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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rotationsfluiddruckvorrichtungen,
und genauer auf derartige Vorrichtungen, die Gerotorverdrängungsmechanismen
beinhalten. Obwohl die vorliegende Erfindung auf vorteilhafte Weise
mit Gerotorvorrichtungen benutzt werden kann, die als Fluidpumpen verwendet
werden, erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft, wenn
sie als Teil eines Gerotormotors und insbesondere eines Gerotormotors
vom Niederdrehzahltyp mit hohem Drehmoment verwendet wird, weshalb
sie im Zusammenhang damit beschrieben werden wird. Die Erfindung
erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn sie als Teil einer
Gerotorvorrichtung benutzt wird, die für einen Betrieb mit relativ
höheren
Druck- und Drehmomentpegeln vorgesehen ist.
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Obgleich
darüber
hinaus die vorliegende Erfindung auf vorteilhafte Weise zusammen
mit Gerotormotoren verwendet werden kann, die verschiedene Typen
von Ventilanordnungen haben, erweist sie sich als besonders vorteilhaft,
wenn sie in einem Hochdruckmotor vom "Ventil-in-Stern"-(VIS)-Typ benutzt wird, weshalb sie
im Zusammenhang damit beschrieben werden wird. Ein Beispiel eines
VIS-Motors ist in US-A-4
741 681 illustriert und beschrieben, das auf den Anmelder der vorliegenden
Erfindung übertragen
ist und hier als Referenz dient. Eine Rotationsfluiddruckvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 ist ebenfalls aus US-A-5 624 248 bekannt. In einem VIS-Motor
wird der kommutierende Ventilvorgang an einer Grenzfläche zwischen
einem umlaufenden und sich drehenden Gerotorstern und einer benachbarten
stationären
Ventilplatte bewerkstelligt, welche typischerweise entweder ein
Teil des Motorgehäuses
(oder der Endkappe) ist oder die ein separates Bauteil bildet, welches
jedoch relativ zu dem Motorgehäuse
stationär
drehfest gehalten wird. Ein Beispiel eines VIS-Motors, in dem das
stationäre Ventilbauteil
ein von dem Motorgehäuse
getrenntes Bauteil ist, ist in dem US-Patent Nr. 4 976 594 illustriert
und beschrieben, das ebenfalls auf den Anmelder der vorliegenden
Erfindung übertragen
ist und hier als Referenz dient.
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Es
ist zu erwarten, dass die Niederdrehzahl-Gerotormotoren mit hohem
Drehmoment der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, in zunehmendem
Maße sogar
bei dem Vorliegen von relativ hohen Gegendrücken arbeiten, d.h. bei einem
Druckpegel, der wesentlich über
dem Behälterdruck
an dem Rücklauf-(Auslass)-Anschluss des Motors
liegt. Wie dem Fachmann wohlbekannt ist, sind hohe Gegendrücke im Fall
von Fahrzeugantriebssystemen mit geschlossenem Kreislauf üblich, bei
denen der Systemladedruck für
eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit
des Servosystems, das die Verdrängung
der hydrostatischen Antriebspumpe steuert, erhöht wird. Weiterhin ist wohlbekannt,
dass der Systemladedruck inhärent
den Gegendruck an dem Motor bestimmt, da der Ladedruck ("Makeup"-Fluid) zu der Niederdruckseite
des Systems übertragen
wird, welche die Auslassseite des Antriebsmotors ist.
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Ein
inhärentes
Merkmal von Motoren vom VIS-Typ besteht darin, dass der Gegendruck
eine abtrennende Kraft auf den Gerotorstern ausübt, wodurch die Tendenz erzeugt
wird, dass sich der Stern (der das umlaufende und sich drehende
Ventilbauteil ist) von der benachbarten Ventiloberfläche an dem stationären Ventilbauteil
abtrennt. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet von Gerotormotoren wohlbekannt
ist, reduziert eine derartige Abtrennung von benachbarten Ventiloberflächen die
volumetrische Effizienz des Motors wesentlich, wobei die volumetrische
Effizienz das Verhältnis
des tatsächlichen
Abtriebs des Motors zu dem theoretischen Abtrieb des Motors ist,
das vorläge,
wenn keine Leckage innerhalb des Motors aufträte. Für bestimmte VIS-Motorkonfigurationen
ist bestimmt worden, dass die Abtrennung des Sterns bei erhöhten Systemdrücken nicht
so sehr ein Problem darstellt, da der Systemdruck zum Vorspannen
des Gerotorsterns zu der benachbarten Oberfläche des stationären Ventilbauteils hin
verwendet wird. Stattdessen tritt das Problem am deutlichsten bei
relativ niedrigeren Systemdrücken auf,
bei denen eine geringere resultierende Vorspannkraft auf den Stern
vorliegt. Es wird davon ausgegangen, das das Problem durch das relativ
hohe Bolzendrehmoment, das angesichts des Umstands, dass der Motor
für eine
Anwendung bei relativ höheren
Druckpegeln vorgesehen ist, verschärft wird. Das hohe Bolzendrehmoment
kann dazu führen,
dass die Ausgleichsplatte vom Stand der Technik deformiert wird,
wodurch sich Leckagezwischenräume
zwischen dem Gerotor und der Ausgleichsplatte öffnen und die volumetrische
Effizienz reduziert wird. Von größerer Bedeutung
ist jedoch der Umstand, dass das Bolzendrehmoment angesichts von
variierenden Faktoren wie z.B. dem Gewindefinish usw. zu einer unvorhersehbaren
Vorlast auf die Ausgleichsplatte führt, während jedoch eine vorhersagbare
Vorlast wirklich erwünscht
wäre.
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Dementsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
eines verbesserten Niederdrehzahl-Gerotormotors mit hohem Drehmoment
und insbesondere eines Motors vom VIS-Typ, der sogar im Falle des Vorliegens
eines relativ höheren
Gegendrucks zufrieden stellend arbeiten kann, während das Ausmaß der Abnahme
der volumetrischen Effizienz verringert wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Gerotormotors vom VIS-Typ mit einer verbesserten Ausgleichsplatte
und Dichtungsanordnung, wodurch zwecks einer weiter erhöhten volumetrischen
Effizienz die Verringerung des Gerotorseitenabstands ermöglicht wird,
während
zugleich das Toleranzband für
den Seitenabstand auf effektive Weise gesteigert wird, wodurch sich
wiederum die Herstellungskosten für den Gerotor verringern.
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Es
ist beobachtet worden, dass die Bemühungen zu einer Verringerung
des Gerotorseitenabstands und einer Erhöhung der volumetrischen Effizienz
zu einem unerwünschten
Effekt führen
können. Eine
Erhöhung
der Belastung einer Ausgleichsplatte, die benachbart zu der vorderen
Fläche
des Sterns (d.h. zu dem Ende, das der stationären Ventilplatte gegenüberliegt)
angeordnet ist, kann zu einem Scheuern zwischen der Endfläche des
Sternzahns und der benachbarten Oberfläche der Ausgleichsplatte führen, und
insbesondere an einem Bereich einer hohen Relativgeschwindigkeit
zwischen den benachbarten Oberflächen.
Wie für
den Fachmann auf dem Gebiet von Gerotormotoren wohlbekannt, führt jegliches
Scheuern zwischen sich relativ zueinander bewegenden Teilen wahrscheinlich
ziemlich rasch zu einem vollständigen
Ausfall der Funktionsfähigkeit des
Motors.
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Dementsprechend
besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines
verbesserten Gerotormotors, der das Scheuern zwischen den Endflächen des
Gerotorsterns und der benachbarten Oberfläche der Ausgleichsplatte auf
verbesserte Weise verhindern kann.
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Eine
spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines verbesserten Gerotormotors, der die oben genannte
Aufgabe löst,
indem unter Druck stehendes Fluid zu dem Bereich geführt wird,
der einem Scheuern ausgesetzt ist, wodurch dieser Bereich eines
möglichen
Scheuerns gekühlt
und geschmiert wird.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
obigen und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bereitstellung
einer Rotationsfluiddruckvorrichtung bewerkstelligt, die eine Gehäuseanordnung
aufweist, welche einen Fluideinlassanschluss und einen Fluidauslassanschluss
ausbildet. Ein Fluiddruckverdrängungsmechanismus
ist der Gehäuseanordnung
zugeordnet und umfasst ein innen verzahntes Ringbauteil und ein
außen
verzahntes Sternbauteil, das exzentrisch innerhalb des Ringbauteils
angeordnet ist. Das Ringbauteil und das Sternbauteil verfügen über relative
Umlauf- und Drehbewegungen und wirken zusammen, um sich ausdehnende
und zusammen ziehende Fluidvolumenkammern in Ansprechen auf die
Umlauf- und Drehbewegung auszubilden. Eine Ventilanordnung wirkt
mit der Gehäuseanordnung
zusammen, um eine Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlassanschluss
und den sich ausdehnenden Volumenkammern sowie zwischen den sich
zusammenziehenden Volumenkammern und dem Fluidauslassanschluss herzustellen.
Die Gehäuseanordnung
umfasst eine hinter dem Ringbauteil angeordnete Endkappenbaugruppe,
die einen Teil der Ventilanordnung bildet, sowie ein vor dem Ringbauteil
angeordnetes Gehäusebauteil.
Eine Mehrzahl von Befestigern ist in Befestigerbohrungen vorgesehen,
wobei die Befestiger die Endkappenbaugruppe und das Gehäusebauteil
in einem relativ zu dem Ringbauteil fest abdichtenden Eingriff halten.
Eine Ausgleichsplatte ist zwischen dem Ringbauteil und dem Gehäusebauteil
angeordnet und dazu ausgelegt, nahe an einer benachbarten Endfläche des
Sternbauteils angeordnet werden zu können, um eine dazwischen auftretende
Fluidleckage zu minimieren.
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Die
benachbarte Endfläche
des Sternbauteils bildet eine Fluidkammer aus und das Sternbauteil
legt einen Fluiddurchlass fest, der unter Druck stehendes Fluid
von dem Hauptfluidströmungsweg stromauf
von dem Fluidverdrängungsmechanismus zu
der Fluidkammer überträgt, um eine
zu dem stationären
Ventilbauteil hin verlaufende Fluiddruckvorspannung des Sternbauteils
bereitzustellen.
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Die
verbesserte Rotationsfluiddruckvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die benachbarte Endfläche
des Sternbauteils eine Mehrzahl von individuellen Sternzahnflächen aufweist.
Jede der Sternzahnflächen
bildet einen sich im Allgemeinen radial erstreckenden Fluiddurchlass
aus, der mit der Fluidkammer in Verbindung steht. Jede der Sternzahnflächen umfasst
weiterhin einen Fluiddurchlass, der im Allgemeinen senkrecht zu
dem radialen Fluiddurchlass ausgerichtet ist und ein in einer Richtung weg
von dem radialen Fluiddurchlass abnehmendes Strömungsvolumen aufweist, wodurch
unter Druck stehendes Fluid zwischen der Ausgleichsplatte und der
benachbarten Endfläche
des Sternbauteils bereitgestellt wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein axialer Querschnitt, der einen gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellten Niederdrehzahl-VIS-Gerotormotor mit hohem Drehmoment
illustriert.
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2 ist
ein Querschnitt in Querrichtung entlang der Linie 2-2 von 1,
der nur das Sternbauteil darstellt.
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3 ist
ein Querschnitt in Querrichtung entlang der Linie 3-3 von 1 mit
einem etwas kleineren Maßstab
als in 1, der von der in 1 aus dargestellten
Position aus etwas verdreht ist.
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4 ist
ein Querschnitt in Querrichtung entlang der Linie 4-4 von 1 mit
einem etwas größeren Maßstab, der
etwas schematisch die Anordnung des äußeren Profils der inneren Ausgleichsplatte
darstellt, welche einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet.
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5 ist
ein Grundriss der äußeren Ausgleichsplatte
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Grundriss der inneren Ausgleichsplatte der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
ein sehr vergrößerter fragmentarischer
axialer Querschnitt ähnlich
zu 1, der die Erfindung ausführlicher illustriert.
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8 ist
ein vergrößerter Grundriss
ebenfalls entlang der Linie 4-4 von 1, der nur
den gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung hergestellten Gerotorstern zeigt.
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9 ist
eine weiter vergrößerte fragmentarische
Ansicht einer Sternzahnendfläche,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist.
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10 ist
ein axialer Querschnitt entlang der Linie 10-10 von 9 in
ungefähr
dem gleichen Maßstab.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Nun
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, welche die Erfindung nicht einzugrenzen
beabsichtigen, illustriert 1 einen
gemäß der oben
angeführten
Patente angefertigten VIS-Motor. Genauer weist der in 1 dargestellte
VIS-Motor lediglich beispielshalber entweder einen "Nassbolzen"-Entwurf ("wet-bolt") auf, bei dem der
Systemdruck auf die Bolzen auftritt, oder einen Entwurf mit "gedämpften Bolzen" ("damp-bolt"), bei denen der
Gehäusedruck
auf die Bolzen auftritt. In jedem Fall kann der Motor gemäß dem US-Patent
Nr. 5 211 551 aufgebaut werden, wobei dieses Patent ebenfalls auf
den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hier als
Referenz dient.
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Der
in 1 dargestellte VIS-Motor weist eine Mehrzahl von
Abschnitten auf, die z.B. durch eine Mehrzahl von Bolzen 11 miteinander
befestigt sind, und wobei nur einer dieser Bolzen in den 1 und 3,
jedoch sämtliche
Bolzen in 4 dargestellt ist/sind. Der
Motor umfasst eine Endkappe 13, eine stationäre Ventilplatte 15,
einen allgemeinen mit 17 gekennzeichneten Gerotorzahnradsatz,
eine allgemein mit 19 gekennzeichnete Ausgleichsplattenanordnung
und ein Flanschbauteil 21.
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Der
ebenfalls in 4 dargestellte Gerotorzahnradsatz 17 ist
beim Stand der Technik wohlbekannt und ausführlicher in den oben angeführten Patenten
dargestellt und beschrieben, weshalb er hier nur kurz erläutert werden
wird. Der Zahnradsatz 17 ist vorzugsweise ein Geroler®-Zahnradsatz,
der ein innenverzahntes Ringbauteil 23 aufweist, das eine Mehrzahl
von im Allgemeinen halbzylindrischen Öffnungen ausbildet, wobei zylindrische
Walzenbauteile 25 in jeder der Öffnungen angeordnet sind und
als die Innenzähne
des Ringbauteils 23 dienen. Exzentrisch innerhalb des Ringbauteils 23 ist
ein außen
verzahntes Sternbauteil 27 angeordnet, das typischerweise
einen Außenzahn
weniger als die Innenzähne 25 hat,
wodurch das Sternbauteil 27 relativ zu dem Ringbauteil 23 umlaufen
und sich drehen kann. Die Umlauf- und
Drehbewegung des Sterns 27 innerhalb des Rings 23 bildet
eine Mehrzahl von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Fluidvolumenkammern 29 aus.
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Immer
noch hauptsächlich
auf 1 Bezug nehmend bildet der Stern 27 eine
Mehrzahl von geraden Innenkeilzähnen 30 (in
den 1, 7 und 8 dargestellt)
aus, die mit einem Satz balliger Außenkeilzähne 31, welche an
einem Ende einer Hauptantriebswelle 33 (die in 1 nur
fragmentarisch dargestellt ist) ausgebildet sind, in Eingriff stehen.
An dem gegenüberliegenden
Ende der Welle 33 ist ein weiterer, hier nicht dargestellter
Satz balliger Außenkeilzähne angeordnet,
der dazu ausgelegt ist, mit einem weiteren Satz gerader Innenkeilzähne in Eingriff
zu stehen, die durch eine gewisse Art von hier ebenfalls nicht dargestelltem
Drehausgangsbauteil wie z.B. einer Welle oder Radnabe ausgebildet
werden. Wie für
den Fachmann wohlbekannt können
die Gerotormotoren von dem allgemeinen Typ, der hier dargestellt
ist, eine zusätzliche
Drehausgangswelle aufweisen, die durch geeignete Lager abgestützt wird.
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Nun
hauptsächlich
auf 2 in Zusammenhang mit 1 Bezug
nehmend wird das Sternbauteil 27 ausführlicher beschrieben werden.
Obgleich kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist
es bevorzugt, dass der Stern 27 eine Baugruppe aus zwei
getrennten Bauteilen bildet. In der vorliegenden Ausführungsform
weist der Stern 27 zwei separate Bauteile einschließlich eines
Hauptsternbereichs 37 auf, der die Außenzähne beinhaltet, und eines Einsatzes
bzw. Stopfens 39. Der Hauptbereich 37 und der
Einsatz 39 wirken zur Ausbildung der verschiedenen nachstehend
beschriebenen Fluidzonen, -durchlässe und -anschlüsse zusammen. Das
Sternbauteil 27 bildet eine zentrale Verteilerzone 41 aus,
die durch eine Endfläche 43 des
Sterns 27 ausgebildet wird, wobei die Endfläche 43 als
in einem gleitenden abdichtenden Eingriff mit einer benachbarten
Oberfläche 45 (siehe 3)
der stationären Ventilplatte 15 stehend
angeordnet ist.
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Die
Endfläche 43 des
Sterns 27 bildet einen Satz von Fluidanschlüssen 47 aus,
die jeweils in kontinuierlicher Fluidverbindung mit der Verteilerzone 41 mittels
eines Fluiddurchlasses 49 stehen, der durch den Einsatz 39 ausgebildet
wird (und wobei in 2 nur einer der Fluiddurchlässe 49 dargestellt
ist). Weiterhin bildet die Endfläche 43 einen
Satz von Fluidanschlüssen 51 aus,
die abwechselnd zu den Fluidanschlüssen 47 angeordnet
sind und wobei jeder der Fluidanschlüsse 51 einen durch
den Einsatz 39 ausgebildeten Bereich 53 aufweist,
der sich radial nach innen bis zu etwa der Hälfte des Radialabstands zu der
Verteilerzone 41 hin erstreckt.
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Nun
hauptsächlich
auf 3 in Zusammenhang mit 1 Bezug
nehmend werden die Endkappe 13 und die stationäre Ventilplatte 15 ausführlicher beschrieben
werden. Wie angesichts des oben erwähnten US-Patents Nr. 5 211 551 ersichtlich ist
es beim Stand der Technik bekannt, dass die Endkappe und die stationäre Ventilplatte
wie in der vorliegenden Ausführungsform
als separate Bauteile ausgebildet sind, wobei beide somit auch als
eine "Endkappenbaugruppe" bezeichnet werden
können.
Alternativ dazu können
die Endkappe und das stationäre
Ventil ein einzelnes integrales Bauteil bilden, wobei sich in diesem
Falle Bezüge
auf eine "stationäre Ventilanordnung" oder eine ähnliche
Terminologie dahingehend verstehen, einen Bereich der Endkappe zu
bezeichnen, der unmittelbar benachbart zu dem Gerotorzahnradsatz
angeordnet ist. Es sollte sich verstehen, dass die vorliegende Erfindung
jede der oben beschriebenen Konstruktionen verwenden kann.
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Die
Endkappe 13 beinhaltet einen Fluideinlassanschluss 55 und
bildet weiterhin eine ringförmige
Kammer 59 aus, die in einer offenen kontinuierlichen Fluidverbindung
mit dem Einlassanschluss 55 steht. Die Endkappe 13 und
die stationäre
Ventilplatte 15 wirken zur Ausbildung einer zylindrischen
Kammer 61 zusammen, die für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung als ein Teil des Auslassanschlusses betrachtet wird, da
die Kammer 61 typischerweise in einer unbegrenzten Fluidverbindung
mit dem Auslassanschluss und mit der Verteilerzone 41 stehen
würde,
wenn der Stern 27 umläuft
und sich dreht. Die zylindrische Kammer 61 umgebend ist
ein allgemein mit 63 bezeichneter Fluiddruckbreich angeordnet
(siehe 3), der eine Mehrzahl von individuellen stationären Druckanschlüssen 65 umfasst,
die jeweils mittels eines Durchlasses 67 (siehe 1)
mit der ringförmigen
Kammer 59 in einer kontinuierlichen Fluidverbindung stehen.
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Weiterhin
bildet die stationäre
Ventilplatte 15 eine Mehrzahl von stationären Ventildurchlässen 69 aus,
die beim Stand der Technik auch als "Taktschlitze" bezeichnet werden. In der vorliegenden
Ausführungsform
würde jeder
der Ventildurchlässe 69 typischerweise
einen radial ausgerichteten Schlitz aufweisen, der jeweils in einer
kontinuierlichen offenen Fluidverbindung mit einem benachbarten
Schlitz von einer der Volumenkammern 29 angeordnet werden würde. Vorzugsweise
sind die Ventildurchlässe
in einem allgemein ringförmigen
Muster angeordnet, das wie in 3 illustriert
relativ zu dem Fluiddruckbereich 63 konzentrisch ausfällt. In
der vorliegenden Ausführungsform
und lediglich beispielshalber öffnen sich
die Ventildurchlässe 69 in
einen vergrößerten Bereich 71.
Jeder der Bolzen 11 durchläuft einen der vergrößerten Bereiche 71,
jedoch kann, wie in 3 ersichtlich ist, selbst dann,
wenn die Bolzen 11 vorhanden sind, immer noch Fluid von
und zu den Volumenkammern 29 durch den radial inneren Teil
jedes vergrößerten Bereichs 71 übertragen
werden.
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Erneut
hauptsächlich
auf 1 Bezug nehmend wird die allgemeine Funktion der
Ausgleichsplatte vom Stand der Technik beschrieben werden. Systemdruck
(Hochdruck) wird gemäß dem oben
angeführten
US-Patent Nr. 4 976 594 zu der vorderen Seite (d.h. der benachbart
zu dem Flanschbauteil 21 liegenden Seite) der Ausgleichsplatte übertragen. Für jede Betriebsrichtung
wird die Ausgleichsplatte zu dem Sternbauteil 27 hin vorgespannt.
Mit anderen Worten liegt während
eines gesamten Umlaufs des Sternbauteils 27 eine Endkraft
vor, welche die Ausgleichsplatte zu dem Stern hin vorspannt. Allerdings können aus
verschiedenen Gründen
wie z.B. wegen eines leichten Neigens oder Seitwärtskippens des Sterns oder
aufgrund einer ungleichförmigen
Verteilung von Bolzendrehmoment lokalisierte Bereiche vorliegen,
in denen eine leichte Abtrennung der Ausgleichsplatte von dem Stern 27 vorhanden
ist.
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Im
Betrieb wird Hochdruckfluid zu dem Einlassanschluss 55 übertragen
und fließt
von dort zu der ringförmigen
Kammer 59, dann durch die individuellen Durchlässe 67 und
in die Druckanschlüsse 65 hinein.
Wenn der Stern 27 umläuft
und sich dreht, treten die neun Druckanschlüsse 65 mit den acht
radial innen liegenden Bereichen 53 der Fluidanschlüsse 51,
die durch den Stern 27 ausgebildet werden, in eine kommutierende
Fluidverbindung. Somit wird Hochdruckfluid nur zu denjenigen Fluidanschlüssen 51 übertragen,
die mit einem der Ventildurchlässe 69 in
Fluidverbindung stehen, die dabei sind, eine derartige Verbindung
herzustellen oder die eine solche Verbindung vervollständigt haben.
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Hochdruckfluid
wird nur zu denjenigen Fluidanschlüssen 51 übertragen,
die sich auf der gleichen Seite der Exzentrizitätslinie wie die sich ausdehnenden
Volumenkammern befinden, sodass "Hochdruckfluid" anschließend von
diesen bestimmten Fluidanschlüssen 51 durch
die jeweiligen stationären Ventildurchlässe 69 und
vergrößerten Bereiche 71 in die
sich ausdehnenden Volumenkammern 29 fließen.
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Aus
den sich zusammenziehenden Volumenkammern 29 heraus strömendes Niederdruckausstoßfluid wird
durch die jeweiligen vergrößerten Bereiche 71 und
Ventildurchlässe 69 in
die durch das Sternbauteil 27 ausgebildeten Fluidanschlüsse 47 übertragen.
Anschließend
wird dieses Niederdruckfluid durch die radialen Fluiddurchlässe 49 in
die Verteilerzone 41 übertragen,
und von dort fließt
das Niederdruckfluid durch die zylindrische Kammer 61 und danach
zu dem zugeordneten Auslassanschluss. Für den Fachmann versteht sich,
dass der gerade beschriebene gesamte Hauptströmungsweg beim Stand der Technik
allgemein wohlbekannt ist. Wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" beschrieben wurde,
besteht, wenn ein wesentlich höherer
als üblicher
Gegendruck an dem Auslassanschluss 61 vorliegt, das Ergebnis
darin, dass eine gesteigerte Trennkraft auf den Stern 27 einwirkt.
In der vorliegenden Ausführungsform
würde eine
derartige Erhöhung des
Gegendrucks eine erhöhte
Vorspannkraft über die
gesamte Querfläche
der Verteilerzone 41 ausüben.
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Nun
hauptsächlich
auf die 1 und 4 bis 7 Bezug
nehmend wird die Ausgleichsplattenbaugruppe 19, die einen
wichtigen Aspekt der Erfindung darstellt, ausführlicher beschrieben werden. Die
Baugruppe 19 umfasst eine äußere Ausgleichsplatte 73 und
eine innere Ausgleichsplatte 75. Wie hier verwendet beziehen
sich die Begriffe "außen" und "innen" lediglich auf die
radiale Beziehung der Platten 73 und 75, d.h.
die Platte 73 ist relativ zu der Platte 75 radial
innen liegend angeordnet und die Platte 75 ist relativ
zu der Platte 73 relativ außen liegend angeordnet. Eine
andere Möglichkeit
zur Beschreibung der Beziehung der Ausgleichsplatten 73 und 75 besteht
darin festzustellen, dass die innere Platte 75 innerhalb
der äußeren Platte 73 "verschachtelt" ist.
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Gemäß einem
spezifischeren Aspekt der Erfindung bildet die äußere Ausgleichsplatte 73 ein
inneres Profil 77 (siehe 5) aus und
die innere Ausgleichsplatte 75 bildet ein äußeres Profil 79 aus
(siehe die 4 und 6). Obgleich
kein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es bevorzugt, dass die
inneren und äußeren Profile 77 und 79 innerhalb
vernünftiger
Herstellungstoleranzen relativ eng aneinander angeordnet werden,
so dass niemals eine Interferenz zwischen den Profilen vorliegt,
jedoch der Radialabstand dazwischen und vorzugsweise im Wesentlichen über das
gesamte Umfangsausmaß hinweg
minimiert wird. Zum Beispiel wird in der vorliegenden Ausführungsform
der Radialabstand in dem Bereich von etwa 0,020 inch (0,50 mm) gehalten.
Daher könnte
die in 4 mit "79" bezeichnete Linie ebenfalls
das innere Profil 77 der äußeren Platte 73 repräsentieren.
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Vorzugsweise
ist jedes der Profile 77 und 79 nicht kreisförmig. Wäre eines
der beiden Profile oder beide Profile einfach kreisförmig, wäre es wahrscheinlich,
dass sich die innere Ausgleichsplatte 75 frei drehen könnte, wenn
das Sternbauteil 27 umläuft und
sich dreht. Das Ergebnis bestünde
in einer wesentlichen Reibung, Wärmeerzeugung
und einem möglichen
Verschleiß der
Profile. In der vorliegenden Ausführungsform und lediglich beispielshalber
sind die Profile 77 und 79 Polygone, die jeweils
neun "Seiten" aufweisen, wodurch
die Anzahl an Volumenkammern 29 und die Anzahl an Walzenbauteilen 25 abgeglichen
wird.
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Gemäß einem
weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung ist das äußere Profil 79 der
inneren Ausgleichsplatte 75 wie in 4 dargestellt
relativ zu den Volumenkammern 29 angeordnet, d.h. dass
für jede gegebene
Umlauf- und Drehstellung des Sternbauteils 27 mindestens
ein kleiner (in einer radialen Richtung) Dichtungssteg zwischen
einer Endfläche 81 des
Sterns 27 und einer benachbarten Oberfläche der äußeren Ausgleichsplatte 73 vorliegt.
In der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung wird dies dadurch bewerkstelligt, dass ein Punkt an
dem Tal des Sterns fixiert wird und der Stern durch neun Umläufe hinweg
(d.h. eine gesamte Drehung) umläuft. Das
derart ausgebildete resultierende Profil hat genau die gleiche Form
wie die Profile 77 und 79, ist jedoch etwas größer. Wenn
ein Dichtungssteg erwünscht
wäre, der
lediglich beispielshalber niemals kleiner als 0,090 inch (2,2 mm)
ausfiele, würde
das erzeugte Profil nur um 0,090 inch in der radialen Richtung verringert
werden, um die Profile 77 und 79 zu erzeugen.
Es sollte sich verstehen, dass die beschriebenen Profile und das
Verfahren zur Erzeugung der Profile für die Erfindung nicht wesentlich, sondern
hier lediglich bevorzugt sind.
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Wie
zuvor erwähnt
ist das innere Profil 77 der äußeren Ausgleichsplatte 73 mit
einem kleinen Abstand zu dem äußeren Profil 79 der
inneren Ausgleichsplatte 75 angeordnet. Somit repräsentiert
die in 4 ersichtliche gesamte Endfläche 81, die radial
außerhalb
von dem äußeren Profil 79 liegt,
den augenblicklichen Dichtungssteg zwischen der Endfläche 81 und
der äußeren Ausgleichsplatte 73.
Mit anderen Worten würde
die äußere Ausgleichsplatte 73 im
Wesentlichen die gesamte (in 4 gezeigte)
Fläche
des Gerotorzahnradsatzes 17 ausmachen, die radial außerhalb
des äußeren Profils 79 liegt.
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Nun
hauptsächlich
auf 7 Bezug nehmend wird ein weiterer wichtiger Aspekt
der Erfindung beschrieben werden. Wie am besten in 7 ersichtlich
ist die äußere Ausgleichsplatte 73 relativ dünn beschaffen,
während
die innere Ausgleichsplatte 75 relativ dick ist. Dabei
wird davon ausgegangen, dass es im Vermögen des Fachmanns liegt, anhand dieser
Spezifikation die Stärken
für jede
der Platten 73 und 75 auszuwählen, die sich für den jeweiligen Motorentwurf
eignen. Das Flanschbauteil 21 bildet eine ringförmige Kammer 83 aus,
innerhalb derer der radiale Innenumfang der äußeren Ausgleichsplatte 73 angeordnet
ist, d.h. derjenige Bereich, der sich gegen die Endfläche 81 des
Sternbauteils abdichtet. Ebenfalls ist innerhalb der ringförmigen Kammer 83 die
innere Ausgleichsplatte 75 vorgesehen. In einer beim Stand
der Technik bereits bekannten Weise wird Systemdruck in die Kammer 83 durch
den Abstand zwischen den Profilen 77 und 79 übertragen, woraufhin
der Systemdruck die Ausgleichsplatten 73 und 75 zu
einem abdichtenden Eingriff mit der benachbarten Endfläche 81 des
Sterns hin vorspannt. Weiterhin ist innerhalb der ringförmigen Kammer 83 und
vor der inneren Ausgleichsplatte 75 eine Dichtungsringsbaugruppe 85 angeordnet,
deren Funktion darin in der Ausbildung einer Dichtanordnung für den Systemdruck
in der Kammer 83 zu bilden und eine Leckage in den die
Welle 33 umgebenden Gehäuseablaufbereich
zu verhindern 33.
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Radial
außerhalb
von der Dichtungsringsbaugruppe 85 ist eine Tellerfeder 87 angeordnet.
Der Außenumfang
der Feder 87 liegt an der vorderen Wand der Kammer 83 an,
während
ihrer Innenumfang an einer vorderen Fläche der inneren Ausgleichsplatte 75 anliegt,
wodurch die Platte 75 nach hinten in einen Eingriff mit
der Endfläche 81 des Sternbauteils
hin vorgespannt wird. Somit besteht ein wichtiges Merkmal der vorliegenden
Erfindung darin, dass die Ausgleichsplattenanordnung 19 zwei
separate Ausgleichsplatten 73 und 75 aufweist.
Die äußere Ausgleichsplatte 73 ist
dünner
und stimmt daher mit der benachbarten Endfläche des Ringbauteils 23 sowie
mit der benachbarten Endfläche 81 des
Sternbauteils 27 überein,
um dazwischen eine effektive Dichtung auszubilden. Gleichzeitig
ist die innere Ausgleichsplatte 75 dicker, unabhängig von
dem Bolzendrehmoment, und wird nicht nur durch den Systemdruck (gleich
wie bei der äußeren Ausgleichsplatte 73),
sondern auch mechanisch durch die Tellerfeder 87 vorgespannt.
Infolgedessen kann der Seitenabstand verringert werden, wodurch
die volumetrische Effizienz weiter erhöht wird und zugleich das Toleranzband
für den
Seitenabstand auf effektive Weise erhöht wird, was die Herstellung
des Gerotorzahnradsatzes vereinfacht und dessen Herstellungskosten
verringert.
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Nun
hauptsächlich
auf die 1 und 8 bis 10 Bezug
nehmend wird ein weiterer, jedoch mit obigem eng verbundener Aspekt
der Erfindung ausführlich
beschrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, dass 8 eine
Ansicht in der gleichen Richtung wie die Ansicht aus 4 ist,
allerdings sind für eine
vereinfachte Illustration die in 8 dargestellten
Merkmale an der Endfläche 81 in 4 nicht
gezeigt. Wie im Abschnitt "Hintergrund
der Erfindung" erläutert, können der
reduzierte Seitenabstand zwischen der Endfläche 81 des Sternbauteils 27 und
der benachbarten Oberfläche
der äußeren Ausgleichsplatte 73 sowie
der größere Vorspanndruck
an der Ausgleichsplatte 73 zu einem Scheuern führen, wobei
sich das in den 8 bis 10 illustrierte
Merkmal als effektiv erwiesen hat, ein derartiges Scheuern im Wesentlichen
zu verhindern.
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Gemäß dem oben
erwähnten
US-Patent Nr. 4 976 594 bildet die Oberfläche 81 des Sternbauteils 27 eine
ringförmige
Vertiefung oder Nut 91 aus, die durch ein Paar axialer
Fluiddurchlässe 93 unter Druck
stehendes Fluid von demjenigen der Anschlüsse 47 oder 51 aufnimmt,
welcher System-(Hoch)-Druck aufweist. Von der Nut 91 aus
wird Systemdruck in die ringförmige
Kammer 83 übertragen.
Innerhalb jedes Durchlasses 93 ist eine Rückschlagkugel 95 angeordnet,
deren Funktion in der Verhinderung einer Fluidverbindung von der
Nut 91 zu demjenigen der Anschlüsse 47 oder 51 besteht, der
Niederdruck aufweist.
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Die
Endfläche 81 des
Sternbauteils 27 umfasst für die Zwecke der nachfolgenden
Beschreibung und die beiliegenden Ansprüche eine Mehrzahl von individuellen
Sternzahnflächen 97,
wobei jede derartige Oberfläche 97 diejenige
Fläche
ausmacht, die radial außerhalb
von der Nut 91 liegt und in Umfangsrichtung zwischen benachbarten "Tälern" des Sterns angeordnet ist, wobei sich
der Begriff "Tal" beim Stand der Technik
versteht. Jede Sternzahnfläche 97 bildet
ein sich radial erstreckenden Fluiddurchlass 99 aus, der
mit dem Fluiddruck in der Nut 91 in offener Verbindung
steht. Ebenfalls bildet jede Sternzahnfläche 97 einen Fluiddurchlass 101 aus, der
im Allgemeinen senkrecht zu dem sich radial erstreckenden Fluiddurchlass 99 ausgerichtet
ist. Bedeutsamer ist, dass sich jeder Fluiddurchlass 101 im Allgemeinen
in der Richtung der Linearbewegung des Sternzahns erstrecken sollte,
bzw. genauer gesagt in einer Richtung, die senkrecht zu dem augenblicklichen
Drehmoment des Sterns liegt. Wie für den Fachmann wohlbekannt
schwenkt der Stern bei einem Umlauf tatsächlich um einen Punkt an einem Außenzahn,
sodass die maximale Lineargeschwindigkeit an der Endfläche des
Zahns auftritt, der diametral zu dem Schwenkpunkt angeordnet ist.
Jeder Fluiddurchlass 101 erstreckt sich vorzugsweise entlang
dieser Linie der maximalen Geschwindigkeit, da entlang einer derartigen
Linie ein Scheuern am wahrscheinlichsten auftritt. Da in der vorliegenden
Ausführungsform
der Motor vorzugsweise bidirektional arbeitet, liegen zwei der Fluiddurchlässe 101 vor,
die sich von jedem radialen Fluiddurchlass 99 aus erstrecken
und mit diesen in Fluidverbindung stehen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
jeder der Fluiddurchlässe 101 ein
sich verringerndes Strömungsvolumen
in der Richtung der Fluidströmung
auf, d.h. weg von dem sich radial erstreckenden Fluiddurchlass 99.
Es sei daran erinnert, dass die Sternzahnfläche 97 in einem abdichtenden Eingriff
mit der benachbarten Oberfläche
der äußeren Ausgleichsplatte 73 steht.
Wenn daher Fluid von dem radialen Durchlass 99 heraus und
durch den Fluiddurchlass 101 strömt, fungiert das sich verringernde
Strömungsvolumen
als eine "Düse" und erhöht effektiv
den lokalisierten Fluiddruck des Fluids, das von dem Durchlass 101 in
den seitlichen Zwischenraum zwischen der Sternzahnfläche 97 und
der benachbarten Oberfläche
der äußeren Ausgleichsplatte 73 fließt. Dieses
aus dem Durchlass 101 heraus fließende Fluid bewirkt einen hydrodynamischen Anhebungseffekt
und verbessert den Gleitfilm in demjenigen Bereich, in dem normalerweise
ein Auftreten von Scheuern zu erwarten ist, und weiterhin dient
die Fluidströmung
zur Abkühlung
des Bereichs, wodurch die Tendenz zu einem Scheuern weiter verringert
wird.
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Theoretisch
könnten
die Durchlässe 99 und 101 entweder
durch das Sternbauteil 27 oder durch die Ausgleichsplatte 73 ausgebildet
werden. Angesichts des Umstands, dass die Ausgleichsplatte 73 relativ
dünn ist
und typischerweise durch ein Verfahren wie z.B. Stanzen ausgebildet
werden würde,
ist es jedoch wahrscheinlicher, dass die Durchlässe 99 und 101 in
der Endfläche 81 des
Sternbauteils ausgebildet werden würden.
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Es
wird davon ausgegangen, dass es im Vermögen des Fachmanns liegt, anhand
dieser Spezifikation die Abmessungen der verschiedenen Nute und
Durchlässe
hinsichtlich der Bewerkstelligung der Aufgaben der Erfindung, d.h.
die Erreichung eines wesentlich verringerten Scheuerns ohne einen übermäßigen Verlust
an volumetrischer Effizienz auszuwählen.
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Die
Erfindung ist in der obigen Spezifikation ausführlich beschrieben worden und
es wird davon ausgegangen, dass sich für den Fachmann verschiedene
Abänderungen
und Modifikationen der Erfindung ergeben. Beabsichtigt ist, dass
sämtliche
derartigen Abänderungen
und Modifikationen in der Erfindung eingeschlossen sind, solange
sie in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.