DE4439265C2

DE4439265C2 - Differentialgetriebe

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Publication number: DE4439265C2
Application number: DE19944439265
Authority: DE
Original assignee: WOLF MIRON
Current assignee: WOLF MIRON
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1994-11-03
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2014-11-04
Also published as: DE4439265A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Differentialgetriebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Bauart.

Ein solches Differentialgetriebe ist durch die DE-PS 38 14 678 bekannt. Teil des Differentialgetriebes ist dort ein als Axialkolbenmotor oder alternativ als Zahnradmotor ausgebildeter hydrostatischer Motor, der mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Arbeitsfluid einstufig betrieben wird.

Ein Differentialgetriebe ähnlicher Bauart mit als Flügelzellenmaschine ausgebildeten Verdrängereinheiten ist durch die DE 40 14 241 A1 bekannt geworden.

Ferner ist durch die US-PS 2730076 ein hydraulischer Motor der Drehschieberbauart bekannt, bei dem ein Rotor mit vier Schiebern mit einem äußeren Kurvenring zusammenwirkt, der fünf Nocken aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Differentialgetriebe so auszubilden, daß die Verdrängermaschine zweistufig als Motor oder Pumpe betrieben werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1.1 bis 1.3 Teilansichten eines Längsschnittes BB gemäß Fig. 2 durch das erfindungsgemäße Differentialgetriebe,

Fig. 2 einen Teilabschnitt AA gemäß Fig. 1.2,

Fig. 3 einen Teilabschnitt AA gemäß Fig. 1.1,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Differentialgetriebes.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Differentialgetriebe funktioniert als hydraulischer oder pneumatischer Motor, der sehr große Drehmomente übertragen kann oder als Pumpe, die sehr große Durchflußmengen bei hohen Druckwerten erreichen kann. Es kann auch als Vakuumpumpe mit großen Durchflußmengen bei gegen Null strebenden Vakuumwerten benützt werden. Deshalb ist der Anwendungsbereich dieser Erfindung sehr groß.

Das Differentialgetriebe besteht hauptsächlich aus zwei eigenständigen Mechanismen:

- tauschbarer Umkehrmotor mit einer Haupt- und einer Nebendrehrichtung (Fig. 1.1 und Fig. 3),
- Drehrichtungswechsler (Fig. 1.2 und Fig. 1.3).

Die Gehäuse dieser zwei Baugruppen sind im Verhältnis zu einem äußeren Bauteil vom Drehmoment entlastet.

Wenn die beiden Gehäuse 35 und 63 durch die Platte 64 abgesteift werden, heben sich die beiden Gegenmomente so gegeneinander auf, daß das ganze Differentialgehäuse vom Drehmoment entlastet wird.

1.0 Beschreibung des mit zwei Drehrichtungen tauschbaren Umkehrmotors

Diese Bauart mit Haupt- und Nebendrehrichtungen wurden gewählt, da damit die Hauptdrehrichtung als die Drehrichtung definiert ist, in der der Motor mit der größeren Winkelgeschwindigkeit und am häufigsten benutzt wird.

Diese Bauart war unbedingt notwendig, um die Druckverluste bei der Hauptdrehrichtung so gering wie möglich zu halten, damit ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden kann.

Andererseits, wenn das Differentialgetriebe als Pumpe arbeitet (beispielsweise bei der Wiederverwendung der kinetischen Energie), steigt die Auffüllungskapazität der Druckräume 77 ebenso durch die geometrische Form der Druckabsaug- und Führungskanäle, wie auch durch das Dasein von zwei Einlaufanschlüssen.

Für die Nebendrehrichtung wäre die Bauart nicht geeignet, aber es reicht vollkommen für den Zweck dieser Drehrichtung aus, da dies immer mit geringer Winkelgeschwindigkeit geschieht.

1.1 Funktionsweise als Motorantrieb

Für die Funktionsweise ist die Bauart des Schiebers 81 von Bedeutung.

Der sich in Betrieb befindende Schieber wird radial von fünf gleichzeitig auf ihn wirkenden Kräften nach außen gedrückt:

a) Fliehkraft,
b) die radiale Komponente des Arbeitsfluiddrucks auf der schräggefrästen Kanalfläche des Schiebers (Raum 74),
c) die resultierende Kraft des Arbeitsdruckes auf die Fläche am Ende des Schiebers 81. Diese Fläche beträgt die Hälfte der Querschnittsfläche des Schiebers. Der Druck wird durch die Einlaßöffnung 19 ins Wechselventil 20 geführt, von dort aus kommt er in den gedrehten Raum 37, und hier versorgt er alle vier Schieber einer Motorhälfte (also gibt es insgesamt acht Schieber),
d) die Druckkraft, die auf einem Viertel der Querschnittsfläche im Raum 74 wirkt,
e) der Auslaßdruck des durch den Führungskanal 80 geführten Arbeitsfluids, der auf das andere Viertel des Schiebers wirkt.

Gleichzeitig gibt es vier Kräfte, die auch radial auf den Schieber, aber nach innen wirken:

f) die Auslaßdruckkraft, die auf die begrenzten Flächen zwischen dem Schieberrand und der Kontaktlinie der Rolle 30 wirkt. (Die Kurvenzylinder sind mit je fünf Nocken bestückt. Zwischen den beiden Kurvenzylindern gibt es einen Winkelunterschied von 36°.),
g) die Arbeitsdruckkraft, die auf die Differenzflächen der Querschnittsfläche und der bei (f) benannten Fläche wirkt, und
i) außer den genannten Kräften (f) bis (h) treten auch Trägheits- und Reibungskräfte auf.

Die Richtung der resultierenden Kraft weist immer nach außen, da die Rolle 30 immer auf der Kontur des Kurvenzylinders bleibt. Es ist zu empfehlen, daß die Masse des Schiebers so klein wie möglich gehalten wird, damit die Trägheit bei der Schieberausfahrt eine große Auslegungsgeschwindigkeit ermöglicht. Dies ist ein wichtiger Faktor für das Erreichen von großen Winkelgeschwindigkeiten.

Zur Vereinfachung wurden die Anschlüsse 2, 65 und 75 mit (P), (S) und (R) gekennzeichnet.

Bei der Funktion als Motorantrieb kann das Differentialgetriebe mit voller oder mit der Hälfte der Leistung arbeiten, je nachdem, ob (P) und (S) zusammen oder nur eins davon an den Druckspender angeschlossen wird. Der nicht versorgte Anschluß wird in beiden Fällen mit dem Anschluß (R) zusammen angeschlossen.

Wenn beispielsweise der versorgte Anschluß (P) ist, so passiert der Druckträger den gefrästen Führungskanal 4, fließt in den gedrehten Raum 3 des Deckels 6, durchquert den Rotor durch die Bohrungen 18 und trifft dann auf den Pyramidenmantel, der dann den Druckträger zu den Einlaßöffnungen 73 führt. Von da aus gelangt er in den Schieberkanal, durchquert den Raum 76, und wie bei der Bewegung auf einer Evolvente legt er sich in den Druckraum 77, in dem sich der Druck dann in mechanische Arbeit umwandelt. Der Nocken 31 beseitigt und zentrifugiert gleichzeitig den Auslaufstoff durch den Raum 34 in den Raum 32, von wo er in den Auslaufanschluß (R) gelangt. Wenn der vorgeschobene Nocken 31 in der Nähe des nächsten Schiebers gelangt, wird der Raum 34 von Schließer 33 solange geschlossen gehalten, bis die Nockenspitze des Raums 76 durchquert hat. Danach öffnet sich der Raum 34 wieder. Dasselbe geschieht in der anderen Hälfte des Rotors.

Bei voller Leistung arbeiten im Rotor ständig mindestens sieben Schieber gleichzeitig.

Das resultierende Drehmoment dreht mit den gleichen Werten ebenso den Rotor 10 wie auch die Trommel 28, nur daß ihre Drehrichtungen entgegengesetzt sind. Um die gleiche Drehrichtung zu erhalten, wurde an dem Trommelende ein Drehrichtungswechsler eingebaut. Dieser Drehrichtungswechsler besteht aus Zahnrädern 69 und 39 und Kettenrädern 52 und 55.

1.2 Funktionsweise als Antriebsmotor für die Nebenrichtung

Im Vergleich zur Funktionsweise für die Hauptdrehrichtung geschieht dies nur bei voller Kraft, ergibt aber nicht volle Leistung und nur kleine Winkelgeschwindigkeiten.

Diese Funktionsweise ergibt sich nur dann, wenn (R) der Einlaufanschluß, und (P) und (S) die Auslaufanschlüsse sind.

2.0 Funktionsweise als Pumpe

Dieses Differentialgetriebe funktioniert auch als Pumpe in beiden Drehrichtungen.

2.1 Funktionsweise als Pumpe mit halber Durchflußmenge

Diese Funktionsweise ist nur möglich, wenn eine der Antriebswellen 10 oder 55 blockiert wird, und die andere angetrieben wird. Wie man es in Fig. 3 sehen kann, hängen die Drehrichtungen mit der Anschlußweise zusammen. Für die gleiche Drehrichtung des Antriebsmoments wird (R) der Einlaufanschluß und (P) bzw. (S) werden die Auslaufanschlüsse. Für die entgegengesetzte Drehrichtung wird (R) der Auslaufanschluß und (P) bzw. (S) werden die Einlaufanschlüsse.

2.2 Funktionsweise als Pumpe mit kleiner Durchflußmenge und großen Druckwerten

Hierbei werden zwei gleiche Antriebsmomente an beiden Antriebswellen 10 und 55 mit gleicher Drehrichtung eingeleitet, wobei (R) der Einlaufanschluß, (P) oder (S) der Auslaufanschluß ist, und das Übrigbleibende an (R) angeschlossen wird.

2.3 Funktionsweise als Pumpe mit großen Durchflußmengen und mittleren Druckwerten

Hierbei wirken zwei gleiche Antriebsmomente und auf die beiden Antriebswellen 10 und 55, wobei die Hauptdrehrichtung (P) und (S) als Auslaufanschlüsse und (R) als Einlaufanschluß hat und die entgegengesetzte Drehrichtungen (P) und (S) als Einlaufanschlüsse und (R) als Auslaufanschluß hat.

2.4 Funktionsweise als Vakuumpumpe

Hierbei werden je nach Gebrauch von Durchflußmenge und Vakuumwert ein oder zwei Antriebsmomente hinzugefügt. Bei der Hauptdrehrichtung sind (P) und (S) die Auslaufanschlüsse und (R) wird an den Vakuumbehälter angeschlossen und bei der entgegengesetzten Drehrichtung sind für hohe Vakuumswerte (P) und (R) die Auslaufanschlüsse und (S) wird an den Vakuumbehälter angeschlossen.

3.0 Bemerkungen zur Konzeptionsart des Differentialgetriebes

Das erfindungsgemäße Differentialgetriebe ist ein Hochleistungsmechanismus zum Antreiben, und auch als Pumpe mit großen Durchflußmengen geeignet.

Das Differentialgetriebe läßt sich einfach herstellen.

Für die Abdichtung bei großen Druckwerten präsentiert die Erfindung eine Gruppe von neuen Abdichtungselementen für die drehenden Bauglieder. Eine Abdichtungsgruppe besteht aus einer Vorabdichtung und der eigentlichen Abdichtung. Die Vorabdichtung ist eigentlich ein gewindeförmiger Kanal, dessen Tiefe kegelförmig ist. Darin wird während der Arbeit der Druckträger gleichzeitig zentrifugiert und teilweise hinausgeschleudert, so daß der übriggebliebene Druck viel geringer als der Arbeitsdruck ist und die eigentlichen Dichtungsscheiben nicht so sehr belastet werden. Man muß beachten, daß die Hauptdrehrichtung der Funktionsweise der Gewinderichtung entspricht.

Die Kugel-, Rollen- und Nadellager, die verwendet werden, wurden so plaziert, daß die axialen Bewegungen so gering wie möglich gehalten werden, damit die Abdichtungsfähigkeit nicht beeinflußt wird.

Bezugszeichenliste

1

zylindrisches Gehäuse des Rotors

2

Einlaufanschluß

3

gedrehter Raum im Rotordeckel

4

gefräster Kanal

5

lockere Dichtungen

6

Rotordeckel

7

Wellendichtringdeckel

8

Wellendichtring

9

Nutmutter

10

Rotor

11

Preßbuchse

12

Schraube

13

Axialrollenlager

14

Radial-Nadellager

15

Preßbuchse

16

drehende Dichtscheibe

17

Kegelgewinde

18

gebohrter Kanal

19

Öffnung des Wechselventils

20

Wechselventil

21

Dichtscheibe

22

Preßring der Dichtscheibe

23

Bohrung für das Schleudern

des Leckstoffes

24

Schraube

25

Dichtscheibe

26

Kegelgewinde

27

Bindungsring des Schließträgers

28

Trommel

29

Gleitscheibe

30

Schieberrolle

31

Kurvenzylinder mit Nocken

32

Auslaufraum

33

Schließer

34

Nockenkanal

35

flanschförmiger Deckel des

Differentialgetriebes

36

Auslaufkanäle

37

gedrehter Raum im Rotordeckel

38

Deckel für Zahnradeinbau

39

Zahnrad

40

Welle

41

Radial-Nadellager

42

Lagergehäuse

43

Schraube

44

Wellendichtringdeckel

45

Staubschutz

46

Wellendichtringdeckel

47

Lagergehäuse

48

Kugellager

49

Dichtplatte

50

Deckel des Richtungswechslers

51

Zweifach-Rollenkette

52

Kettenrad

53

Nutmutter

54

Zentrierungsbolzen

55

Kettenrad der Antriebswelle

56

Einschraubbohrungen

57

Entlastungsring für den Lagerbolzen

58

Lagerbolzen

59

Öffnung zum Ölrausschleudern

60

Kugellager

61

Sicherungsring

62

Platten- und

Deckelbefestigungsschraube

63

Drehrichtungswechslergehäuse

64

Befestigungsplatte

65

Einlaufanschluß

66

Abdichtungsbuchse

67

Nadelkränze

68

Vorabdichtungsgruppe

(Schikane + Gewindekanal)

69

Zahnrad

70

Ringmutter

71

Kugellager

72

Zylinderrollenlager

73

gefräste Einlaufkanäle

74

gefräster Einlaufkanal des Schiebers

75

Anlaufanschluß

76

gefräster Raum

77

Druckraum

78

Schraubendurchgangsloch

79

Bohrung zum Wechselventil

80

Bohrung für den Ablaufdruck

81

Schieber

82

Ablaufdruckraum

83

Kurvenzylindernut

84

pyramidenförmiger Korken

85

Zahnradnut

86

Schieberträger

Claims

1. Differentialgetriebe, bestehend aus einer in einem Gehäuse mit Einlaß und Auslaß für ein Arbeitsfluid angeordneten Verdrängermaschine mit einem mit einer ersten Welle verbundenen Rotor und mit einer den Rotor umschließenden, mit einer zweiten Welle verbundenen Trommel, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängermaschine als Drehschiebermaschine für einen zweistufigen Betrieb ausgebildet ist, wobei der Rotor (10) aus zwei nebeneinander angeordneten Schieberträgern (86) und die Trommel (28) aus zwei gegeneinander winkelversetzten Kurvenzylindern (31) mit Nocken besteht, wobei in den Schieberträgern (86) angeordnete Schieber (81) bei Drehung des Rotors (10) und der Trommel (28) an den Nocken der Kurvenzylinder (31) entlanggleiten und dabei volumenveränderliche Arbeitsräume (76) bilden, und wobei je ein Einlaß bzw. Auslaß (2, 65) durch die erste Welle in jeden der Schieberträger (86) und nach radial außen durch diese und die Schieber (81) hindurch in die Arbeitsräume (76) führt, welche Arbeitsräume (76) über in der Trommel (28) angeordnete Nockenkanäle (34), deren Öffnungen durch am Umfang der Trommel (28) angeordnete, gehäuseseitige Schließer (33) gesteuert werden, mit einem Ablaufanschluß (75) in Verbindung stehen.

2. Differentialgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Schieberträger (86) vier Schieber (81) und an jedem Kurvenzylinder (31) fünf Nocken angeordnet sind und daß die Kurvenzylinder (31) um 36 Grad gegeneinander winkelversetzt angeordnet sind.

3. Differentialgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß schräg durch die Schieber (81) verlaufende Kanäle (74) für den Durchgang des Arbeitsfluids vorgesehen sind.

4. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (81) an ihren äußeren Enden Schieberrollen (30) aufweisen, die mit den Nocken der Kurvenzylinder (31) in Kontakt sind.

5. Differentialgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (81) an ihren inneren Enden durch das Arbeitsfluid beaufschlagt werden.

6. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der mit der Trommel (28) verbundenen zweiten Welle ein Wendegetriebe, bestehend aus einem Zahnradgetriebe (39, 69) und einem Kettenradgetriebe (51, 52, 55) angeordnet ist.

7. Differentialgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschiebermaschine durch den Druck des zugeführten Arbeitsfluids als zweistufiger Motor oder, angetrieben über die erste und/oder zweite Welle, als zweistufige Pumpe betrieben wird.