DE2146972C2 - Innenachsige Drehkolbenmaschine mit Kämmeingriff und festpunktlos gelagertem Rotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine innenachsige Drehkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine Drehkolbenmaschine mit diesen Merkmalen ist bekannt (US-PS 34 52 680). Bei dieser Drehkolbenmaschine, die sowohl als Pumpe als auch als Motor verwendet werden kann, ist die Eingangs- oder Ausgangswelle mit dem Rotor duich eine Taumelwelle verbunden. Die Kupplung der Taumelwelle mit dem Rotor und mit der Eingangs- oder Ausgangswelle erfolgt jeweils über eine Zahnverbindung. Da die Rotationsachse der Eingangs- oder Ausgangswelle parallel, jedoch versetzt zur Achse des den Rotor umschließenden Stators verläuft, führt die Taumelwelle während des Betriebs der Drehkolbenmaschine neben ihrer Drehung um ihre eigene Achse zugleich auch noch eine Taumelbewegung um die Verlängerung der Rotationsachse der Eingangs- oder Ausgangswelle, d. h. also neben der Drehbewegung eine räumliche Bewegung aus. Dies hat entsprechende Belastungen der Zahnradverbindungen zur Folge, welche die Drehmomentübertragung der Taumelwelle begrenzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einer Drehkolbenmaschine der in der US-PS 34 52 680 beschriebenen Art die Zahnverbindungen so auszugestalten, daß besonders große Drehmomente zwischen der Eingangs- oder Ausgangswelle und dem Rotor übertragen werden können.

Nach Maßgabe der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird einerseits die Festigkeit der Außenzähne erhöht und werden andererseits die belasteten Außenzähne Beanspruchungen mit Druckwinkeln an den Zahnflanken von weniger als 45° und damit die belasteten Innenzähne einer Kompressionsbelastung unterworfen. Diese Maßnahmen haben zur Folge, daß die Zahnverbindungen besonders große Drehmomente übertragen können.

Zwar sind prinzipiell Zahnverbindungen bekannt (etwa US-Patentschriften 3174 302, 32 24 223), bei welchen der Druckwinkel etwa 45° und darunter beträgt, jedoch sind diese Zahnverbindungen lediglich Teil von Getriebeverbindungen zwischen Wellen mit voneinander abweichenden Achsrichtungen, bei denen die einzelnen Wellenabschnitte ausschließlich Rotationsbewegungen um ihre eigene Achse, nicht jedoch irgendwelche räumliche Bewegungen ausführen, und ist auch aus der zeich:, irischen Darstellung dieser Zahnverbindungen kein Hinweis dahingehend eniiiehmbar, wie die Bemessung von Zahnverbindungen am Teilkreis in Verbindung mit dem Druckwinkel der Zähne bei einer auch eine räumliche Bewegung ausführenden Welle zu erfolgen hat, um bei unveränderten Durchmes-

H serverhältnissen erhöhxe Drehmomente zu übertragen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehkolbenmaschine,

· F i g. 2 bis 5 Schnittansichten längs der Linien H-V in F i g. 1 sowie

Fig.6 eine vergrößerte Teüschnittansicht einer Zahnverbmdung längs der Linie VI-VI in F i g. 1.
Eine innenachsige drehkolbenmaschine, die als Pumpe oder Motor arbeiten kann, ist bei 10 dargestellt und weist ein Gehäuse 11 und einen zylindrischen Abschnitt 12 auf, innerhalb dem ein Stator 21 und ein Rotor 22 aufgenommen ist Der Stator 21 ist innen verzahnt und der Rotor 22 außen verzahnt Der Stator 21 weist eine zylindrische Umfangswand 23 auf, die mit radialem Abstand gegenüber einer Innenwand 24 des Zylinderabschnittes 12 unter Bildung eines Ringkanals 26 angeordnet ist

Der Stator 21 weist eine mittlere öffnung auf, die von einer Wand 27 begrenzt wird, in der im Winkelabstand voneinander eine Reihe von Aussparungen 28 ausgebildet ist In jeder dieser Aussparungen sitzt eine Rolle 29. Diese Rollen bilden die Inneverzahnung des Stators 21. Die Zwischenräume 30 zwischen den Rollen 29 bilden Kammern, die sich altemiereci ausdehnen oder zusammenziehen und zwar bei einem Betrieb des Rotors 22. Auf diese Weise wird eine Einströmung oder eine Ausströmung erzeugt

Der Rotor 22 weist eine Anzahl Zähne 31 auf. Die Anzahl der Zähne ist um eins geringer als die Anzahl der Zähne 29 des Stators 21. Die Wandabschnitte 32, die Paare von benachbarten Zähnen 31 verbinden, weisen eine Krümmung auf, die im allgemeinen der der äußeren Oberflächen der Zähne 29 entspricht

so Die Achse des Rotors 22 ist gegenüber der Achse des Stators 21 derart versetzt, daß eine Bewegung des Rotors 22 gegenüber dem Stator 21 gleichzeitig eine Drehbewegung und eine Umlaufbewegung ist, wie es an sich bekannt ist.

Die Arbeitswelle 15, die je nach Betrieb der Drehkolbenmaschine eine Eingangs- oder Ausgangswelle ist, ist im Gehäuse 11 um eine Achse drehbar gelagert, die mit der stationären Achse des Stators 21 fluchtet. Die Welle 15 ist mit einem Motor verbunden,

60. wenn die Maschine 10 als Pumpe verwendet wird, oder aber mit einem Antriebselement verbunden, wenn die Maschine als Hydraulikmotor verwendet wird. Die Welle 15 ist mit dem Rotor 22 mittels einer Taumelwelle 33 verbunden. Die Taumelwelle 33 weist eine Längsachse 34 auf, die unter einem Winkel zur Achse 36 der Welle 15 verläuft.

Um die Welle 15 und den Rotor 22 miteinander zu verbinden, sind zwei Zahnverbindungen 37 und 38 an

^: den Enden der Welle 33 vorgesehen. Die Zahnverbin- ^ dung 37 weist eine Reihe von Außenzähnen 39 auf, die i|' an der Welle 33 ausgebildet sind und einen komplemen- ;|j tären Satz von Innenzähnen 40, die an der Welle 15 ΐ ausgebildet sind. In ähnlicher Weise hat die Zahnverbin- % dung 38 eine Reihe von Außenzähnen 41, die an der f5 Rotorwelle 33 ausgebildet sind und einen komplementä- ·'! ren Satz von Innenzähnen 32, die am Rotor 22 ausgebildet sind. Die Außenzähne 39 und 41 die an der Welle 33 ausgebildet sind, sind in einer axii^: Richtung $ gekrümmt um die konische Raumbew^ung der ;■ Taumelwelle 33 aufzunehmen, so daß die Verzahnungen Λ 37 und 38 auch als konische Zahnverbindungen bezeichnet werden.

;"; Um ein Druckmittel in die Kammern 30 hinein oder

i\ aus diesen heraus zu leiten und zwar in zeitlich abgestimmter Beziehung zu der Umlauf- und Drehbewegung des Rotors 22 gegenüber dem Stator 21, weist die Drehkolbenmaschine 10 eine nicht im Detail beschriebene Schieberanordnung 43 auf, welche zwei stationäre Schieberplatten 44 und 46 besitzt
""" Da die Rotationsachse der Welle 15 parallel, jedoch

versetzt zur Achse des den Rotor 22 umschließenden Stators 21 verläuft dreht sich im Betrieb der Drehkolbenmaschine ein Ende 83 der Taumelwelle 33, wohingegen das andere Ende 84 dieser Taumelwelle, das mit dem Rotor 22 verbunden ist sich sowohl dreht als auch synchron mit dem Rotor 22 umläuft und eine Taumelbewegung ausführt Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Stator 21 sieben Zähne 29 auf, während der Rotor 22 sechs Zähne hat Für jede Umdrehung durchläuft der Rotor 22 sechsmal einen Umlaufweg. Die Taumelwelle 33 läuft um und bewegt sich durch eine konische Bahn um das Ende 84 herum und zwar in Obereinstimmung mit der Umlaufdrehzahl des Rotors 22.

Eine mit einer Nase 60 der Taumelwelle 33 gekuppelte Schieberplatte 47 der Schieberanordnung 43 läuft ebenfalls mit der Umlaufdrehzahl des Rotors 22 um und verbindet alternierend und der Reihe nach Kanäle 64a mit einer kammer 81, welche die Schieberplatte 47 umgibt und mit einer in der Schieberplatte 47 ausgebildeten Aussparung 82, wenn diese Schioberplatte in zeitlich abgestimmter Beziehung zur Umlaufbewegung des Rotors 22 umläuft. Dadurch können sich die zwischen dem Stator 21 und dem Rotor 22 gebildeten Kammern 30 der Reihe nach alternierend unter der Antriebskraft des Druckmittels ausdehnen und dann wieder zusammenziehen, um das Druckmittel aus diesen Kammern abzugeben. Da die Taumelwelle 33 mit der Welle 15 gekuppelt ist, dreht diese Tqumelwelle die Welle 15 mit der Drehzahl des Rotors 22. Der Betrieb der Drehkolbenmaschine 10 und die Drehung der Welle 15 werden solange fortgesetzt, wie eine im Gehäuse 11 vorgesehene öffnung 77 mit einer Druckmittelquelle in Verbindung steht

Um die Drehrichtung der Welle 15 umzudrehen, ist es lediglich erforderlich, die weitere im Gehäuse 11 vorgesehene öffnung 78 mit der Druckmittelquelle und die Öffnung 77 mit der Niederdruckseite des Hydrauükkreises zu verbinden. Das Druckmittel strömt dann durch die Drehkolbenmaschine 10 in einer Richtung entgegengesetzt zu der vorstehend beschriebenen Richtung, wodurch sich der Rotor 22 in Richtung des Uhrzeigersinnes gemäß der Darstellung in F i g. 2 dreht

Wenn aber die Drehkolbenmaschine 10 als Pumpe verwendet werden soll, dann wird die Welle 15 mit einem Antriebsmotor verbunden und wird das Druckmittel durch die Maschine 10 hindurchgepumpt und zwar zwischen den Öffnungen 78 unr¹ Ϊ7 in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Welle 15.

Durch die Dreh- und Umlaufbewegung der Taumelwelle 33 ist die Längserstreckung eines jeden Außenzahnes der Zahnverbindungen 37 und 38, die sich in Kontakt mit dem entsprechenden Innenzahn befindet, geringer als diejenige, die bei üblichen Zahnverbindungen auftritt. Dieser verringerte Kontaktbereich erhöht die Spannungen, denen die Außenzähne unter Last ausgesetzt sind und zwar im Gegensatz zu den Verhältnissen bei üblichen Zahnverbindungen.

Die konvexe Krümmung der äußeren Oberflächen der Außenzähne der Zahnverbindungen 37 und 38, die durch die konische Bewegung der Taumelwelle 33 erforderlich ist, vermindert ferner die Festigkeit der Außenzähne.

Wie aus F i g. 6 hervorgeht, sind die Außenzähne 39, 41 der Zahnverbindungen 37 und 38 derart bemessen, daß die Summe der Teilkreisabschnitte, die von den Außenzähnen überdeckt werden, größer als 50%, jedoch nicht größer als 60% des Teilkreisumfanges beträft Zugleich sollen die Druckwinkel an den Zuhnflanken weniger als 45° betragen. Dadurch wird die Festigkeit der Außenzähne erhöht und werden die belasteten Außenzähne einer Kompressionsbelastung ausgesetzt. Insgesamt kann dadurch bei gleichbleibendem Durchmesser ein erhöhtes Drehmoment übertragen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Innenachsige Drehkolbenmaschine mit Kämmeingriff und festpunktlos geiagertem Rotor, der sowohl eine Rotations- als auch eine Umlaufbewegung ausführt und durch eine Taumelwelle mit einer nur rotierenden Eingangs- oder Ausgangswelle verbunden ist, deren Rotationsachse parallel, jedoch versetzt zur Achse des den Rotor umschließenden Stators verläuft, wobei zwischen dem Rotor und dem einen Ende der Taumelwelle eine Dreh- und Umlaufbewegung ermöglichende erste Zahnverbindung und zwischen dem anderen Ende der Taumelwelle sowie der Eingangs- oder Ausgangswelle eine zweite, eine Gelenkverbindung zwischen diesen bildende Zahnverbindung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Zahnverbindungen (37,38) die Außenzähne (39,41) der Taumelwelle (33) so ausgebildet sind, daß die Summe der Teilkreisabschnitte, die von den Außenzählt en überdeckt werden, zwischen 50 und 60 Prozent des Teükreisumfanges beträgt und die Druckwinkel an den Zahnflanken weniger als 45 Grad betragen.