DE2752036A1

DE2752036A1 - Rotationskolbenmaschine fuer fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2752036A1
Application number: DE19772752036
Authority: DE
Inventors: Christian Boerge Hansen; Gunnar Lyshoej Hansen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DK144484B; DK144484C; IT1109629B; JPS5478503A; GB2008198B; DK495878A; GB2008198A; JPS5730992B2; FR2409400B1; IT7869654A0; FR2409400A1; DE2752036C2; US4316707A

Description

Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeiten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeiten, Pumpe oder Motor, mit einem außenverzahnten ersten Zahnrad und einem dieses exzentrisch umschließenden, einen Zahn mehr aufweisenden und mit ihm zwischen den Verzahnungen Verdrängungskammern bildenden, innenverzahnten zweiten Zahnrad, von denen das eine gegenüber dem anderen eine kreisende Bewegung mit höherer und eine drehende Bewegung mit niedrigerer Frequenz ausführt, und mit einer neben den Zahnrädern angeordneten und mit dem einen Zahnrad fest verbundenen Ventilscheibe, die zwei mit dem druckseitigen bzw. saug- oder niederdruckseitigen Anschluß in Verbindung stehende Sätze von abwechselnd angeordneten, je in der Zahl der Zähne des ersten Zahnrades vorgesehenen ersten Steueröffnungen aufweist, die mit an dem anderen Zahnrad und in der Zahl seiner Zähne vorgesehenen zweiten Steueröffnungen zusammenwirken.

Bei einer bekannten Konstruktion, bei der das außenverzahnte erste Zahnrad dreht und kreist und das innenverzahnte zweite Zahnrad gehäusefest angeordnet ist, wird eine mit dem letztgenannten Zahnrad verbundene, also ebenfalls gehäusefeste Ventilscheibe benutzt. Diese weist etwa parallelogrammförmige erste Steueröffnungen auf, die mit dreieckigen, in den Zahngrund

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mündenden zweiten Steueröffnungen im außenverzahnten ersten Zahnrad zusammenwirken. Hiermit vereinfacht sich der Aufbau des Verteilerventils, weil es nicht notwendig ist, einen Drehschieber über eine Gelenkwelle mit dem ersten Zahnrad zu kuppeln. Außerdem braucht das bei Verwendung einer Gelenkwelle unumgängliche Spiel für die Ventilfunktion nicht berücksichtigt zu werden. Allerdings ist es erforderlich, das erste Zahnrad mit SteuerÖffnungen zu versehen. Außerdem sind die SteuerÖffnungen verhältnismäßig klein, so daß sich diese Maschine nur für einen verhältnismäßig geringen Druckflüssigkeitsdurchsatz eignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die bei vergleichbaren Abmessungen von größeren Druckflüssigkeitsmengen durchsetzt werden kann, ohne daß zu große Drosselverluste auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilscheibe mit dem außenverzahnten ersten Zahnrad verbunden ist, über dieses Zahnrad soweit übersteht, daß es in allen Betriebsstellungen den Zahngrund des innenverzahnten, zweiten Zahnrades überragt, daß die ersten Steueröffnungen zumindest teilweise im überstehenden Bereich angeordnet und die zweiten Steueröffnungen durch die von Zahngrund und Zahnflanken begrenzten Zahnzwischenräume des zweiten Zahnrades gebildet sind.

Bei dieser Maschine erfolgt die Ventilfunktion auf einem außerhalb des außenverzahnten ersten Zahnrades liegenden Kreis. Hier steht ausreichend Platz zur Verfügung, um genügend große und daher widerstandsarme SteuerÖffnungen vorzusehen. Die Maschine kann daher eine größere Flüssigkeitsmenge als bisher ohne höhere Drosselverluste verarbeiten. Ein Motor kann somit schneller betrieben werden. Da die Zahnzwischenräume des zweiten Zahnrades als zweite Steueröffnungen verwendet werden, entfällt insoweit eine zusätzliche Bearbeitung eines Zahnrades. Da die zweiten SteuerÖffnungen die seitliche Be-

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grenzung der Verdrängungskammern bilden, ergibt sich auch kein Drosselverlust zwischen Steueröffnung und Verdrängungskammer.

Sehr günstig ist es, wenn in einem die Ventilscheibe umgebenden ringartigen Raum ein gehäusefester Anschlußkanal mündet und wenn die ersten Steueröffnungen des einen Satzes Je mit diesem ringartigen Raum verbunden sind. Da ein solcher ringartiger Raum für die Exzenterbewegung der Ventilscheibe ohnehin vorhanden ist, kann er ohne zusätzlichen Aufwand auch für die Druckflüssigkeitsverteilung ausgenutzt werden.

Hierbei ist es sogar möglich, daß die ersten Steueröffnungen des einen Satzes durch vom Umfang der Ventilscheibe ausgehende Ausschnitte gebildet sind. Dies hat zur Folge, daß auch der Drosselwiderstand beim Übergang von dem Ringraum zu den genannten Steueröffnungen minimal ist.

Die ersten Steueröffnungen des anderen Satzes können über Radialkanäle mit einem zentralen Raum der Ventilscheibe verbunden sein, in den ein gehäusefester Anschlußkanal mündet. Diese Radialkanäle können beispielsweise durch Nuten auf der den Zahnrädern abgewandten Seite der Ventilscheibe gebildet sein. Auch wenn der zentrale Raum eine Exzenterbewegung vollführt, bereitet es keine Schwierigkeiten, ihn in Verbindung mit dem gehäusefesten Anschlußkanal zu halten.

Es führt zu erheblichen Fertigungsvereinfachungen, wenn die ersten Steueröffnungen und der zentrale Raum die Ventilscheibe vollständig durchsetzen. Beispielsweise läßt sich dann die Ventilscheibe einfach als Stanzteil ausführen, bei dem anschließend lediglich die beiden Stirnflächen noch geschliffen werden müssen.

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Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß zwischen den auf einem Kreis um den Mittelpunkt des ersten Zahnrades angeordneten ersten Steueröffnungen des einen Satzes und denjenigen des anderen Satzes abwechselnd schmale und breite Stege vorgesehen sind, von denen die schmalen Stege eine annähernd konstante Breite haben und bei Bildung der Verdrängungskammer kleinsten Volumens annähernd den zugehörigen Zahngrund am zweiten Zahnrad überdecken, und von denen die breiten Stege eine nach innen zunehmende Breite haben und durch Bögen begrenzt sind, die bei Bildung der Verdrängungskammer größten Volumens annähernd mit den zugehörigen Zahnflanken am zweiten Zahnrad übereinstimmen. Durch diese Form der ersten Steueröffnungen ergibt sich bei verhältnismäßig großen Toleranzen ein störungsfreier Betrieb.

Des weiteren kann die Ventilscheibe zwischen zwei gleichartigen Zahnradpaaren angeordnet sein. Die ersten SteuerÖffnungen in der Ventilscheibe wirken dann nach beiden Seiten. Dies ergibt einen Motor oder eine Pumpe mit doppelter Leistung. Außerdem ist die Ventilscheibe druckmäßig ausbalanciert, da sie jeweils von beiden Seiten mit demselben Druck beaufschlagt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine,

Fig. 2 eine Ansicht längs der Linie A-A der Fig. 1 in einer Stellung kleinsten Verdrängungskammervolumens,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 in einer Stellung größten Verdrängungskammervolumens und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform.

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Bei der Rotationskolbenmaschine nach Fig. 1 besteht das Gehäuse aus einem Lagerblock 1, einer Zwischenscheibe 2, einem innenverzahnten Zahnrad 3, einer Ringscheibe 4 und einem Anschlußblock 5, der zwei mit Gewinde versehene Anschlußleitungen und 7 aufweist. Die genannten Teile werden durch Schrauben zusammengehalten. Mit dem innenverzahnten Zahnrad 3 kämmt ein außenverzahntes Zahnrad 9, das über eine Gelenkwelle mit einer im Lagerblock 1 gelagerten Antriebs-bzw. Abtriebswelle 11 verbunden ist. Mt dem Zahnrad 9 ist eine Ventilscheibe 12 drehfest verbunden, beispielsweise durch in Bohrungen greifende Stifte 14, von denen einer in Fig. 1 um 90° versetzt dargestellt ist. Zwischen den beiden Zahnrädern 3 und 9 werden Verdrängungskammern 15 gebildet. Die Ventilscheibe 12 ist außen von einem ringartigen Raum 16 umgeben, in welchen die Anschlußleitung 6 mündet. In der Mitte der Scheibe befindet sich ein zentraler Raum 17, welcher mit der Anschlußleitung 7 in Verbindung stell.

Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß das innenverzahnte Zahnrad 3 fünf Zähne 18 mit entsprechenden Zahnflanken 19 und aufweist. Die Zähne sind jeweils durch den Zahngrund 21 voneinander getrennt. Das außenverzahnte Zahnrad 9 weist vier Zähne 22 auf. Die Ventilscheibe 12 weist auf einem Kreis zwei Sätze Steueröffnungen auf, nämlich die Steueröffnungen 23, die zum ringartigen Raum 16 hin offen sind, und Steueräffnungen 24, die über Radialkanäle 25 mit dem zentralen Raum 17 verbunden sind. Die radialen Kanäle 25 sind durch Nuten in der den Zahnrädern 3 und 9 abgewandten Stirnfläche der Ventilscheibe 12 gebildet. Diese Steueröffnungen 23 und 24 sind abwechselnd durch schmale Stege 26 und breite Stege 27 voneinander getrennt. Die Stege 26 haben durchgehend dieselbe Breite und decken in der in Fig. 2 veranschaulichten Stellung, bei der eine Verdrängungskammer 15a kleinsten Volumens vorgesehen ist, annähernd dem Zahngrund 21 ab. Die breiten Stege 27 sind durch Bögen 28 und 29 begrenzt, bei denen in der in Fig. 3 veranschaulichten Stellung, in der eine

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Verdrängungskammer 15b größten Volumens vorgesehen ist, annähernd Übereinstimmung mit den Zahnflanken 19 und 20 zu beiden Seiten dieser Verdrängungskammer gegeben ist. Die radial äußere Begrenzung 30 der Steueröffnungen 24 liegt bei dieser Ausführungsform auf einem Kreis, der in der Stellung der Fig. etwa den den Zahngrund 21 definierenden Kreis tangiert.

Man erkennt in Fig. 2, daß die beiden linken Verdrängungskammern 15 und die untere Verdrängungskammer 15a von den Steueröffnungen 23 teilweise überdeckt werden, während die beiden rechten Verdrängungskammern 15 mit den Steueröffnungen 24 in Verbindung stehen. Wenn bei Motorbetrieb der Ringraum 16 mit Druckflüssigkeit versorgt wird, beginnt sich das außenverzahnte Zahnrad 9 im Uhrzeigersinn zu drehen, wobei die Ventilscheibe 12 die gleiche Drehbewegung vollführt, wodurch sich die Übersteuerungsverhältnisse in der Weise ändern, daß die Druck- und wiederdruckseite trennende Symmetrielinie im Uhrzeigergegensinn mit fünffacher Drehzahl umläuft. Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Stellung wechselt gerade die Verdrängungskammer 15b von der Druck- zur Wiederdruckseite, die beiden rechten Verdrängungskammern 15 sind mit dem zentralen Raum 17, die restlichen beiden Kammern mit dem Ringraum 16 verbunden. Infolgedessen kann sich das außenverzahnte Zahnrad 9 weiter im Uhrzeigersinn drehen. Ähnliche Verhältnisse gelten bei einer Drehrichtungsumkehr, wenn also über den zentralen Raum 17 Druckflüssigkeit zugeführt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden für dieselben Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Hinzu kommt ein weiteres, gehäusefestes, innenverzahntes Zahnrad und ein damit Verdrängerkammern 32 bildendes außenverzahntes Zahnrad 33. Letzteres ist mit Hilfe eines verlängerten Stiftes 34 drehfest mit der Ventilscheibe 12 und dem Zahnrad 9 verbunden. Die Steueröffnungen 23 und 24 haben dieselbe Form wie in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel. Sie steuern nunmehr Verdrängungskammern 15 und 32 auf beiden Seiten.

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Infolgedessen ist die Druckbelastung der Ventilscheibe 12 symmetrisch auf beiden Seiten, so daß eine die Reibung herabsetzende Entlastung auftritt. In diesem Fall sind Radialkanäle 35 inmitten der Ventilscheibe 12 vorgesehen.

Abwandlungen von den dargestellten Ausführungsbeispielen sind in vielerlei Richtung möglich. Beispielsweise kann die Ventilscheibe 12 nicht nur durch Stanzen, sondern auch durch Sintern hergestellt werden. Die Ventilscheibe kann auch aus zwei dünneren Scheiben zusammengesetzt werden, wodurch sich die Herstellung der Radialkanäle 35 vereinfacht.

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Claims

Patentansprüche

\ 1. Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeiten, Pumpe oder Motor, mit einem außenverzahnten ersten Zahnrad und einem dieses exzentrisch umschließenden, einen Zahn mehr aufweisenden und mit ihm zwischen den Verzahnungen Verdrängungskammern bildenden, innenverzahnten zweiten Zahnrad, von denen das eine gegenüber dem anderen eine kreisende Bewegung mit höherer und eine drehende Bewegung mit niedrigerer Frequenz ausführt, und mit einer neben den Zahnrädern angeordneten und mit dem einen Zahnrad fest verbundenen Ventilscheibe, die zwei mit dem druckseitigen bzw. saug- oder niederdruckse itigen Anschluß in Verbindung stehende Sätze von abwechselnd angeordneten, je in der Zahl der Zähne des ersten Zahnrades vorgesehenen ersten Steueröffnungen aufweist, die mit an dem anderen Zahnrad und in der Zahl seiner Zähne vorgesehenen zweiten Steueröffnungen zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (12) mit dem außenverzahnten ersten Zahnrad (9) verbunden ist, über dieses Zahnrad soweit übersteht, daß es in allen Betriebsstellungen den Zahngrund (21) des innenverzahnten, zweiten Zahnrades (3) überragt, daß die ersten Steueröffnungen (23, 24) zumindest teilweise im überstehenden Bereich angeordnet und die zweiten Steueröffnungen durch die von Zahngrund (21) und Zahnflanken (19, 20) begrenzten Zahnzwischenräume des zweiten Zahnrades gebildet sind.
2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem die Ventilscheibe (12) umgebenden ringartigen Raum (16) ein gehäusefester Anschlußkanal (6) mündet und

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daß die ersten Steueröffnungen (23) des einen Satzes je mit diesem ringartigen Raum verbunden sind.
3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Steueröffnungen (23) des einen Satzes durch vom Umfang der Ventilscheibe (12) ausgehende Ausschnitte gebildet sind.
4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Steueröffnungen (24) des anderen Satzes über Radialkanäle (25, 35) mit einem zentralen Raum (17) der Ventilscheibe (12) verbunden sind, in den ein gehäusefester Anschlußkanal (7) mündet.
5. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkanäle (25) durch Wüten auf der den Zahnrädern (3, 9) abgewandten Seite der Ventilscheibe (12) gebildet sind.
6. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Steueröffnungen (23, 24) und der zentrale Raum (17) die Ventilscheibe (12) vollständig durchsetzen.
7. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (12) ein Stanzteil ist.
8. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den auf einem Kreis um den Mittelpunkt des ersten Zahnrades (9) angeordneten ersten Steueröffnungen (23) des einen Satzes und denjenigen (24) des anderen Satzes abwechselnd schmale und breite Stege vorgesehen sind, von denen die schmalen Stege (26) eine annähernd konstante Breite haben und bei Bildung der Verdrängungskammer (15a) kleinsten Volumens annähernd den zugehörigen Zahngrund (21) am zweiten Zahnrad (3) überdecken, und von denen die breiten Stege (27) eine nach

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innen zunehmende Breite haben und durch Bögen (28, 29) begrenzt sind, die bei Bildung der Verdrängungskammer (15b) größten Volumens annähernd mit den zugehörigen Zahnflanken (19, 20) am zweiten Zahnrad übereinstimmen.
9. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (12) zwischen zwei gleichartigen Zahnradpaaren (3, 9; 31, 33) angeordnet ist.

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