aus­ gleichkanal 27 an dem gegenüberliegenden Umfang des Steuerschie­ beraußenmantels bis zum- Federraum 2 an und sorgt dafür, daß sich das hydraulische System der Beaufschlagung und Entlastung des Steuerschiebers 21 nicht blockiert.

Damit die Steuerung der Pendelschiebermaschine nicht blockiert, führt der Ausgleichskanal 27 zur Leckölableitung aus dem Gehäuse­ innenraum auf der Seite der Feder vom Steuerschieber 21 zum Aus­ gleichsraum 26 in dem Gehäuse 1.

Die Befüllmengen aller nachfolgenden Pumpräume 8/32 folgen bis zur nächsten Änderung dieser sich einstellenden Befüllsteuerung.

Bleibt es bei konstantem Abnahmedruck der Verbraucher im Druck­ kanal 31, so ändert sich das Fördervolumen der Pumpräume 8 we­ gen des gleichzeitig über den Steuerkanal 29 im Steuerraum 28 anliegenden Steuerdruckes nicht.

Erfolgt allerdings eine Druckabsenkung und Volumenänderung wegen eines plötzlichen Verbrauchsanstiegs oder auf Grund der Dreh­ zahlabsenkung eine Druckabsenkung und ein gesteigerter Förder­ volumenbedarf im Druckkanal 31, so fällt der Druck gleichzeitig im Steuerkanal 29 und Steuerraum 28 und die Feder 3 schwenkt den Steuerschieber 21 an seinem Trennsteg in Richtung auf den Anschlag 23 zu, so daß sich der Förderspalt 33 öffnet und mit dieser Hubraumveränderung sofort ein vergrößertes Fördervolumen am Druckkanal 31 bis zum Steuerraum 28 zur Verfügung steht und bei fehlendem weiteren Anstieg des Bedarfs wieder zum ansteigen­ den Druck im Steuerraum 28 führt und wiederum den Förderspalt 33 gegen den Druck der Feder 3, verkleinert.

Zwischen den walzenförmigen Teilen des Mitnehmerfußes 14 und dem Mitnehmerkopf 10 ist am Pendelmitnehmer 9 eine Gleitflanke 12 mit seiner Abgleitkurve ausgeformt. Die Neigung ist von der maxi­ malen Exzentrizität im Rotorsatz 4 bestimmt. Jede Nut 16 besitzt an dem Übergang ihrer Wände 17/18 zum Außenmantel des Innenrotors 5 auf der Seite der Gleitflanke 12 einen Abgleitradius 19.

Der Pendelmitnehmer 9 nach der Erfindung kann nach Fig. 3 asymme­ trisch und nach Fig. 4 auch symmetrisch ausgeführt sein.

Die Darstellung in Fig. 3 entspricht der Ausführung der Pendel­ mitnehmer im Innenrotor nach "B" aus Fig. 1, wird aber gezeigt bei der Drehmitnahme wie sie bei der angezeigten Drehrichtung nur in der gegenüberliegenden Bildhälfte von der Bildmitte bei "A" bis zu dem mit Bezugszeichen 9 bezifferten Pendelmitnehmer vor­ kommt. Bei dem drehrichtungsabhängigen Betrieb, für den diese Variante vorgesehen ist, ist der Bord 11 auf der Seite der Gleitflanke 12 in Funktion gezeigt.

In der symmetrischen Ausführung nach Fig. 4 ist der Pendelmitneh­ mer durch eine Profilverschiebung seiner beiden Gleitflanken hin zu seiner Mittellinie so gestaltet, daß er drehrichtungsunabhän­ gig montiert werden kann. Dennoch hat er die Eigenschaft, daß seine zweite Gleitflanke 12 während des Betriebes eine berüh­ rungslose Gegenkontur 13 darstellt, die eine Berührung zu der drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut 16 ausschließt, womit gesichert ist, daß das Ein- und Ausgleiten mit Berührung zur Wand 17 nur von der ersten Gleitflanke 12 an ihrer Abgleitkurve erfolgt.

Im Grunde benötigt man also die mit gleicher Kontur ausgeformte zweite Gleitflanke funktional nicht, wenn die Pendelschieberma­ schine nur für den Betrieb in einer Drehrichtung ausgelegt wird. Deshalb ist nach Fig. 3 in der ersten Variante der Pendel­ mitnehmer 9 an seinen Schaftflanken asymmetrisch ausgebildet. So­ mit kann die alleinige Gleitflanke 12 mit seiner alleinigen Ab­ gleitkurve an der Schaftflanke nur noch einen Pendelmitnehmer 9 und zwar einseitig gleitend, geführt an der Wand 17 der Nut 16 beteiligen, weil die Gegenkontur 13 eine Berührung zu der anderen Wand 18 von der Nut 16 ausschließt. Damit führen sich auch diese Pendelmitnehmer 9 beidseitig an ihrem walzenförmigen Mitnehmerfuß 14 in je einer geführten Berührungslinie zu den Wänden 17, 18 und nur ein Pendelmitnehmer 9 mit nur der einen Gleitflanke 12 kann an der Wand 17 von der Nut 16 kippbegrenzt zum Innenrotor 5 gleitend und tragend im Eingriff für die Drehmitnahme auf den Außenrotor 7 wirken. Alle weiteren hinein- und hinausgeführten Pendelmitnehmer 9 haben währenddessen keine Berührung mit ihrer Gleitflanke 12 an der Wand 17 der Nut 16 im Innenrotor 5. Jeder der Pendelmitnehmer 9 bleibt an den in Wälzkörperkontur ausgebildeten Mitnehmerfüßen 14 in je einer Berührungslinie zu beiden Seiten der Wände 17/18 mit der Nut 16 stets in Kontakt.

Die geometrische Form der Pendelmitnehmer 9, mit dem in der Nut 16 walzenförmig gestalteten Mitnehmerfuß 14 und seiner Gleitflan­ ken 12 bei den Abgleitkurven ermöglicht eine gleichmäßige, syn­ chron zum Motor verlaufende Bewegung des Außenrotors 7 ohne Be­ schleunigung und Verzögerung. Die Gleitflanke 12 hat die Form ei­ ner Evolvente. Um das Ein- und Ausgleiten des Pendelmitnehmers 9 in der Nut 16 zu gewährleisten, hat die Gleitflanke 12 in den Be­ reich der Mitnahme an den unterschiedlichen Stellen die Mitnahme der sich berührenden Ränder an seiner Abgleitkurve zu sichern.

Im Innenrotor 5 besitzen die bei den dem nur einen Abgleitradius 19 gegenüberliegenden, drehrichtungszugewandten Wände 18 von der Nut 16 eine zum Grund der Nut 16 reichende Aussparung 20, 20′. Dabei kann die Aussparung wahlweise in der drehrichtungszugewand­ ten Wand 18 der Nut 16 als Aussparung 20 oder auf der Seite der drehrichtungszugewandten Gegenkontur 14 als Aussparung 20′ im Be­ reich des Mitnehmerfußes 14 vom Pendelmitnehmer 9 ausgebildet sein. Die Aussparung 20, 20′ bildet darüber einen Kanal für den Flüssigkeitszustrom und -abstrom für den zweiten Pumpraum 32.

Bis zur Stelle des jeweils minimalsten Abstandes im Förderspalt 33, zwischen Innenrotor 5 und Außenrotor 7, taucht jeder der Pen­ delmitnehmer 9 immer wieder in den Bereich des zweiten Pumpraumes 32 ein und hält sich dort nur am unteren, veränderlichen Umkehr­ punkt, der von der Förderspalthöhe abhängt und dessen Tiefe be­ stimmt, für den Entleerungsvorgang entsprechend tief eingetaucht kurz auf. Dabei fließt das Fördermedium entweder nach Fig. 4 über die Aussparung 20 neben der Nut 16 um den Mitnehmerfuß 14 oder nach Fig. 3 über die im Bereich des Mitnehmerfußes 14 gestaltete Aussparung 20′ aus dem zweiten Pumpraum 32 heraus oder hinein. In den zweiten Pumpraum 32 gelangt die zu fördernde Flüssigkeit nur über den im Förderspalt 33 sich gestaltenden ersten Pumpraum 8. Trotz zweier angeordneter Pumpräume 8/32 befördert die Pendel­ schiebermaschine die Saug- und Druckförderströmung und beauf­ schlagt daraus seinen eigenen Steuerdruck auf den Steuerschieber 21 aus dem einzigen Saugkanal 30 in den einzigen Druckkanal 31, aber stets durch den ersten Pumpraum 8 gemeinsam, nacheinander ohne Drucksprünge.

Die Aussparungen 20, 20′ auf der Seite der drehrichtungszugewand­ ten Gegenkontur 13 im Bereich des Mitnehmerfußes 14 oder in der drehrichtungszugewandten Wand 18 der Nut 16 gewähren ein unge­ hindertes Ausströmen der Förderflüssigkeit in den Förderspalt 33, wenn der Förderspalt 33 sich weiter schließt.

Auf diese Weise dienen die Nuten 16 nicht nur der Führung der Pendelmitnehmer 9 und der Übertragung der Drehbewegung über die parallelen Wände 17/18 der Nuten 16 und der sich an die Gleit­ flanke 12 anschließende Abgleitkurve vom Innenrotor 5 auf den Außenrotor 7, sondern auch als zweiter Pumpraum 32, bei Saug- und Druckbelastung der Mitnehmerfüße 14 mit dem und vom Fördermedium, über die gesamte Hublänge in den Nuten 16.

Beim Fördermedium erfolgt also gleichzeitig bis unter die Mitneh­ merfüße 14 eine Saug- und Druckförderung.

In der Pendelschiebermaschine und ihrer Anwendung als Pumpe wa­ ren die vorhandenen Bauelemente gleichzeitig für die Förderung als fördervolumenvergrößernder Doppelpumpraum nutzbar zu machen. Die Pendelschiebermaschine ist unter Verwendung bereits bekannter Stellelemente auch als Dosierpumpe und Hydromotor einsetzbar.

Claims (5)

1. Pendelschiebermaschine, einsetzbar als Pumpe oder Hydromotor, mit Saugleitung am Saugkanal und Druckleitung am Druckkanal im Gehäuse, enthaltend mindestens einen Rotorsatz, bestehend aus einem Innenrotor, einem zu diesem im Lager eines Steuerschie­ bers verschieblichen Außenrotor mit mehreren in den Außenro­ tor eingelagerten Pendelmitnehmern, wobei die Pendelmitnehmer eine Durchmesserdifferenz im Rotorsatz überbrückend Kammern bilden und in begrenzter Kippneige sowie gleitend eine Pumpwir­ kung ausübend, mit mehreren ihrer zu den Wänden der Nuten sau­ gend geführten Mitnehmerfüßen und mit Gleitflanken und deren Abgleitradius hinein- und herausgeführt in die Nuten vom In­ nenrotor reichen und darüber die Drehmitnahme auf den Außen­ rotor gewähren, gekennzeichnet dadurch, daß

• - jeder Pendelmitnehmer (9) nur einseitig zwischen Mitneh­ merkopf (10) und Mitnehmerfuß (14) die Gleitflanke (12) als berührende Abgleitkurve besitzt und mit einer gegenüberlie­ genden Gegenkontur (13) berührungslos zu der Wand (18) von der Nut (16) über den gesamten Rotationsbereich ausgebildet ist, wodurch am Innenrotor (5) zwischen den hinein- oder herausgeführten Pendelmitnehmern (9) stets nur ein Pendel­ mitnehmer (9) im Kontaktbereich einseitig gleitend, also mit nur einer Gleitflanke (12) an einer Wand (17) von der Nut (16) kippbegrenzt zum Innenrotor (5) gleitend und tra­ gend und an seinem Mitnehmerfuß (14) zu den Wänden (17, 18) beidseitig im Gleitkontakteingriff für die Drehmitnahme auf den Außenrotor (7) angeordnet ist,
• - der Querschnitt der Druckflächen des Mitnehmerkopfes (10) kleiner als der des Mitnehmerfußes (14) ist, der Pendel­ mitnehmer (9) unterhalb des Mitnehmerkopfes (10) vor der Gleitflanke (12) mit einem Bord (11) für eine Begrenzung der Abgleitkurve zum korrespondierenden Abgleitradius (19) am Innenrotor (5) versehen ist, sowie
• - im Innenrotor (5) bei den dem nur einen Abgleitradius (19) gegenüberliegenden, drehrichtungszugewandten Wänden (18) von der Nut (16) eine bis zum Grund der Nut (16), unter den Mit­ nehmerfuß (14) reichende Aussparung (20, 20′) besitzen und darüber den Kanal für einen zusätzlichen zweiten Pumpraum (32), bildet.

2. Pendelschiebermaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Pendelmitnehmer (9) für den drehrichtungsabhängigen Betrieb an seinen Schaftflanken zur Mittelachse von Mitnehmer­ kopf zu Mitnehmerfuß asymmetrisch ausgebildet ist, drehrich­ tungsabgewandt, nur einseitig zwischen Mitnehmerkopf (10) und Mitnehmerfuß (14) die Gleitflanke (12) als berührende Abgleit­ kurve besitzt und mit der gegenüberliegenden Gegenkontur (13) eine Berührung zu der drehrichtungszugewandten Wand (18) von der Nut (16) über den gesamten Rotationsbereich ausschließt.

3. Pendelschiebermaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Pendelmitnehmer (9) für eine drehrichtungsunabhängi­ ge Montage der Pendelmitnehmer (9) an seinen Schaftflanken symmetrisch ausgebildet und beiderseits mit Borden (11) ver­ sehen ist, und durch Profilverschiebung der beiden Gleitflan­ ken (12) hin zur Mittellinie der Pendelmitnehmer (9) nur die einseitige Berührung der Gleitflanke (12) zu der Wand (17) von der Nut (16) aber die zweiten Gleitflanke (12) als berüh­ rungslose Gegenkontur (13) wirkend über den gesamten Rotati­ onsbereich besitzt.

4. Pendelschiebermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet dadurch, daß die Aussparung (20) direkt in den drehrichtungszugewandten Wänden (18) von den Nuten (16) aus­ gebildet ist.

5. Pendelschiebermaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeich­ net dadurch, daß die Aussparung (20′) auf der Seite der dreh­ richtungszugewandten Gegenkontur (13) oder Gleitflanke (12) im Bereich des Mitnehmerfußes (14) vom Pendelmitnehmer (9) angeordnet ist.