DE3015551C2

DE3015551C2 - Kreiskolbenmaschine

Info

Publication number: DE3015551C2
Application number: DE3015551A
Authority: DE
Inventors: Johann Ing.(Grad.) Schneider; Peter Dr.-Ing. 8770 Lohr Wüsthof
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1980-04-23
Filing date: 1980-04-23
Publication date: 1986-10-23
Also published as: US4411607A; DE3015551A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Wird eine solche Maschine, die durch die DE-OS 44 844 bekanntgeworden ist, zur Energieumsetzung mit der Druckmittelquelle verbunden, so bilden das zentral geführte Innenzahnrad und das mit diesem zusammenwirkende, eine kreisförmige Mittelpunktsbewegung um die zentrale Achse ausführende Außenzahnrad Verdrängerkammern, von denen etwa die Hälfte der benachbarten Kammern unter Druck steht, wobei die dem Innenzahnrad zugewandte Seite der Steuerplatte mit einem nierenförmigen Druckfeld beaufschlagt wird. Auf der dem Innenzahnrad abgewandten Stirnfläche der Steuerplatte stehen' den Steueröffnungen in der Steuerplatte eine Vielzahl von symmetrisch am Umfang verteilten Druckmittel führenden Steueröffnungen in der gehäusefesten Ansteuerplatte gegenüber.

Die Steuerplatte wird annähernd am gesamten Umfang gleichmäßig mit Druckfeldern beaufschlagt. Die resultierenden Druckkräfte wirken infolge unterschiedlicher Ausbildung der Druckfelder auf die dem Innenzahnrad zugewandten Seite der Steuerplatte exzentrisch und auf der dem Innenzahnrad abgewandten Seite der Steuerplatte zentrisch bezogen auf die Mittelachse der Steuerplatte. Hierdurch entsteht ein Kippmoment auf die Steuerplatte, das von Gehäuse und Verdrängersatz aufgenommen werden muß. Als Folge stellt sich die Steuerplatte innerhalb ihres Spieles zwischen beiden Bauteilen schräg und erhöht somit den Anteil der mechanischen Reibung sowie den damit verbundenen Verschleiß und verschlechtert den volumetrischen Wirkungsgrad durch ungleiche Spielgeometrie.
Bei einer hydraulischen Drehkolbenmaschine nach der DE-OS 19 47 798 ist zwischen der Verdrängereinheit und dem einen Gehäuseteil ein Kompensationselement zwischengeschaltet, das die durch den Arbeitsdruck der Maschine auftretenden Trennkräfte zwischen den Gehäuseteilen kompensiert Das Kompensationselement bildet den einen seitlichen Abschluß der Arbeitselemente.

Ferner ist es bei einer hydraulischen Drehkolbenmaschine nach der DE-OS 19 31 144 bekannt, zur Druckentlastung der Steuerscheibe diese zwischen zwei gehäusefesten Wänden anzuordnen und in der zweiten gehäusefesten Wand Ausnehmungen entsprechend den Steueröffnungen der gegenüberliegenden, der Verdrängereinheit zugekehrten gehäusefesten Wand vorzusehen, die in gleicher Weise angesteuert werden wie die gegenüberliegenden Steueröffnungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine erhebliche Reduzierung des Kippmoments auf die Sieuerplatte und damit auf das Innen- und Außenzahnrad zu erreichen. Dies wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht Durch diese Merkmale lassen sich die Druckfelder in der Ebene zwischen Steuerplatte und Ansteuerplatte so verschieben, daß eine exzentrisch wirkende resultierende Druckkraft entsteht, die in etwa der exzentrisch wirkenden Druckkraft auf die dem Innenzahnrad zugewandten Seite der Steuerplatte entspricht. Es wird somit ein Kippmoment an der Steuerplatte vermieden oder weitgehend reduziert, was sich in einem erhöhten mechanischen und volumetrischen Wirkungsgrad bemerkbar macht. Der Verschleiß der Steuerplatte wird hierbei vermieden oder verringert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt einer Kreiskolbenmaschine, F i g. 2 eine Ansicht nach der Linie II-II der I·' i g. 1.
F i g. 3,4 und 5 Ansichten nach der Linie III—III.
F i g. 6 eine steuerseitige Draufsicht auf die Steuerscheibe,

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VlI der F i g. 6, und

F i g. 8 einen Schnitt VIII-VIII in F i g. 1.
In F i g. 1 ist mit 1 die Rotorwelle bezeichnet, die mit dem im mittleren Bereich la vorgesehenen Vielnutprofil Xb mit dem den Rotor bildenden Innenzahnrad 2 formschlüssig verbunden ist. Die Rotorwelle ist beidseitig mittels der Wälzlager 3 und 4 in den beiden Gehäuseteilen 5, 6 gelagert. Das Außenzahnrad 7 umschließt das Innenzahnrad 2 und bildet mit diesem die Verdrängereinheit. Die von Rollen gebildeten Zähne 2a des Innenzahnrades 2 stehen in dauerndem Kontakt mit dem Außenzahnrad 7 und schließen mit diesem die Verdrängerkammern I ... VII (F i g. 8) ein. Die Rollen sind drehbar in entsprechenden Ausnehmungen 2c des Innenzahnrades gelagert. Das Außenzahnrad 7 weist an seinem äußeren Umfang 7a kreisabschnittförmige Ausnehmungen Tb auf, die mit Abstützrollen 10 zusammenwirken

und über die Abstützung an diesen Abstützrollen eine kreisförmige Mittelpunktsbewegung des Außenzahnrades um die zentrale Rotationsachse M1 des Innenzahnrades gewährleistet; die Achse M2 des Außenzahnrades bewegt sich hierbei kreisförmig um die Rotationsachse M1 des Innenzahnrades. Zwischen der Verdrängereinheit 2, 7 und dem Gehäuseteil 6 ist eine Steuerscheibe 12 angeordnet, deren seitliches Spiel durch einen Distanzring 13 festgelegt ist, der zwischen dem Gehäuseteil 6 und dem als Ring ausgebildeten, das Außenzahnrad umschließenden Gehäuseteil 14 angeordnet ist Das Gehäuseteil 14 weist halbrunde Ausnehmungen 14a als Lagerstellen für die Abstützrollen 10 auf. Die Steuerscheibe 12 sitzt auf demselben Vielnutprofil 16 der Rotorwelle wie das Innenzahnrad 2, so daß Innenzahnrad 2 und Steuerscheibe 12 mit gleicher Drehzahl umlaufen. Die radiale Erstreckung der Steuerscheibe 12 ist so groß, daß sie die Verdrängungskammera seitlich begrenzt. Im Bereich zwischen den Zähne" 2& des Innenzahnrades 2 weist die Steuerscheibe jeweils eine Zulauföffnung 12a auf, die auf der dem Innenzahnrad abgewandten Stirnfläche 126 als Steueröffnungen mit Steuerkante 12a 1,12a 2 ausgebildet sind. Die Steueröffnungen 12a wirken mit entsprechenden Steueröffnungen 6a, 66 des als Ansteuerplatte ausgebildeten Gehäuseteils 6 zusammen. Die Steueröffnung 6a wechselt jeweils mit einer Steueröffnung 6b ab, wobei je nach Drehrichtung entweder die Steueröffnung 6a mit der Druckmittelquelle und die Steueröffnung 6b mit dem Tank in Verbindung stehen oder umgekehrt In etwa die Hälfte der radialen Erstreckung der Steueröffnungen 12a der Steuerscheibe 12 liegt im Bereich des Rotorkörpers 2, wobei der Rotorkörper in diesem Bereich Führungsnuten 2b für die Arbeitsflüssigkeit aufweist. Im Gehäusedeckel 16 ist eine Stufenbohrung 17 eingebracht, in die ein als Stufenkolben ausgebildeter Andrückkolben 18 eingesetzt ist. Der Andrückkolben 18 begrenzt mit seinen Ringflächen 18a, 186 mit der Stufenbohrung 17 im Gehäusedeckel 16 zwei Ringräume 19, 20, die mit zwei Anschlußkanälen 21, 22 für die Druckmittelquelle bzw. für den Tank in Verbindung stehen. Von den Ringflächen 18a, 186 des Andrückkolben 18 führen in abwechselnder Folge Kanäle 18c, 18c/zu den Steueröffnungen 6a, 6b in der Ansteuerplatte 6. Je nach dem, welcher Ringraum 19, 20 mit der Druckmittelquelle in Verbindung steht, wird die Ringfläche 18a oder 186 vom Druck des Druckmittels beaufschlagt und von der damit auf die betreffende Ringf'äche 18a bzw. 186 wirkenden Druckkraft die Stirnfläche 18e des Andrückkolbens auf die Stirnfläche 6c des Gehäuseteils flüssigkeitsdicht angedrückt und zugleich eine Durchbiegung der Ansteuerplatte 6 in Richtung des Gehäusedeckels 16 in Folge der in den Verdrängerkammern im Druckbereich der Verdrängereinheit in Richtung des Gehäusedeckels wirkenden Druckkraft wirkungsvoll unterbunden. Die Größe der Ringflächen 18a, 186 entspricht in etwa dem vom Arbeitsmitteldruck beaufschlagten Flächenbereich der die Verdrängerkammern seitlich begrenzenden Steuerscheibe 12. Die Ringräume 19, 20 sind untereinander durch die Ringdichtung 25 abgedichtet und der Ringraum Ii in Rirhtijnc d^ps PJn⁰S⁰BUiS 24 zwischen Qehäusedeckel 16 und Ansteuerplatte 6 durch die Ringdichtung 26 und der Ringraum 20 in Richtung des Raumes 27 zwischen dem Deckelboden 16a und der diesem Deckelboden zugewandten Stirnfläche 18/ des Andrückkolbens durch die Ringdichtung 28. Im Andrückkolben ist eine zentrische Durchgangsbohrung iSg vorgesehen, über die die in der Verdrängungsmaschine intern anfallende Leckflüssigkeit zu dem Leckölanschluß 166 im Gehäusedeckelboden 16a zugeführt wird. In der Durchgangsbohrung 18^ ist gleichzeitig eine Druckfeder 30 angeordnet, die sich mit dem einen Ende am Gehäusedeckelboden und mit dem anderen Ende an einen, in der Durchgangsbohrung befestigten Sprengring 31 abstützt und den Andrückkolben an die Ansteuerplatte 6 andrückt

Die in dem Raum 32 zwischen Außenzahnrad 7 und Gehäuseteil 14 anfallende Leckflüssigkeit wird über eine als Sackbohrung ausgebildete Sammelkammer 33 und eine Verbindungsbohrung 34 im Gehäuseteil 5 dem Lagerraum 35 zugeführt und von dort über die Vielkeilverzahnung 16 der Welle 1 sowie über das Lager 4 der Durchgangsbohrung 18g· im Andrückkolben. Jeweils die Hälfte der Verdrängerkammern I-VII steht unter dem Arbeitsdruck, die andere Hälfte unter Tankdruck. Vom selben Druck wird auch die die Verdrängungskammern seitlich begrenzende Steuerscheibe 12 beaufschlagt

In F i g. 2, die eine Ansicht von der Verdrängereinheit in Richtung der Steuerscheibe 12 mit den Steueröffnungen 12a darstellt ist die vom Arbeitsdruck beaufschlagte Ringfläche Fa mit einem Punktraster versehen. Der resultierende Kraftangriffspunkt ist mit Ka bezeichnet Dieser Punkt liegt außerhalb der Drehachse M\ der Steuerscheibe. Dieser Kraftangriffspunkt Ka führt ebenso wie das Außenzahnrad eine kreisförmige Mittelpunktsteuerung aus. Auf der gegenüberliegenden Stirnfläche 126 der Steuerscheibe, also auf deren Steuerseite, wird die Steuerscheibe von der Arbeitsflüssigkeit an ihrem Umfang gleichmäßig im Bereich der an dem Umfang der Ansteuerplatte 6 gleichmäßig verteilten Steueröffnungen 6a, 66 beaufschlagt.

In Fig.3, die eine Ansicht auf die Steuerscheibe 12 von der Ansteuerplatte 6 aus veranschaulicht, sind die Flächenbereiche Fir der Steuerscheibe, die vom Arbeitsdruck beaufschlagt sind ebenfalls mit einem Punktraster angelegt. Die resultierende Kraft K₅, aus diesen Flächenbereichen fällt mit der Drehachse M\ der Steuerscheibe zusammen.

In Fig.4, die die gleiche Ansicht der Steuerscheibe zeigt wie F i g. 3, sind auf der Steuerseite der Steuerscheibe 12 außerhalb deren Steueröffnungen 12a teilkreisbogenförmig verlaufende Nutenabschnitte 40 vorgesehen, die über Verbindungsnuten 41 mit den Steueröffnungen 12a in dauernder Verbindung stehen und von der Ansteuerplatte 6 abgedeckt sind. Dadurch herrscht in diesen Nutenabschnitten jeweils derselbe Druck wie in der betreffenden Steueröffnung 12a und der mit dieser Steueröffnung verbundenen Verdrängungskammer. Im Bereich dieser Nutenabschnitte 40 werden somit zusätzliche, vom Arbeitsdruck beaufschlagte Druckflächen Fd geschaffen, die in F i g. 4 ebenfal's mit einem Punktraster kenntlich gemacht sind. Die aus diesen Druckflächen Fd resultierende Kraft K_re liegt der auf der Verdrängerseite an der Steuerscheibe angreifenden resultierenden Kraft Ka in etwa gegenüber und ist auch in ihrer Größe dieser Kraft Ka in etwa gleich. Dadurch wird an der Steuerscheibe ein Drehmoment wirksam, daß dem von der resultierenden Kraft Ka bewirkten

Die an der Steuerscheibe angreifenden Kräfte und Momente sind somit annähernd ausgeglichen. Die gegebenenfalls verbleibenden Restkräfte und Momente sind klein und können demgemäß den mechanischen und hydromechanischen Wirkungsgrad der hydraulischen Maschine nicht beeinflussen.

In F i g. 5 sind die teilkreisbogenförmig verlaufenden

Nutenabschnitte 40' auf der in dieser F i g. 5 nicht sichtbaren Ansteuerplatte 6 vorgesehen und sie werden von der Steuerscheibe 12 abgedeckt Die Verbindung mit den Steueröffnungen 12a der Steuerscheibe 12 erfolgt über oberhalb der Steueröffnungen 12 in der Steuerscheibe eingelassene radial verlaufende Nutenfortsätze 43, deren Breite b nicht größer ist als der gegenseitige Abstand a, der in der Ansteuerplatte eingelassenen Nutenabschnitte 40'. Dadurch wird eine gleichzeitige Verbindung von zwei Nutenabschnitten mit einer Steueröffnung der Steuerscheibe wirkungsvoll unterbunden.

F i g. 6 zeigt die bevorzugte Anordnung der Nutenabschnitte auf der Steuerseite der Steuerscheibe.

Aus F i g. 7, die einen Schnitt nach der Linie ViI-VII in F i g. 6 zeigt, ist die verhältnismäßig geringe Tiefe dieser Nutenabschnitte sowie die Formgebung der Steueröffnung 12a zu erkennen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

35

40

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Kreiskolbenmaschine mit einer aus einem zentral geführten Innenzahnrad und einem mit dem Innenzahnrad zusammenwirkenden Außenzahnrad gebildeten Verdrängereinheit, wobei das Außenzahnrad eine kreisförmige Mittelpunktsbewegung um die zentrale Achse des rotierenden Innenzahnrades durchführt und mit einer zumindest an einer Stirnseite des Innenzahnrades angeordneten Steuerplatte, welche die von der Verdrängereinheit gebildeten Verdrängerkammern seitlich begrenzt und mit gleicher Drehzahl wie das Innenzahnrad umläuft und im Bereich zwischen den Zähnen des Innenzahnrades jeweils eine Durchflußöffnung aufweist, die auf der dem Innenzahnrad abgewandter. Stirnfläche als Steueröffnungen mit Steuerkanten ausgebildet sind, die mit entsprechenden Steueröffnungen einer gehäusefesten Ansteuerplatte zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerebene zwischen der Steuerscheibe (12) und der gehäusefesten Ansteuerplatte (6) außerhalb der Steueröffnungen (12a, 6a, 6b) teilkreisbogenförmig verlaufende Nutenabschnitte (40) vorgesehen sind, wobei jeder Steueröffnung (12a,) der Steuerscheibe (12) ein mit dieser in Verbindung stehender Nutenabschnitt (40) zugeordnet ist

2. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenabschnitte (40) auf der Steuerscheibe (12) vorgesehen sind und über jeweils eine Verbindungsnut (41) mit den betreffenden Steueröffnungen (12a^ der Steuerscheibe (12) in dauernder Verbindung stehen.

3. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenabschnitte (40) in der Ansteuerplatte (6) vorgesehen sind und über in der Steuerscheibe (12) angeordnete Verbindungsnuten (43) mit den Steueröffnungen (12a^der Steuerscheibe (12) intermittierend in Verbindung stehen.