DE2221183C2 - Steuerdrehschiebereinrichtung in einer Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Außenumfangsfläche des Steuerdrehschiebers (13) angeordneten Steuerlängsnuten (17) an der mit der einen Seitenfläche des Innenzahnrades (5) in Gleitberührung stehenden Stirnfläche des Steuerdrehschiebers (13) Erweiterungen (18) aufweisen.

3. Hydraulikpumpe oder -motor mit einer Steuerdrehschiebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (3) und der An- oder Abtriebswelle (8) eine die axiale Lage des Steuerdrehschiebers (13) und damit das Spiel zwischen diesem und dem Innenzahnrad (5) beeinflussende Einstellscheibe (16) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gehäuse (3) angeordneten, radialen Gehäusesteuerkanäle (21 und 22) zu den Zähnen des Zahnringes (1) um 1/4 seiner Zahnteilung versetzt sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die über den einen Gehäuseringkanal (23) mit dem einen Flüssigkeitsanschluß (19) verbundenen, radialen Steuerkanäle (21) gegenüber den über den anderen GeMuseringkanal (24) mit dem anderen Flüssigkeitsanschluß (20) verbundenen, radialen Steuerkanäle (22) um 3/2 Zahnteilung der Zähne des Zahnringes (1) versetzt sind

6. Rotationskolbenmaschine, Pumpe oder Motor, mix einer Steuerdrehschiebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Kupplungsverbindung zwischen dem Steuerdrehschieber (13) und der An- oder Abtriebswelle (8) eine begrenzte, radiale Verschiebbarkeit beider Teile zueinander zuläßt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdrehschieber 13) ein fester Bestandteil der An- oder Abtriebswelle (8) ist

8. Rotationskolbenmaschine, Pumpe oder Motor, mit einer Steuerdrehschiebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von Bohrungen im Innenzahnrad (5), im Steuerdrehschieber (13), in der An- oder Abtriebswelle (8) sowie im Gehäuse (3) gebildeten Hohlräume mit einem der Flüssigkeitsanschlüsse (19, 20) in Verbindung stehen.

9. Rotationskolbenmaschine, Pumpe oder Motor, mit einor Steuerdrehschiebereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein die An- oder Abtriebswelle (8) drehfest, jedoch allseitig gelenkig mit der Gelenkwelle (7) verbindender Mitnehmerstift (10) in seinem mittleren Teil zwei zueinander parallele Abflachungen (10a) aufweist, die mit dem gabelförmigen Ende der Gelenkwelle (7) in Eingriff stehen.

40

45

50 Die Erfindung betrifft eine Steuerdrehschiebereinrichtung in einer Rotationskolbenmaschine, Pumpe oder Flüssigkeitsmotor, insbesondere für hydrostatische Lenkeinriohtungen von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bestimmte als Flüssigkeitspumpe oder -motor wirkende Rotationskolbenmaschinen mit umlaufendem Steuerorgan haben den Zweck, bei Puinpenbetrieb einen relativ großen Förderstrom je Umdrehung der Antriebswelle bei geringer Antriebsdrehzahl zu liefern bzw. bei Motorbetrieb ein relativ großes Abtriebsdrehmoment bei großem Schluckvolumen und geringer Abtriebsdrehzahl abzugeben. Vorzugsweise finden solche Drehkolbenmaschinen Anwendung in hydrostatischen Lenkeinrichtungen von Kraftfahrzeugen und dienen beim Betrieb mit einer hydraulischen Hilfskraft als vom Lenkhandrad betätigbare Dosiereinrichtung und beim Betrieb ohne hydraulische Hilfskraft als vom Lenkhandrad antreibbare Kraftquelle.

Bei einer bekannten Rotationskolbenpumpe der eingangs genannten Art (siehe die DE-PS 12 93 601) ist das außenverzahnte Innenzahnrad mit der Hauptwelle durch eine Gelenkwelle drehfest verbunden, so daß der die Verbindung der Verdrängerzellen mit der Einlaß- und der Auslaßöffnung steuernde, mit der Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle mitrotierende und zu dieser koaxiale zylindrische Steuerdrehschieber sich synchron zur Drehbewegung des Zahnrads um seine eigene Achse dreht. Der etwa rohrförmige hohle

60

65

Drehschieber weist hierbei eine der doppelten Zähne zahl des Zahnrades entsprechende Anzahl von äußeren Steuerlängsnuten und dazwischen liegenden radialen Steuerbohrungen auf, die in abwechselnder Folge Gehäusekanäle, die von den Zahnlücken des Zahnringes zu der den Drehschieber aufnehmenden Gehäusebohrung führen und deren Anzahl der Zähnezahl des Zahnringes entspricht, unmittelbar mit einer ersten Sammelringnut in der Wand jener Gehäusebohrung oder über den Hohlraum und zwei Querschlitze des Drehschiebers mit einer axial hinter der ersten liegenden zweiten Sammelringnut in Verbindung bringen. Von diesen Sammelringnuten führt je ein Radialkanal nach außen zum Niederdruck- bzw. Druckflüssigkeitsanschluß der Pumpe. Dabei muß die aus den Verdrängerzellen ausfließende Flüssigkeit aus ortsfesten Gehäusekanälen in umlaufende Steuerkanäle des Steuerdrehschiebers eindringen und dann über die Sammelringnut wieder in einen orstfesten Kanal abfließen, wobei sie zweimal umgelenkt wird. Zwischen dem kreisenden Innenzahnrad und dem Steuerdrehschieber ist noch eine ortsfeste Zwischenwand erforderlich ist, an der die Stirnflächen der erwähnten Teile möglichst dichtend gleiten müssen.

Bei einer der zuvor geschilderten weitgehend ähnlichen bekannten Einrichtung (s. die DE-PS 11 98 750) ist auf der einen Seite des kreisenden Innenzahnrads die Hauptwelle mit diesem über eine Gelenkwelle drehfest verbunden und ist auf der anderen Seite jenes Zahnrads in einem entsprechenden Gehäuseteil der rohrförmige Steuerdrehschieber gelagert, der mit dem Zahnrad zum Antrieb ebenfalls über sine eigene Gelenkwelle verbunden ist. Dieser Drehschieber ist auf seiner Umfangsfläche mit einer der doppelten Zähnezahl des Innenzahnrads entsprechenden Anzahl von Steuerlängsnuten versehen, die abwechselnd in Längsrichtung bis zu einem bestimmten Grad gegeneinander versetzt sind. Diese Längsnuten können sämtlich umlaufend mit jeweils zu den Zahnlücken des Zahnringes führenden abgewinkelten Gehäusekanälen in Verbindung kommen, während die eine Hälfte der Längsnuten mit ihren axial äußeren Enden ständig mit der einen Ringnut in der den Steuerdrehschieber aufnehmenden Gehäusebohrungswand und die andere Hälfte der Längsnuten ständig mit der axial weit dahinterliegenden anderen Ringnut in jener Wand in offener Verbindung steht, wobei von beiden dieser Ringnuten je ein radialer Verbindungskanal zu dem einem bzw. dem anderen von zwei Leitungsanschlüssen am Gehäuse führt. Auch hier wird demnach die Flüssigkeit zu den Verdrängerzellen über ortsfeste Gehäusekanäle in umlaufende Längsnuten und dann wieder in je einen ortsfesten Anschlußkanal geleitet und zweimal umgelenkt. Dabei ergeben sich ebenfalls Strömungsverluste.

Es ist noch eine bekannte Rotationskolbenmaschine mit einer Steuerdrehschiebereinrichtung zu beachten (s. die US-PS 32 89 542), bei der neben dem stillstehenden Zahnring und einem darin kreisenden und sich dabei drehenden Innenzahnrad diese berührend ein mit der Drehzahl der Hauptwelle und der dazugehörigen Gelenkwelle mitrotierender scheibenförmiger Steuerdrehschieber angeordnet ist, der mit einer der Zähnezahl des Innenzahnrades entsprechenden Anzahl von durchgehenden, im wesentlichen radial gerichteten (gleichsam »schlüssellochförrnigen«) Steueröffnungen versehen ist, deren radial innerer runder Teil laufend mit den sich vergrößernden und verkleinernden Verdrängerzellen zwischen den Zahnrädern in Verbindung kommt. Dieser Steuerdrehschieber wirkt als Axialdrehschieber mit zwei beidseitig angeordneten, dichtend an seinen Seitenflächen anliegenden ortsfesten Steuerspiegelflächen zusammen, welche zur jeweiligen Steuerspiegelfläche offene radial-längliche Steuernuten und Blindnuten aufweisen, von denen die Steuernuten mit den äußeren Teilen der Steueröffnungen abwechselnd in Verbindung kommen. Die Steuernuten führen in Sammelkanäle, von denen einer im äußeren Teil des Zahnringes und der andere in einer eigenen Steuerspiegelplatte sich befindet Diese Bauart bringt zwar den Vorteil, daß nicht ein zylindrischer Steuerdrehschieber in einer Gehäusebohrung mit möglichst engem Spiel umlaufen muß, sondern daß die Steuerteile als Plattenkörper aneuunderliegen. Infolge der gewählten Anordnung der Steuerkanäle und -öffnungen relativ zu den Verzahnungen der Zahnräder sind aber große Außendurchmesser der Steuerscheiben erforderlich, die zu großen Außenabmessungen der Maschine führen. Die erforderlichen starken Umlenkungen der Druckflüssigkeit auf dem Weg zu den VerdrängerzelJen führen jedoch zu unerwünschten Strömungsverlusten.

Bei den bekannten Rotationskolbenmaschinen wird durch die Art der Anordnung der von den Verdrängerzellen zu den Druck-und Niederdruckanschlüssen an der Maschine führenden Kanäle und die damit verbundenen starken Umlenkungen und Querschnittsverengungen die Strömung der Druckflüssigkeit stark gestört und intermittierend gedrosselt Durch die dabei entstehenden Strömungsverluste wird daher beim Betrieb als Flüssigkeitspumpe das geförderte Flüssigkeitsvolumen durch in den Saugleitungen wahrscheinlich auftretende Kavitation vermindert und beim Betrieb als Flüssigkeitsmotor durch das Auftreten von Druckverlusten das Abtriebsdrehmoment verringert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine baulich möglichst einfache Steuerdrehschiebereinrichtung zu einer Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der durch strömungsgünstige weitgehend ungestörte Führung der Förder- bzw. Arbeitsflüssigkeit zu und von den zwischen den Verzahnungen von Zahnring und Zahnrad gebildeten Verdrängerzellen ein optimaler Füllungsgrad derselben und in den Zuführungskanälen gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen und Merkmale des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird eine Steuerdrehschiebereinrichtung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen zusammen mit einer Rotationskolbenmaschine, hauptsächlich einer Flüssigkeitspumpe, an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Maschine mit den erfindungsgemäßen Merkmalen entlang der Linie I-IinFig. 2,

Fig. 2 bis 6 Querschnitte der Maschine entlang der Linien II-II, III-III, IV-IV, V-V und VI-VI in Fi g. 1,

Fig. 7 eine Ansicht des Steuerdrehschiebers, d.h. seiner Umfangsfläche.

Ein innenverzahnter Zahnring 1 zwischen einem Deckel 2 und einem auch als Steuergehäuse dienenden Gehäuseteil 3, in folgenden kurz »Gehäuse« genannt, angeordnet und mit diesem durch Schrauben 4 fest verbunden. Ein einen Zahn weniger als der Zahnring 1

aufweisendes, außenverzahntes Innenzahnrad 5, kurz »Zahnrad« genannt, kämmt mit dem Zahnring 1, wobei zwischen den Zähnen dieser beiden verzahnten Teile und den am Zahnrad 5 angrenzenden Stirnflächen des Deckels 2 und des Gehäuses 3 Verdrängerzellen 6 gebildet werden.

Das Zahnrad 5 ist über eine Gelenkwelle 7 drehfest mit einer Antriebswelle 8 verbunden, die, wie im Nachfolgenden noch erläutert, auch als »An-oder Abtriebswelle« bezeichnet werden kann. Zwei Mitnehmerstifte 9 und 10 dienen zur allseitig gelenkigen drehfesten Verbindung zwischen dem Zahnrad 5, der Gelenkwelle 7 und der Antriebswelle 8. Die Gelenkwelle 7 ist in axialer Richtung in der Antriebswelle 8 durch ihre Stirnfläche 11 und im Zahnrad 5 durch eine an dem Deckel 2 anliegende Anlaufscheibe 12 festgelegt

In einer Mittelbohrung 3a des Gehäuses 3 ist ein Steuerdrehschieber 13 koaxi 1 zu der Antriebswelle 8 drehbar gelagert und mit jener durch einen Kupplungsstift 14 drehfest verbunden. Zur Vermeidung von Fluchtungsfehlern zwischen der Antriebswelle 8 und dem Steuerdrehschieber 13 wird durch diese drehfeste Kupplungsverbindung eine begrenzte radiale Verschiebbarkeit beider Teile gegeneinander ermöglicht.

Es ist aber auch eine Ausführungsform möglich, bei der der Steuerdrehschieber 13 ein festes Bestandteil der Antriebswelle 8 bildet, wobei ebenfalls Fluchtungsfehler vermieden sind. Ein die Antriebswelle 8 axial abstützendes Rollenlager 15 läuft auf einer Einstellscheibe 16, wobei durch entsprechende Wahl der Dicke dieser Scheibe das erforderliche Spiel zwischen dem Steuerdrehschieber 13 und der mit dessen einer Stirnfläche in Gleitberührung stehenden Seitenfläche des Zahnrades 5 eingestellt werden kann. Infolge seiner drehfesten Kupplung mittels der Gelenkwelle 7 mit der Antriebswelle 8 kann das Zahnrad 5 bei Drehung der Antriebswelle 8 in bekannter Weise mit seinem Schwerpunkt eine der Zähnezahl des Zahnrades 5 entsprechende Anzahl von Umläufen je Umdrehung der Antriebswelle 8 auf einer um die Achse des feststehenden Zahnringes 1 verlaufenden Kreisbahn in zu der Drehbewegung der Antriebswelle 8 entgegengesetzter Richtung ausführen.

An der äußeren zylindrischen Umfangsfläche des Steuerdrehschiebers 13 sind zu den Zahnlücken des Zahnrades 5 führende Steuerlängsnuten 17 angeordnet. Die Längsnuten 17 weisen an der an das Zahnrad 5 angrenzenden Stirnfläche des Drehschiebers 13 Erweiterungen 18 auf, durch die eine Vergrößerung des Obergangsquerschnittes zu den Verdrängerzellen 6 erzielt wird. Da sowohl der Drehschieber 13 als auch das Zahnrad 5 mit der Antriebswelle 8 drehfest gekuppelt sind, das Zahnrad 5 jedoch neben der Drehbewegung noch entgegengesetzte Umlaufbewegungen ausführt, erfolgt zwischen dem Drehschieber 13 und dem Zahnrad 5 synchron zu dessen Umlaufbewegungen eine ständige Relatiwerschiebung, die der Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Volumens der Verdrängerzellen 6 entspricht Dadurch wird mit der Ausdehnung jeder Verdrängerzelle 6 eine Vergrößerung des Übergangsquerschnittes zu der zugehörigen Längsnut 17 im Steuerdrehschieber 13 und damit eine kontinuierliche Füllung und Entleerung der Verdrängerzellen 6 erreicht Zur Vermeidung von starken Umlenkungen des Flüssigkeitsstroms ist ein stetiger Übergang von den Längsnuten 17 in die Erweiterungen 18 mittels entsprechender Flächenstücke vorgesehen.
Die Steuerlängsnuten 17 befinden sich hinsichtlich ihrer axialen Erstreckung im Bereich von in abwechselnder Reihenfolge je mit einem Druck- oder Niederdruckflüssigkeitsanschluß 19 bzw. 20 für den Zulauf bzw. den ' Abfluß der Förderflüssigkeit verbundenen radialen Gehäusesteuerkanälen 21 bzw. 22.

Diese Steuerkanäle 21 und 22 sind in zwei axial hintereinander angeordneten Umfangsreihen in der Bohrungswand des Gehäuses 3 vorgesehen. Die Anzahl der Steuerkanäle 21 und 22 entspricht für jede dieser

ίο Umfangsreihen jeweils der Zähnezahl des Zahnringes 1.

Die Stellung der Steuerkanäle 21 und 22 ist zu den Zähnen des Zahnringes 1 um 1/4 seiner Zahnteilung versetzt.

Die Steuerkanäle 21 der einen Reihe führen nach außen in einen im Gehäuse 3 angeordneten Sammelringkanal 23 und die Steuerkanäle 22 der anderen Reihe in einen entsprechenden Sammelringkanal 24. Der Ringkanal 23 ist über einen axial im Gehäuse 3 angeordneten Verbindungskanal 25 mit dem Flüssigkeitsanschluß 19 und der Ringkanal 24 über einen entsprechenden Verbindungskanal 26 mit dem Flüssigkeitsanschluß 20 verbunden.

Die Längsnuten 17 im Drehschieber 13 wirken mit den Gehäusesteuerkanälen 21 und 22 im Gehäuse 3 derart zusammen, daß die auf der einen Seite einer durch die Schwerpunkte bzw. Drehachsen des Zahnrades 5 und des Zahnringes 1 verlaufenden Trennungsebene (Exzentrizitätsebene) liegenden Verdrängerzellen 6 über die einen Steuerkanäle 21 mit dem einen Flüssigkeitsanschluß 19 und die auf der anderen Seite jener Trennungsebene liegenden Verdrängerzellen 6 über die anderen Steuerkanäle 22 mit dem anderen Flüssigkeitsanschluß 20 verbunden sind. Die Gehäusesteuerkanäle 21 sind zu den Steuerkanälen 22 um 1/2 Zahnteilung der Zähne des Zahnringes 1 versetzt. Um große Übergangsquerschnitte beim Übergang von den Längsnuten 17 zu den Ringkanälen 23 und 24 zu erhalten, sind die Steuerkanäle 21 und 22 als im Gehäuse 3 axial verlaufende Längsschlitze ausgebildet, was in der Zeichnung aber nicht dargestellt ist Einer der Niederdruck- bzw. Druckflüssigkeitsanschlüsse 19 bzw. 20 steht zwcckrnäßigerweise mit einem im Gehäuse 3 angeordneten Ringkanal 27 in Verbindung, damit die von den Bohrungen des Zahnrades 5, des Steuer-Dreh-Schiebers 13, der Antriebswelle 8 sowie des Gehäuses 3 gebildeten Hohlräume in einen der Förderflüssigkeitsräume entlüftet werden können und mit Flüssigkeit gefüllt werden.

Zur radialen Festlegung des Mitnehmerstiftes 10

so weist dieser in seinem mittleren Teil zwei zueinander parallele Abflachungen 10a auf, die mit dem gabelförmigen Ende der Gelenkwelle 7 im Eingriff stehen. Ein das Gehäuse 3, den Zahnrin.g 1 und den Deckel 2 umschließendes Mantelrohr 28 dient zur Abdichtung der Ringkanäle 23 und 24 gegeneinander und nach außen sowie des Zahnringes 1 nach außen.

Die dargestellte und beschriebene Rotationskolbenmaschine kann sowohl als Pumpe als auch als Flüssigkeitsmotor Verwendung finden. Im letzteren Fall wird die Welle 8 zur Abtriebswelle. Wenn der eine der Flüssigkeitsanschlüsse 19 bzw. 20 als Ansaugöffnung verwendet ist wird der andere zur Druckauslaßöffnung, oder umgekehrt Ferner wird, wenn der eine der Anschlüsse 19 bzw. 20 als Druckflüssigkeitseinlaß dient der andere zur Niederdruckflüssigkeitsablauföffnung.

Bei der geschilderten Steuerdrehschiebereinrichtung fließt die Flüssigkeit zu und von den Verdrängerzellen 6 über unmittelbar mit diesen in Verbindung stehende

Steuerlängsnuten 17 im Steuerdrehschieber, wobei dann noch durch vergrößerte Übergangsquerschnitte infolge stirnseitiger Erweiterungen 18 an jenen Längsnuten neben den Verdrängerzellen niedrige Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit zu und von diesen Zellen erreicht werden. Im wesentlichen erfolgt nur eine

Umlenkung beim Zu- und Abfluß der Flüssigkeit zu und von den Zellen innerhalb der Steuerkanäle der Maschine. Die Übergangsquerschnitte zwischen den Verdrängerzellen und den Steuerlängsnuten des Drehschiebers werden in vorteilhafter Weise während der Ausdehnung jeder Zelle entsprechend vergrößert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: 15 30

1. Steuerdrehschiebereinrichtung in einer Rotationskolbenmaschine, Pumpe oder Flüssigkeitsmotor, insbesondere für hydrostatische Lenkeinrichtungen von Kraftfahrzeugen, mit einem gehäusefesten, innenverzahnten Zahnring, einem in diesem gelagerten, außenverzahnten, einen Zahn weniger als dieser aufweisenden Innenzahnrad, das mit einer An- oder Abtriebswelle der Maschine über eine Gelenkwelle verbunden ist, und mit einer von seiner Zähnezahl bestimmten, gegenüber der Drehzahl der An- oder Abtriebswelle höheren Frequenz im Zahnring kreist, wobei die Steuerdrehschiebereinrichtung zur funktionsgerechten Verbindung der zwischen den Verzahnungen von Zahnring und Innenzahnrad gebildeten Verdrängerzellen mit einem Druck- und einem Niederdruckflüssigkeitsanschluß an der Maschine dient und dazu einen mit der An- oder Abtriebswelle drehfest verbundenen, zu dieser und zum Zahnring koaxialen, auf seiner Umfangsf/äche mit axial gerichteten, in ihrer Anzahl auf die Zähnezahl des Ir.nenzahnrades abgestimmten Steuerlängsnuten versehenen, hohlen Steuerdrehschieber und ferner in ihrer Anzahl auf die Zähnezahl des Zahnringes abgestimmte, abwechselnd mit jenen Längsnuten in Verbindung kommende Gehäusekanäle sowie im Längenbereich des Steuerdrehschiebers axial hintereinander gelegene Sammelringkanäle im Gehäuse aufweist, von denen jeder mit einem der Druck- bzw. Niederdruckflüssigkeitsanschlüsse in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdrehschieber (13) an einem Ende mit seiner Stirnseite mit der entsprechenden Seitenfläche des Innenzahnrades (5) in Gleitberührung steht, daß er als Steuerkanäle lediglich die Steuerlängsnuten (17) aufweist, deren Anzahl der Zähnezahl des Zahnrades (5) entspricht und die dabei stirnseitig in die Zahnlücken des Zahnrades einmünden, daß ferner zwei axial hintereinander angeordnete Umfangsreihen von mit den Steuerlängsnuten (17) abwechselnd in Verbindung kommenden radialen Gehäusesteuerkanälen (21, 22) in der den Steuerdrehschieber (13) umgebenden Bohrungswand des Gehäuses (3) vorgesehen sind, deren Anzahl je der Zähnezahl des Zahnringes (1) entspricht und die nach außen in je einen der Sammelringkanäle (23, 24) im Gehäuse führen.