DE3346519C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiskolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 31 19 507 ist eine Kreiskolbenmaschine der eingangs genannten Art bekannt. Ferner ist aus der DE-OS 30 15 551 eine Kreiskolbenmaschine bekannt, bei der, in Achsrichtung gesehen, kreisbogenförmige Lagerstellen auf der Außenseite des Außenzahnrades muldenförmig ausgebildet sind, und ebenfalls in Achsrichtung gesehen, kreisbogenförmige Stützstellen auf der Innenseite des das Außenzahnrad umgebenden Gehäuseteils als Rollen vorgesehen sind. Die Lagerstellen und die Stützstellen weisen starke Unterschiede in ihren Krümmungen auf, weshalb beim Eingriff der Stützstellen in die Lagerstellen bei geringer Dämpfung eine hohe Preßkraft mit lautem Laufgeräusch auftritt. Der Nachteil eines hohen Laufgeräusches tritt auch aus den genannten Gründen bei einer Kreiskolbenmaschine gemäß der zuerst genannten DE-OS 31 19 807 auf.

Bei der aus der französischen Patentanschrift 68 874 bekannten Kreiskolbenmaschine ist in einem Gehäuse ein die gleiche Mittelachse wie dieses besitzendes Innenzahnrad angeordnet, welches von einem Außenzahnrad umgeben ist. Im Gegensatz zur Bauart einer Kreiskolbenmaschine, auf die sich die Erfindung bezieht, läuft das Außenzahnrad gemäß FR-PS 68 874 beim Betrieb der Maschine ständig um, so daß sich insgesamt ein anderer Aufbau und eine andere Betriebsweise als bei der Kreiskolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergibt. Aus der US-PS 34 90 383 ist zwar eine Kreiskolbenmaschine bekannt, bei der ein das Innenzahnrad umgebendes Außenzahnrad sich nicht dreht, wobei aber hier das Außenzahnrad eine außerordentlich stark schwankende Wandstärke besitzt, was zu Festigkeitsproblemen führen kann und insgesamt keine kompakte Bauweise ermöglicht. Ferner ist die Außenverzahnung des Außenzahnrads sowie die Innenverzahnung eines Gehäuses derart ausgelegt, daß verhältnismäßig kleine Krümmungsradien an den Berührungsstellen aufeinandertreffen, was zu einer hohen spezifischen Materialbelastung führt.

Ausgehend von einer Kreiskolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Geräuschverhalten der Kreiskolbenmaschine zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht man, daß die Lagerstellen und die Stützstellen jeweils nur an ihren Außenseiten aufeinandertreffen und daß es genügt, nur die sich berührenden Stellen mit Bögen, insbesondere Kreisbögen, möglichst großer Durchmesser auszubilden. Hierdurch treffen beim Eingriff Zähne des Außenzahnrads in die Zahnmulden des Gehäuseteils Radien sehr geringer Krümmungsunterschiede aufeinander, weshalb nahezu Flächenberührung auftritt. Auch kann sich zwischen der Lagerstelle und der Stützstelle jeweils großen Durchmessers ein Schmierfilm länger halten als bei kleineren Durchmessern, wodurch eine verhältnismäßig hohe Dämpfung und eine beträchtliche Laufruhe erzielt werden. Da bei mit Kraft aneinander liegenden gewölbten Flächen großer Durchmesser die Pressung verhältnismäßig gering ist, erhöht sich die Lebensdauer der Kreiskolbenmaschine. Eine solche Maschine kann auch in raumsparender Bauweise ausgebildet sein, wozu insbesondere die Merkmale des Anspruchs 2 beitragen. Durch die Merkmale des Anspruchs 3 wird die Lebensdauer der Kreiskolbenmaschine weiter erhöht und durch die Merkmale des Anspruchs 6 können ausreichend breite Zähne am Gehäuse ausgebildet werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Kreiskolbenpumpe nach Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2 mit anderer Ausbildung von Teilen.

Fig. 4 schematisch einen Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Motor;

Fig. 5 einen Schnitt längs Linie IV-IV in Fig. 4.

Die Kreiskolbenpumpe hat ein aus einem Gehäuseendteil 1, einem Gehäusemittelteil 2 und einem Deckel 3 gebildetes Gehäuse 1 bis 3. Der Gehäuseendteil 1 ist schalenförmig, der Gehäusemittelteil 2 ringförmig und der Deckel 3 scheibenförmig ausgebildet. Im Grund des Gehäuseendteils 1 befindet sich eine Lagerbüchse 4 in einer durchgehenden Bohrung und im Deckel 3 eine Lagerbüchse 5 in einem Sackloch. In den beiden Lagerbüchsen 4 und 5 ist eine über den Gehäuseendteil 1 überstehende Rotorwelle 6 drehbar gelagert, mit der im Bereich des Gehäusemittelteils 2 ein Innenzahnrad 7 mittels einer Kerbverzahnung drehfest verbunden ist. Die Rotorwelle 6 und das auf ihr sitzende Innenzahnrad 7 sind mittels eines nicht dargestellten Motors antreibbar.

Auf dem Umfang des Innenzahnrades 7 sind in gleichen Umfangsabständen sieben von je einer Rolle gebildete Zähne 8 angeordnet, welche über den Umfang radial vorstehen. Das Innenzahnrad 7 ist von einem Außenzahnrad 9 umgeben, das gewellt ausgebildet ist und das nachstehend im einzelnen beschrieben wird. Das Außenzahnrad 9 und das Innenzahnrad 7 bilden eine Verdrängereinheit. Die Zähne 8 stehen dauernd an dem Außenzahnrad 9 an und bilden mit diesem Verdrängerkammer 10 bis 16 (Fig. 2). Die Zähne 8 sind in entsprechenden Ausnehmungen des Innenzahnrades 7 drehbar gelagert.

Zwischen der Verdrängereinheit 7, 9 auf der einen Seite und dem Gehäuseendteil 1 auf der anderen Seite ist eine Steuerscheibe 17 angeordnet und mit der Rotorwelle 6 drehfest verbunden, so daß das Innenzahnrad 7 und die Steuerscheibe 17 mit gleicher Drehzahl umlaufen. Die Steuerscheibe 17 begrenzt die Verdrängungskammern 10 bis 16 auf der Seite des Gehäuseendteiles 1, wogegen sie auf der anderen Seite durch den Deckel seitlich abgedeckt sind. Die Steuerscheibe 17 weist jeweils eine zwischen die Zähne 8 des Innenzahnrades 7 und damit in die Verdrängungskammern 10 bis 16 mündende Zulaufbohrung 18 auf. Diese Zulaufbohrungen sind auf dem Umfang der Steuerscheibe 17 gleichmäßig verteilt angeordnet. Ihre Zahl entspricht der Anzahl der Verdrängerkammern 10 bis 16. In den Gehäuseendteil 1 ist ein Verbindungskörper 19 umdrehbar eingesetzt, welcher abwechselnd je eine Längsbohrung 20 mit nach außen herausgeführtem Querkanal 21 und auf seiner der Steuerscheibe 17 benachbarten Seite je einen Eckkanal 22 hat. Die Längsbohrung 20 und der Eckkanal 22 münden also abwechselnd auf der der Steuerscheibe 17 zugekehrten Seite des Verbindungskörpers 19. Die Anzahl der Längsbohrungen 20 und die Anzahl der Eckkanäle 22 ist jeweils um die Zahl 1 größer als die Anzahl der sieben Verdrängerkammern 10 bis 16. Somit sind jeweils acht Längsbohrungen 20 und acht Eckkanäle 22 vorhanden, die auf dem Umfang wechselweise gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Der Querkanal 21 ist mit einem Ringkanal 23 und der Eckkanal 22 ist mit einem Ringkanal 24 verbunden. Der Querkanal 21 steht mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter in Verbindung und der Ringkanal 24 mit einem unter Druckmitteldruck stehenden, ebenfalls nicht dargestellten Druckmittelkreis. Die in den Gehäuseendteil 1 fest eingesetzte Lagerbuchse 4 durchsetzt den Verbindungskörper 19. Der Gehäuseendteil 1, der Gehäusemittelteil 2, der Deckel 3 sind mittels Schrauben 25 miteinander verbunden.

Das Außenzahnrad 9 hat auf seiner Innenseite 8 nach innen ragende, in Fig. 2 gesehen kreisbogenförmige Vorsprünge 26, zwischen denen jeweils, ebenfalls in Fig. 2 gesehen, kreisbogenförmige Ausnehmungen 27 jeweils für den Eingriff einer der Zähne 8 vorgesehen ist, wobei der Radius der Ausnehmung 27 kleiner als der des Vorsprunges 26 ist. Das Außenzahnrad 9 hat auf seiner Außenseite Mantelabschnitte 28 eines Kreiszylinders mit dem Durchmesser Di. Dazwischen sind in Fig. 2 gesehen halbkreisförmige Zähne 33 angeordnet, die an ihren Füßen jeweils kreisbogenförmige Lagerstellen 29 aufweisen, welche sich jeweils auf der den Ausnehmungen 27 gegenüberliegenden Seite befinden. Der Radius der Lagerstellen 29 ist mit r bezeichnet. Die Mitte des Halbkreises der Lagerstellen 29 befindet sich zwischen dem durch die Mantelabschnitte 28 bestimmten Kreis auf der einen Seite und den durch die radial am weitesten außen liegenden Stellen der Ausnehmungen 27 bestimmten Kreis auf der anderen Seite. Beim Ausführungsbeispiel liegt das Verhältnis r/Di zwischen 0,155 und 0,145.

Das Außenzahnrad 9 ist um den Betrag e exzentrisch zur Welle 6 und zum Gehäuse 1 bis 3 angeordnet. Der Gehäusemittelteil 2 hat auf seiner Innenseite an seitlichen Rändern von Zahnmulden 34 angeordnete, den Lagerstellen 29 des Außenzahnrades 9 angepaßte, in Achsrichtung gesehen ebenfalls kreisbogenförmige Stützstellen 30, deren Radius R die Summe aus dem Radius r und dem Doppelten des Exzenterabstandes e ist. Zwischen den Zahnmulden 34 sind nach innen ragende Zähne 31 vorgesehen. Der Zahn 31 steht so weit über den Grund der Zahnmulde 34 über, daß er, wie in Fig. 2 oben dargestellt, zwischen zwei Zähne 33 paßt. Im Bereich jeder der Zähne 31 befindet sich eine Schraube 25. Der Zahn 31 ist voll ausgebildet und hat eine Zahnkopffläche 32, die Bestandteil eines zylindrischen Mantelabschnittes ist.

Die Wirkungsweise der Kreiskolbenpumpe entspricht der nach der DE-OS 30 15 551.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind nur die die Lagerstellen 29 aufweisenden Zähne 33 a des Außenzahnrads 9 a und die die Stützstellen 30 aufweisenden Zahnmulden 34 a des Gehäusemittelteils 2 a anders als beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die Zähne 33 a sind an ihren radial außen liegenden Enden abgeschnitten und der Grund der Zahnmulde 34 a ist weniger tief als der Grund der Zahnmulde 34. Geblieben sind am Fuß des Zahnes 33 a die beidseitig angeordneten Lagerstellen 29 mit dem Radius r auf gemeinsamem Kreisbogen und beidseitig der Zahnmulde 33 a angeordnete Stützstellen 30 mit dem Radius R jeweils in Achsrichtung gesehen. Die Höhe h des Zahnes 33 a beträgt etwa ¾ des Radius r. Die in Achsrichtung gesehen auf einem Umfangskreis liegende Kopffläche des Zahnes 33 a stützt sich während des Betriebes nicht auf dem in Achsrichtung gesehen ebenfalls auf einem Umfangskreis liegenden Grund der Zahnmulde 34 a ab. Entsprechendes gilt auch für das erste Ausführungsbeispiel.

Bei beiden Ausführungsbeispielen hat sich gezeigt, daß sich der Zahn 33, 33 a nur im Bereich seines Zahnfußes an den seitlichen Rändern der Zahnmulde 34 bzw. der Zahnmulde 34 a abstützt. Die miteinander zusammenarbeitenden, in Achrichtung gesehen kreisbogenförmigen Stellen sind vorstehend mit Lagerstelle 29 bei dem Außenzahnrad 9 bzw. 9 a und mit Stützstelle 30 bei dem Gehäusemittelteil 2 bzw. 2 a bezeichnet. Sie bilden einen steilen Eingriffswinkel.

Die Stützstelle 30, im Gehäusemittelteil kann mit einer Lagerschale aus einem verschleißfesten, gehärteten Werkstoff versehen sein.

Die Lagerstelle 29 und die Stützstelle 30 sind vorstehend in Achsrichtung gesehen als kreisbogenförmig bezeichnet. Die Kreisbogenform ergibt sich daraus, daß das Außenzahnrad 9 eine kreisförmige Bewegung um die Achse der Rotorwelle 6 ohne Drehbewegung ausführt. Die Anzahl der Zähne 33, 33 a und die Anzahl der Zähne 31 sind daher immer gleich. Sie müssen jedoch nicht der Anzahl der Ausnehmungen 27 im Außenzahnrad 9 entsprechen.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Rotations- oder Kreiskolbenmaschine (gelegentlich auch als Verdrängermaschine bezeichnet) dargestellt, und zwar in der Form eines Hydraulikmotors 650. Die Verwendung der Kreiskolbenmaschine als Hydraulikmotor wird bevorzugt, weshalb im folgenden in der Beschreibung auch stets von einem Hydraulikmotor 650 gesprochen wird, obwohl dies nicht einschränkend verstanden sein soll.

Der Hydraulikmotor 650 weist ein vorzugsweise aus drei Bauteilen bestehendes Gehäuse auf, und zwar besteht das Gehäuse aus einem Flanschgehäuse 66, einem Zwischengehäuse 65 und einem Abschlußgehäuse 67. Diese drei Gehäusebauteile werden durch mehrere Befestigungsschrauben 621 zusammengehalten, die durch Bohrungen im Abschlußgehäuse und Zwischengehäuse verlaufen und in mit Gewinde versehene Bohrungen im Flanschgehäuse 66 eingeschraubt sind. Die Bohrungen im Zwischengehäuse sind mit den Bezugszeichen 620 bezeichnet. Auf der Längsachse 625 des Motors 650 ist eine Welle 61 angeordnet, und zwar drehbar gelagert mittels eines Lagers 610 a im Flanschgehäuse 66 und mittels eines Lagers 610 b im Abschlußgehäuse 67. Mit der Welle 61 ist zum einen ein Innenzahnrad oder Rotor 62 und ferner eine Steuerscheibe 64 drehfest verbunden. Die Steuerscheibe 64 ist durch die bei 623 angeordnete Verzahnung mit der Welle 61 drehfest verbunden und der Rotor 62 ist durch die bei 622 angedeutete Verzahnung drehfest mit der Welle 61 verbunden. Die Verzahnungen 622, 623 würden an sich noch eine Axialbewegung von Rotor 62 und Steuerscheibe 64 gestatten, d. h. die Welle 61 könnte bei Auftreten von Axialkräften aus dem Motorgehäuse herausgezogen werden. Um dies zu verhindern, ist ein Sicherungselement 626 in der Form eines Seegerrings an der Welle 61 befestigt und ragt in Radialrichtung in eine Ausdrehung 627 in der Steuerscheibe 64 hinein. Gleichzeitig liegt das Sicherungselement 626 an der nach innen weisenden Stirnfläche 628 des Rotors 62 an.

Ein zum Betrieb des Motors 650 unerläßlicher Kommutator 68 ist in eine Kreisbohrung 629, vorgesehen im Flanschgehäuse 66 eingepreßt derart, daß der Kommutator 68 flachseitig dichtend am Boden 630 der Flanschgehäusebohrung 629 anliegt, so daß zusätzliche Dichtungen nicht erforderlich sind.

Im Flanschgehäuse 66 sind ferner benachbart zum Kommutator 68 zwei Ringnuten 618 und 619 ausgebildet, die zur Zu- bzw. Abführung von Druckströmungsmittel dienen je nachdem, ob Motor- oder Pumpenbetrieb gewünscht wird. Der Kommutator 68 ist in bekannter Weise ausgebildet, beispielsweise so wie bei dem Hydraulikmotor, der in der Werbeschrift RD 14 325/12.80 der Anmelderin beschrieben ist.

Ebenfalls in bekannter Weise sorgt der Kommutator 68 zusammen mit der ebenfalls aus der genannten Werbeschrift bekannten Steuerscheibe 64 dafür, daß abhängig von der Drehung der Welle 61 Druckmittel den zwischen dem Rotor 62 sowie einem den Rotor 62 umgebenden Hohlrad 63 gebildeten Verdrängerkammern 631 zugeführt bzw. von diesen Kammern 631 abgeführt wird.

In bekannter Weise wird beim bevorzugten Motorbetrieb der Rotor 62 und somit die Welle in Rotation versetzt. Um dies zu ermöglichen, trägt der im wesentlichen siebeneckige Rotor an seinem Außenumfang an jeder seiner Ecken eine Rolle 611, die mit dem Innenumfang des Hohlrad (Außenzahnrads) 63 zusammenwirken. Das Hohlrad 63 besitzt an seinem Außenumfang acht in etwa gleichgroß ausgebildete kreisbogenförmige Ausnehmungen 612 und ist auf seiner Innenseite derart wellenförmig ausgebildet, daß es stets an sämtlichen am Rotor 62 angebrachten Rollen 611 anliegt. Das Zwischengehäuse 65 trägt an seinem Innenumfang acht konzentrisch zum Rotor 62 mit gleichem Abstand angeordnete Abstützrollen 13. Jede dieser Abstützrollen 613 wirkt mit einer der Ausnehmungen 612 auf der Außenseite des Hohlrades 63 zusammen, wobei letzteres exzentrisch bezüglich der Achse 625 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel begrenzten Rotor 62 und dessen Rollen 611 einerseits und das Hohlrad 63 andererseits sieben Verdrängungskammern 631 in welche jeweils ein Steuerkanal der Steuerscheibe 64 mündet.

Wie bereits erwähnt, ist der grundsätzliche Aufbau und der Betrieb des Kommutators und der Steuerscheibe 64 zur Aktivierung des Rotors 62 und des Hohlrads 63 aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb hier auf eine nähere Darstellung verzichtet werden kann. Es ist aber wichtig darauf hinzuweisen, daß gemäß der Erfindung anders als beim Stand der Technik der Kommutator, welche Form er im einzelnen auch immer haben mag, im Flanschgehäuse 66 angeordnet ist, d. h. in dem Gehäuseteil, der abtriebswellenseitig angeordnet ist. Der entgegengesetzt zum Flanschgehäuse 63 liegende Gehäuseteil kann daher relativ flach in der Form des Abschlußgehäuses 67 ausgebildet sein, welches lediglich das Lager 610 b für das innen liegende Ende der Welle 61 aufnimmt.

Vorzugsweise erstreckt sich das abtriebswellenseitige Lager 610 a für die Welle 61 nicht nur im Bereich des Kommutators 68, sondern geht darüber hinaus noch (in der Zeichnung nach links) in das Flanschgehäuse 66 hinein. Dies ist insofern vorteilhaft, als sich eine hohe Lagerkraftaufnahme ergibt.

Claims (6)

1. Kreiskolbenmaschine mit einem Innenzahnrad (7), mit einem mit dem Innenzahnrad (7) zusammenwirkenden und exzentrisch dazu angeordneten Außenzahnrad (9), das in Achsrichtung sich erstreckende bogenförmig ausgebildete Lagerstellen (29) aufweist,
mit einem das Außenzahnrad auf seiner radialen Außenseite wechselweise abstützenden, in Achsrichtung sich erstreckenden bogenförmige Stützstellen (30) aufweisenden Gehäuseteil (2), und mit einem mittels Befestigungsmitteln (25) zusammengehaltenen, mehrteiligen Gehäuse (1 bis 3), wobei jeder Lagerstelle (29) eine bestimmte Stützstelle (30) zugeordnet ist,
wobei in Achsrichtung gesehen die Lagerstellen (29) des Außenzahnrads (9) den Stützstellen (30) des Gehäuseteils (2) angepaßt sind und die Lagerstellen (29) sich an den Stützstellen (30) abwälzen,
wobei Gehäuseteil (2) und Innenzahnrad (7) die gleiche Mittelachse besitzen,
dadurch gekennzeichnet, daß alle Lagerstellen (29) des Außenzahnrads (9) an radial nach außen stehenden Zähnen (33) und alle Stützstellen (30) des Gehäuseteils (2) in Zahnmulden (34) angeordnet sind, und
daß die Krümmungsunterschiede der Lagerstellen (29) und der Stützstellen (30) im Eingriff gering sind.

2. Kreiskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1 bis 3) zusammenhaltende Befestigungsmittel (25) zwischen den die Stützstellen (30) aufweisenden Zahnmulden (34) in dem das Außenzahnrad (9) umgebenden Gehäuseteil (2) vorgesehen sind.

3. Kreiskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstellen (30) im Gehäuseteil (2) mit Lagerschalen versehen sind.

4. Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale aus einem gehärteten Werkstoff besteht.

5. Kreiskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsrichtung gesehen die die Stützstellen (30) aufweisenden Zahnmulden (34) im Gehäuseteil (2) und die Lagerstellen (29) aufweisenden Zähne (33) auf der Außenseite des Außenzahnrades (9) auf ihrem ganzen Umfang kreisbogenförmig ausgebildet sind.

6. Kreiskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnfüße zweier benachbarter, die Lagerstellen (29) aufweisenden Zähne (33) am Außenzahnrad (9) im Abstand voneinander angeordnet sind.