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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Rotationsfluiddruck-Vorrichtungen, bei denen ein Gerotor-Radsatz
als der Fluidverdrängungsmechanismus
dient, und insbesondere auf solche Vorrichtungen, die in der Lage
sind, mit zwei Geschwindigkeiten zu arbeiten.
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Obwohl sich die Lehren der vorliegenden
Erfindung bei Geräten
anwenden lassen, die andere Fluidverdrängungsmechanismen als Gerotoren
aufweisen, beispielsweise Vorrichtungen mit Nockenkurven, eignet
sich die Erfindung insbesondere für Gerotoranordnungen, und sie
wird in Verbindung damit beschrieben.
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Vorrichtungen, die Gerotor-Radsätze verwenden,
können
in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden; eine der häufigsten
Anwendungen ist der Einsatz der Vorrichtung als Motor mit niedriger
Drehzahl und hohem Drehmoment. Eine übliche Anwendung für Gerotor-Motore
mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment ist der Antrieb von Fahrzeugen,
wobei das Fahrzeug eine von einer Maschine angetriebene Pumpe aufweist,
die unter Druck stehendes Fluid für zwei Gerotor-Motore bereitstellt,
wobei jeder Motor einem der angetriebenen Räder zugeordnet ist. Fachleute
wissen, dass viele Gerotor-Motore einen Rollengerotor verwenden,
und zwar insbesondere bei größeren Motoren
mit höherem
Drehmoment, wie sie für
Antriebsanwendungen eingesetzt werden; die nachstehenden Bezugnahmen
auf „Gerotoren"
sollen sowohl konventionelle Gerotoren als auch Rollengerotoren
einschließen.
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In den letzten Jahren bestand seitens
der Fahrzeughersteller der Wunsch, sowohl für einen Betrieb mit niedriger
Drehzahl und hohem Drehmoment, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug
an der Arbeitsstelle befindet, als auch für einen Betrieb mit hoher Drehzahl
und niedrigem Drehmoment sorgen zu können, beispielsweise wenn das
Fahrzeug zwischen Arbeitsstellen fährt. Eine mögliche Lösung bestand in der Bereitstellung
eines Gerotor-Motors, der über
zwei Geschwindigkeiten oder Drehzahlen verfügt.
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Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motore
sind aus US-Patent No. 4,480,971 bekannt, das auf den Anmelder der
vorliegenden Erfindung überschrieben ist
und das durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Die Vorrichtung des
genannten Patents wurde in großem
Umfang kommerziell benutzt und arbeitete generell zufriedenstellend.
Wie für
den Fachmann bekannt ist, kann ein Gerotor-Motor als Zweigeschwindigkeits-Vorrichtung betrieben
werden, indem eine Ventilanordnung vorgesehen wird, die Fluid zwischen sich
vergrößernden
und sich verkleinernden Fluidvolumenkammern des Gerotor-Radsatzes
effektiv „rezirkulieren"
läßt. Mit
anderen Worten, wenn der Einlassanschluss mit sämtlichen sich vergrößernden Kammern
in Verbindung steht und alle sich verkleinernden Kammern mit dem
Auslassanschluss verbunden sind, arbeitet der Motor in dem normalen
Modus mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment. Wenn ein Teil
des Fluids von den sich verkleinernden Kammern zurück zu einigen
der sich vergrößernden Kammern
geleitet wird, ergibt sich ein Betrieb in einem Modus mit hoher
Drehzahl und niedrigem Drehmoment.
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Einer der inhärenten Mängel des aus dem genannten
Patent bekannten Designs besteht darin, dass die Ventilanordnung
eine „Dreizonen"-Ventilanordnung
war, d. h. es liegen eine mit dem Einlass in Verbindung stehende
Zone, eine mit dem Auslass in Verbindung stehende Zone und eine
Umschaltzone vor. Aufgrund dieser Dreizonen-Architektur wird Hochdruckfluid
rezirkuliert, wenn der Motor beispielsweise im Uhrzeigersinn arbeitet,
während
Niederdruckfluid rezirkuliert wird, wenn der Motor entgegen dem
Uhrzeigersinn läuft.
Wie dem Fachmann ebenfalls bekannt ist, kann das Umwälzen von
Niederdruckfluid zu Kavitation innerhalb der Ventilanordnung und
des Gerotor-Radsatzes führen,
und solche Kavitation kann letztlich einen Ausfall des Motors bewirken.
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Ein weiteres Problem der Vorrichtung
des genannten Patents besteht darin, dass es die Auslegung des Ausgleichsringes
erforderlich machte, mehrere Dichtungen an verschiedenen Stellen
auf mehreren Außendurchmessern
des Ausgleichsrings vorzusehen, um für eine Abdichtung zwischen
dem Ring und benachbarten Innendurchmessern des Ventilgehäuses des
Motors zu sorgen. Diese Art von Mehrfachdurchmesser-Abdichtung erhöhte die Schwierigkeit
und die Kosten bei der maschinellen Bearbeitung und der Montage
des Motors.
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Es war ein Gerät kommerziell verfügbar, bei dem
die Ventilanordnung vier Zonen bereitstellte, und zwar derart, dass
die beiden mittleren Zonen so mit den Umwälzvolumenkammern verbunden
sind, dass für
jede Betriebsrichtung immer Hochdruckfluid rezirkuliert wird. Bei
dem beschriebenen Gerät,
das von der Sumitomo Eaton Hydraulics Co., Ltd., einer Lizenznehmerin
der Anmelderin der vorliegenden Erfindung kommerzialisiert wird,
lag die Ventilanordnung „vor"
dem Gerotor, d. h. zwischen dem Gerotor-Radsatz und der Abtriebswelle.
Die Konfiguration der Ventilanordnung ist so beschaffen, dass das
Gesamtgerät
recht groß ist,
die zugehörige
Steuerventilanordnung zum Umschalten zwischen niedriger Drehzahl
und hoher Drehzahl recht kompliziert ist und der resultierende Motor
für zahlreiche
Anwendungen wirtschaftlich nicht akzeptabel wäre.
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Ein zusätzliches Problem bei Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motoren
besteht darin, dass das Umschalten zwischen einem Betrieb mit niedriger Drehzahl
und hohem Drehmoment sowie einem Betrieb mit hoher Drehzahl und
niedrigem Drehmoment typischerweise etwas abrupt oder rauh ist,
was zu einer plötzlichen
Beschleunigung oder Verzögerung des
Fahrzeugs führt.
Naturgemäß würden es
Fahrer des Fahrzeugs bevorzugen, wenn das Umschalten zwischen den
beiden Betriebsarten ruhig und nicht zu rasch
oder zu abrupt wäre,
weil übermäßig rasche Umschaltvorgänge zur
Folge haben können,
dass das Fahrzeug umkippt oder die Steuerung über eine Last verlorengeht,
beispielsweise eine Last auf die Zinken eines Gabelstaplers.
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Schließlich besteht ein Problem bei
Fahrzeugen, die mit Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motoren ausgestattet
sind darin, dass bei gewissen Fahrzeugen zwei Motore vorgesehen
sind, um zwei Antriebsräder
in einer Parallelschaltung anzutreiben. Bei einem solchen Fahrzeug
war es schwierig, die Motore zu einem gleichzeitigen Umschalten
zu veranlassen. Wenn jedoch eine Verzögerung zwischen dem Umschalten
des einen Motors und dem Umschalten des anderen Motors vorliegt,
kommt es zu einem unbeabsichtigten Wenden des Fahrzeugs während ein
Motor mit hoher Drehzahl arbeitet und der andere Motor mit niedriger
Drehzahl läuft.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dem entsprechend besteht eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motors,
der die Probleme von bekannten Zweigeschwindigkeitsmotoren ausräumt.
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Eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines verbesserten Zweigeschwindigkeitsmotors,
bei dem in jeder Arbeitsrichtung Fluid mit relativ hohem Druck umgewälzt wird.
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Eine noch spezifischere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten
Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motors, der die vorstehend genannten
Ziele mittels einer neuartigen Vierzonen-Ventilanordnung erreicht,
wobei die Motorventilanordnung und die Umschaltventilanordnung noch
immer vernünftig
kompakt sind.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motors,
bei dem die Anzahl der Abdichtungen zwischen dem Außendurchmesser
des Ausgleichsrings und dem Ventilgehäuse des Motors reduziert ist,
wodurch die Montage des Motors vereinfacht wird.
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Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines verbesserten Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motors,
bei dem das Umschalten zwischen einem Betrieb mit niedriger Drehzahl
und hohem Drehmoment sowie einem Betrieb mit hoher Drehzahl und
niedrigem Drehmoment gepuffert ist, um die Wahrscheinlichkeit dafür zu reduzieren,
dass die Umschaltung übermäßig rasch
erfolgt.
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Schließlich ist eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines verbesserten Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motors,
bei dem im Falle von Fahrzeugen, die zwei der Motore verwenden,
das Vermögen
der Motore wesentlich verbessert ist, zu nahezu genau dem gleichen
Zeitpunkt umzuschalten.
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Die obigen und weitere Aufgaben der
Erfindung werden durch die Bereitstellung einer verbesserten Rotationsfluiddruck-Vorrichtung
mit einer Gehäuseanordnung
gelöst, die
eine Fluideinlassanordnung und eine Fluidauslassanordnung bestimmt. Eine
Fluidenergie umsetzende Verdrängungsanordnung
bildet sich vergrößernde und
sich verkleinernde Fluidvolumenkammern, und eine stationäre Ventilanordnung
bestimmt stationäre
Fluiddurchlässe,
die mit den sich vergrößernden
und sich verkleinernden Fluidvolumenkammern in Fluidverbindung stehen.
Ein Ventilorgan ist benachbart der stationären Ventilanordnung angeordnet
und bestimmt Einlass- und Auslassventil-Durchlassanordnungen, die in Ansprechen auf
eine Bewegung des Ventilorgans für
eine Fluidverbindung zwischen der Fluideinlassanordnung bzw. der
Fluidauslassanordnung und den stationären Fluiddurchlässen sorgen.
Die Gehäuseanordnung umgibt
das Ventilorgan und bestimmt eine Steuerfluiddurchlassanordnung.
Das Ventilorgan bestimmt eine Motorventil-Durchlassanordnung, die
betätigbar ist,
um für
eine Fluidverbindung zwischen der Steuerfluiddurchlassanordnung,
die von der Gehäuseanordnung
bestimmt wird, und der von dem Ventilorgan bestimmten Einlass- und Auslassventildurchlassanordnung
zu sorgen. Die Vorrichtung weist eine Steuerventilanordnung auf,
die selektiv zwischen einem ersten Zustand niedriger Geschwindigkeit
und hohem Drehmoment und einem zweiten Zustand von hoher Geschwindigkeit
und niedrigem Drehmoment betätigbar
ist.
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Die verbesserte Fluiddruckvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Motorventil-Durchlassanordnung
erste, zweite, dritte und vierte Motorventildurchlässe aufweist.
Die Steuerventilanordnung bestimmt erste, zweite, dritte und vierte
Steuerventildurchlässe,
die in Fluidverbindung mit den ersten, zweiten, dritten bzw. vierten
Motorventildurchlässen
stehen.
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Die Rotationsfluiddruck-Vorrichtung
weist ferner eine Wechselventilanordnung auf, die über einen
mit der Fluideinlassanordnung in Verbindung stehendem Einlass, einen
mit der Fluidauslassanordnung in Fluidverbindung stehenden Einlass
sowie einen Wechselauslassdurchlass verfügt, der angeordnet ist, um
Fluiddruck von derjenigen der Fluideinlass- und -auslassanordnungen,
die sich auf höherem
Druck befindet, zu den zweiten und dritten Steuerventildurchlässen zu
kommunizieren, wenn die Steuerventilanordnung sich in dem zweiten
Zustand von hoher Geschwindigkeit und niedrigem Drehmoment befindet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Axialschnitt eines Zweigeschwindigkeits-Gerotor-Motors, der
von der Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht.
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2 ist
eine Stirnansicht des in 1 gezeigten
Drehscheibenventils.
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3 ist
eine Ansicht der Rückseite
des in 1 dargestellten
Drehscheibenventils in ungefähr gleichem
Maßstab
wie in 2
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4 ist
eine Stirnansicht des in 1 gezeigten
Ausgleichsrings.
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5 ist
ein Teilquerschnitt, der das Umschaltsteuerventil der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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6 ist
eine etwas schematische Ansicht für den Betrieb der vorliegenden
Erfindung in dem Modus mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment,
wobei ferner eine alternative Ausführungsform des Umschaltsteuerventils
dargestellt ist.
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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 Axialschnitt eines
Gerotor-Motors, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet werden
kann und der in größerem Detail
in dem US-Patent 3,572,983 veranschaulicht und beschrieben ist,
das auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist und das durch
Bezugnahme inkorporiert wird. Insbesondere ist der in 1 veranschaulichte Gerotor-Motor
ein Zweigeschwindigkeitsmotor mit Drehscheibenventil, wie er in
dem vorstehend genannten US-Patent 4,480,971 gezeigt und beschrieben
ist. Wenn vorliegend auf Geräte
der veranschaulichten Art der Begriff „Motor" angewendet wird, versteht
es sich, dass vorliegend auch die Verwendung solcher Geräte als Pumpen
eingeschlossen sein soll.
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Der in 1 gezeigte
Gerotor-Motor weist eine Mehrzahl von Abschnitten auf, die untereinander
verbunden sind, beispielsweise durch eine Mehrzahl von Bolzen 11 (von
denen in 1 nur einer
dargestellt ist). Zu dem Motor gehören ein vorderes Flanschbauteil 13,
eine Verschleißplatte 15,
ein Gerotor-Verdrängungsmechanismus 17,
eine Durchlassplatte 19 und ein Ventilgehäuseteil 21.
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Der Gerotor-Verdrängungsmechanismus 17 ist
bekannt und wird vorliegend nur kurz erläutert. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
weist der Mechanismus 17 einen Rollengerotor-Radsatz mit
einem innenverzahnten Ring 23 auf, der eine Mehrzahl von
im wesentlichen halbzylindrischen Öffnungen bildet. In jeder der Öffnungen
ist eine zylindrische Rolle 25 drehbar angeordnet, wie
dies in der einschlägigen Technik
bekannt ist. In dem Ring 23 ist ein außenverzahnter Rotor (Stern) 27 exzentrisch
angeordnet, der typischerweise einen Außenzahn weniger aufweist als
die Anzahl der Rollen 25 beträgt, so dass der Stern 27 relativ
zu dem Ring 23 umlaufen und rotieren kann. Diese relative
Umlauf- und Drehbewegung zwischen dem Ring 23 und dem Stern 27 bestimmt eine
Mehrzahl von sich vergrößernden
Volumenkammern 29E (siehe 6)
und eine Mehrzahl von sich verkleinernden Volumenkammern 29C.
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Noch immer hauptsächlich auf 1 Bezug nehmend, weist der Motor eine
(auch als „dogbone" bezeichnete)
Hauptantriebswelle 31 auf, wobei eine Gruppe von balligen
Außenkeilzähnen 33 um
das vordere Ende der Welle 31 herum ausgebildet ist, während sich
eine Gruppe von Balligen Außenkeilzähnen 35 um
das hintere Ende der Welle 31 herum erstreckt. Der Stern 27 bildet
eine Gruppe von geraden Innenkeilzähnen 37, mit denen
die Balligen Keilzähne 35 in
Eingriff stehen, so dass die Umlauf- und Drehbewegung des Sterns 27 in
eine reine Drehbewegung einer (nicht darge stellten) Ausgangsvorrichtung
umgesetzt wird, welche die Balligen Keilzähne 33 aufnimmt. Weil
der Stern 27 acht Außenzähne aufweist,
führen
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
acht Umlaufbewegungen des Sterns 27 zu einer vollständigen Drehbewegung
des Sterns und einer vollständigen
Umdrehung der Ausgangsvorrichtung, welche die balligen Keilzähne 33 aufnimmt.
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Mit den Innenkeilzähnen 37 steht
ferner eine Gruppe von Außenkeilzähnen 39 in
Eingriff, die um ein Ende einer Ventilantriebswelle 41 herum
ausgebildet sind, an derem hinteren Ende eine weitere Gruppe von
Außenkeilzähnen 43 vorgesehen
ist, die mit einer Gruppe von Innenkeilzähnen 45 in Eingriff stehen,
die um den Innenumfang eines rotierenden Scheibenventilorgans 47 herum
ausgebildet sind. Das Ventilorgan 47 ist in dem Ventilgehäuse 21 drehbar
angeordnet, und die Ventilantriebswelle 41 steht in Keilzahnverbindung
sowohl mit dem Stern 27 wie mit dem Ventilorgan 47,
um in bekannter Weise für die
richtige Zeitsteuerung des Ventils zu sorgen.
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Die Durchlassplatte 19 bestimmt
eine Mehrzahl von Fluiddurchlässen 49,
von denen jeder in ständiger
Fluidverbindung mit einer benachbarten Fluidvolumenkammer 29E oder 29C steht.
Wenn der Stern 27 umläuft
und rotiert und sich das Ventilorgan 47 dreht, bringt,
wie dem Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist, jeder
der Fluiddurchlässe 49 alternierend
unter Druck stehendes Fluid mit einer Volumenkammer in Verbindung,
während
diese sich vergrößert (29E),
worauf Ablauf-(Rücklauf-)Fluid von der gleichen
Kammer abgeleitet wird, während
diese sich verkleinert (29C).
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Das Ventilgehäuseteil 21 weist einen
Fluideinlassanschluss 51 und einen Fluidauslassanschluss 53 auf,
wobei die Anschlüsse 51 und 53 sowohl
in 5 wie in 6 gezeigt sind. Wie dem Fachmann der einschlägigen Technik
bekannt ist, kehrt sich die Drehrichtung der Antriebswelle 31 um, wenn
die Einlass- und Auslassanschlüsse 51 und 53 ihre
Funktion vertauschen.
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Das Ventilorgan 47 bestimmt
eine Mehrzahl von Ventildurchlässen 55 (siehe 2, 3 und 6),
die in ständiger
Fluidverbindung mit einer ringförmigen Fluidkammer 57 stehen,
die von dem Ventilorgan 47 gebildet wird. Bei der vorliegenden
Ausführungsform sind
drei Ventildurchlässe 55 vorgesehen.
Das Ventilorgan 47 bestimmt ferner eine Mehrzahl von Ventildurchlässen 59;
entsprechend den 2 und 3 sind fünf der Durchlässe 59 vorgesehen.
Das Ventilorgan 47 bestimmt des weiteren eine Mehrzahl
von Ventildurchlässen 61,
von denen jeder von einer Ringkammer 63 ausgeht, die von
dem Ventilorgan 47 an dessen Rückseite bestimmt wird. Wie
aus den 2 und 3 zu erkennen ist, sind drei
Ventildurchlässe 61 vorhanden.
Das Ventilorgan 47 bestimmt schließlich eine Mehrzahl von Ventildurchlässen 65;
wie aus den 2 und 3 zu erkennen ist, liegen
fünf Durchlässe 65 vor.
Nur beispielshalber sind auf dem Stern 27 acht Außenzähne vorgesehen
(so dass neun Volumenkammern 29 (die „Umschalt"-Kammer), 29E und 29C vorhanden
sind); infolgedessen sind insgesamt acht Ventildurchlässe 55 und 59 vorhanden,
während die
Gesamtzahl der Ventildurchlässe 61 und 65 gleichfalls
acht beträgt.
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Benachbart dem Scheibenventilorgan 47 befindet
sich ein Ausgleichsring 67, der in einer von dem Ventilgehäuse 21 gebildeten,
im wesentlichen zylindrischen Kammer benachbart einer rückwärtigen Fläche 69 des
Ventilorgans 47 und mit diesem in Eingriff stehend angeordnet
ist. Wie dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet bekannt ist, steht
der Ausgleichsring 67 typischerweise mit Bezug auf das Ventilgehäuse 21 fest,
so dass er sich nicht dreht, selbst wenn das Scheibenventilorgan 47 rotiert.
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Wie am besten aus 1 zu erkennen ist, bildet der Ausgleichsring 67 eine äußere Ringkammer 71,
von der mehrere Axialdurchlässe 73 ausgehen;
wie in 4 dargestellt
ist, sind neun Durchlässe 73 vorhanden.
Der Ausgleichsring 67 bestimmt ferne eine zentrale offene
Kammer 75 (siehe 1) und
eine Mehrzahl von Axialdurchlässen 77;
wie aus 4 zu entnehmen
ist, sind neun Durchlässe 77 vorhanden.
Die Axialdurchlässe 73 in
dem Ausgleichsring 67 stehen so mit den Ventildurchlässen 59 in
dem rotierenden Scheibenventilorgan 47 in Verbindung. Gleichzeitig
stehen die Axialdurchlässe 77 in
dem Ausgleichsring 67 mit den Ventildurchlässen 65 in
dem Scheibenventil 47 in Verbindung. Schließlich steht
die zentrale Kammer 75 des Ausgleichsrings 67 mit
den Ventildurchlässen 61 des
Scheibenventils 47 in Verbindung. Wie am besten durch einen Vergleich
von 3 (der Rückseite
des Scheibenventils 47) mit 4 (der
Stirnseite des Ausgleichsrings 67) zu erkennen ist, liegt
eine ständige
Verbindung jedes Durchlasses in dem Scheibenventil mit den entsprechenden
Durchlässen
in dem Ausgleichsring vor, während
sich die Ventilscheibe 47 mit Bezug auf den Ausgleichsring 67 dreht.
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Jetzt hauptsächlich auf 1 Bezug nehmend, ist es ein wichtiger
Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass, obwohl der Ausgleichsring 67 die Ringkammer 71,
eine zentrale Kammer 75 und eine dazwischen liegende Gruppe
von Axialdurchlässen 77 bildet,
nur ein „Außendurchmesser"
des Ausgleichsrings 67 vorliegt, der abgedichtet werden muss,
was mit Hilfe einer O-Ringdichtung 79 geschieht. Jede weitere
Abdichtung zum Trennen der verschiedenen Kammern und Durchlässe kann
auf einfache Weise mit Hilfe einer Mehrzahl von Plandichtungen 81, 83 und 85 erreicht
werden, von denen jede in einer Ringnut aufgenommen wird, die in
einer rückwärtigen Stirnfläche des
Ausgleichsrings 67 ausgebildet ist.
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Hauptsächlich Bezug nehmend auf die 1 und 5 sei nun eine allgemein mit 87 bezeichnete
Steuerventilanordnung erläutert,
mittels deren der Motor zwischen einem Arbeitsmodus mit niedriger Geschwindigkeit
und hohem Drehmoment und einem Arbeitsmodus mit hoher Geschwindigkeit
und niedrigem Drehmoment umgeschaltet werden kann. Das Ventilgehäuse 21 bestimmt
eine Querbohrung 89, die an ihren gegenüberliegenden Enden durch Paßstücke 91 und 93 abgedichtet
ist. Die Bohrung 89 bestimmt eine Mehrzahl von Ringkammern 95, 97, 99 und 101.
Entsprechend einem wichtigen Aspekt der Erfindung steht die Ringkammer 95 in
offener Fluidverbindung mit dem Einlassanschluss 51, während die
Ringkammer 101 in offener Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 53 steht.
Zwischen den Anschlüssen 51 und 53 befindet
sich eine insgesamt mit 103 bezeichnete Wechselventilanordnung,
deren bauliche Einzelheiten keinen Teil der vorliegenden Erfindung
bilden. Die Funktion der Wechselventilanordnung 103 ist
nachstehend erläutert.
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Innerhalb der Bohrung 89 sitzt
ein insgesamt mit 107 bezeichnetes Spulenventil, das eine
Mehrzahl von Stegen 109, 111, 113 und 115 aufweist.
Der Steg 109 wirkt mit dem Paßstück 91 und der Bohrung 89 zusammen,
um eine Steuerkammer 117 (am besten in 6 zu
erkennen) zu bestimmen, die in dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet
bekannter Weise ein Steuerdrucksignal aufnehmen kann, um das Spulenventil 107 zwischen
seinen beiden Arbeitsstellungen zu verschieben, wie dies nachstehend
erläutert
ist. Der Steg 115 wirkt mit dem Paßstück 93 zusammen, um
eine Federkammer zu bilden, in der eine Vorspannfeder 119 sitzt,
mittels deren das Spulenventil 107 in Richtung auf seine
normale Position für
niedrige Geschwindigkeit und hohes Drehmoment vorgespannt werden
kann, wie dies in 5 dargestellt
ist.
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Noch immer hauptsächlich auf die 1 und 5 Bezug
nehmend, steht die Ringkammer 95 mit der äußeren Ringkammer 71 des
Ausgleichsrings 67 über
einen Verbindungsdurchlass 96 (siehe 6)
in Verbindung. Die Ringkammer 97 steht über einen Verbindungsdurchlass 98,
von dem ein Teil in 1 zu
erkennen ist, mit der von dem Scheibenventil 47 gebildeten
ringförmigen
Fluidkammer 57 in Verbindung. Die Ringkammer 99 steht
mit der zentralen offenen Kammer 75 des Ausgleichsrings 67 über einen Verbindungsdurchlass 100 in
Verbindung, wie dies in 1 veranschaulicht
ist. Schließlich
steht die Ringkammer 101 mit den Axialdurchlässen 77 in
dem Ausgleichsring 67 über
eine ringförmige
Verbindungskammer 102 (siehe 1)
und des weiteren über
einen nur in 6 dargestellten Verbindungsdurchlass 104 in
Fluidverbindung.
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Arbeitsweise
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Wenn der Bediener des Fahrzeugs den
Motor in dem Normalmodus für
niedrige Geschwindigkeit und hohes Drehmoment arbeiten lassen will, geht
ein zweckentsprechendes Steuersignal der Steuerkammer 117 zu,
so dass das Spulenventil 107 in die in 5 gezeigte Position vorgespannt werden kann.
In dieser Position trennt der Steg 113 die Ringkammern 95 und 97 von
den Ringkammern 99 und 101 (5). Während
unter Druck stehendes Fluid („Hochdruck")
dem Einlassdurchlass 51 zugeführt wird, liegt Hochdruck in
den beiden Ringkammern 95 und 97 vor, und damit
auch Hochdruck in den Verbindungsdurchlässen 96 und 98 sowie
in der Ringkammer 71, den Axialdurchlässen 73 und den Ventildurchlässen 59 (die
alle mit der Ringkammer 95 in Verbindung stehen) und zwar
ebenso wie in der Ringkammer 57 und den Ventildurchlässen 55,
die sämtlich
mit der Ringkammer 97 in Verbindung stehen. Wie dem Fachmann
auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist, stehen die Hochdruck führenden
Ventildurchlässe 55 und 59 in
kommutierender Fluidverbindung mit den Fluiddurchlässen 49 in
der Durchlassplatte 19, die in momentaner Verbindung mit
den sich vergrößernden
Fluidvolumenkammern 29E stehen.
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Gleichzeitig befindet sich jede der
sich verkleinernden Fluidvolumenkammern 29C momentan in
Verbindung mit Fluiddurchlässen 49 in
der Durchlassplatte 19, die in kommutierender Fluidverbindung mit
Ventildurchlässen 61 und 65 in
dem Scheibenventil 47 stehen. Diese abströmende (Niederdruck) Fluid
in den Ventildurchlässen 61 und 65 wird
zu dem Auslassdurchlass 53 geleitet. Niederdruckfluid in
den Ventildurchlässen 61 strömt zu der
zentralen Kammer 75 in dem Ausgleichsring 67 und
von dort durch den Verbindungsdurchlass 100 zu der Ringkammer 99,
die, wie am besten aus 5 hervorgeht,
jetzt in offener Verbindung mit der Ringkammer 101 und
damit mit dem Auslassanschluss 53 steht, Niederdruckfluid
in den Ventildurchlässen 65 wird
den Axialdurchlässen 77 in
dem Ausgleichsring 67 zugeführt und gelangt von dort durch
die Verbindungsdurchlässe 102 und 104 zu
der Ringkammer 101 und dann zu dem Auslassanschluss 53.
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Wenn sich das Spulenventil 107 in
der in 5 gezeigten Position
befindet, arbeitet daher der Motor in dem Normalmodus für niedrige
Geschwindigkeit und hohes Drehmoment, wobei Hochdruck allen sich
vergrößernden
Volumenkammern 29E zugeht und Niederdruck aus allen sich
verkleinernden Volumenkammern 29C abgeführt wird.
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Bezug nehmend auf die 6 in Verbindung mit anderen Figuren der
Zeichnung sei nunmehr ein weiterer wichtiger Aspekt der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Es sei festgehalten, dass 6 ein
alternatives Ausführungsbeispiel
des Spulenventils 107 zeigt, wie dies nachfolgend erläutert wird.
Wenn der Bediener des Fahrzeugs den Motor in dem Modus für hohe Geschwindigkeit
und niedriges Drehmoment betreiben will, beispielsweise wenn das
Fahrzeug mit relativ hoher Geschwindigkeit zwischen Arbeitsstellen
bewegt werden soll, lässt
der Bediener ein geeignetes Steuersignal der Steuerkammer 117 zugehen,
um das Spulenventil 107 in die in 6 gezeigte
Position vorzuspannen. Wie aus 6 zu
ersehen ist, trennt der Steg 111 jetzt die Ringkammern 95 und 97,
während
der Steg 113 die Ringkammern 99 und 101 trennt.
Infolgedessen wird Hochdruck von dem Einlassanschluss 51 (für einen
Betrieb in „Vorwärts"-Richtung)
durch die Ringkammer 95 zu den fünf Ventildurchlässen 59 in
der zuvor erläuterten Weise übertragen.
Gleichzeitig strömt
Hochdruckfluid von dem Einlassanschluss 51 durch die Wechselventilanordnung 103 und
einen Durchlass 121 hindurch in die Bohrung 89 und
dann in die Ringkammer 97, von wo es in der zuvor beschriebenen
Weise zu den drei Ventildurchlässen 55 gelangt.
Wenn das Spulenventil 107 die in 6 gezeigte
Stellung einnimmt, strömt
Hochdruckfluid ferner von dem Einlassanschluss 51 durch
den Durchlass 121 in die Ringkammer 99 und von
dort zu den drei Ventildurchlässen 61,
wie dies zuvor erläutert
wurde.
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Entsprechend einem wichtigen Aspekt
der Erfindung steht jedoch der Ventildurchlass 61 in kommutierender
Verbindung mit sich verkleinernden Volumenkammern 29E,
und zwar derart, dass zu jedem gegebenen Zeitpunkt die gleiche Anzahl
von sich vergrößernden
Volumenkammern 29E in Verbindung mit der Ringkammer 97 steht,
wie sich verkleinernde Volumenkammern 29C in Verbindung
mit der Ringkammer 99 stehen. Infolgedessen „rezirkuliert"
augenblicklich das Fluid nur, das sich irgendwo zwischen der Ringkammer 97 und
ihren sich vergrößernden Kammern 29E sowie
der Ringkammer 99 und ihren sich verkleinernden Kammern 29C befindet,
ein Konzept, das sich für
den Fachmann auf dem Gebiet von Zweigeschwindigkeits-Gerotormotoren
generell versteht. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird jedoch
Hochdruckfluid rezirkuliert.
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Wenn der Bediener des Fahrzeugs jetzt wünscht, die
Arbeitsrichtung des Motors „umzukehren",
nimmt der Anschluss 53 Hochdruckfluid auf, und der Anschluss 51 wird
mit einem Systembehälter verbunden.
Wenn sich das Spulenventil 107 wieder in der in 5 gezeigten Position befindet,
wird Hochdruck den Ringkammern 99 und 101 zugeführt und
von dort zu sämtlichen
sich vergrößernden
Volumenkammern 29E geleitet, während alle sich verkleinernden
Volumenkammern 29C mit den Ringkammern 95 und 97 in
Verbindung stehen, wie dies für den
Fachmann der einschlägigen
Technik verständlich
sein sollte. Der Motor arbeitet daher wiederum in dem Modus für niedrige
Geschwindigkeit und hohes Drehmoment.
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Wenn der Bediener des Fahrzeugs in
dem Modus für
hohe Geschwindigkeit und niedriges Drehmoment arbeiten möchte, dies
jedoch noch immer in der „Rückwärts"-Richtung, wird das
zweckentsprechende Steuersignal wiederum der Steuerkammer 117 zugeführt, um
das Spulenventil 107 in die in 6 gezeigte
Stellung zu bringen. In dieser Stellung wird Hochdruck der Ringkammer 101 zugeführt und
von dort zu den fünf
Ventildurchlässen 65 geleitet,
die mit gewissen der sich vergrößernden
Volumenkammern 29E in kommutierender Fluidverbindung stehen.
Gleichzeitig gelangt Hochdruckfluid von dem Durchlass 53 durch
die Wechselventilanordnung 103 hindurch sowohl in die Ringkammer 99 wie in
die Ringkammer 97, die wiederum in offener Verbindung miteinander
stehen, so dass in der gleichen Weise, wie dies zuvor in Verbindung
mit dem „Vorwärts"-Betrieb
des Motors erläutert
wurde, Hochdruckfluid nur zwischen der Ringkammer 99, ihren sich
vergrößernden
Volumenkammern 29E und der Ringkammer 97 sowie
deren sich verkleinernden Volumenkammern 29C rezirkuliert.
Schließlich
sind einige der sich verkleinernden Volumenkammern 29C in Fluidverbindung
mit der Ringkammer 95 und über den Durchlass 51 mit
dem Systembehälter.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird daher für jede Arbeitsrichtung
des Motors Hochdruckfluid während des
Arbeitens im Modus für
hohe Geschwindigkeit und niedriges Drehmoment rezirkuliert, wodurch
die Probleme beseitigt werden, die mit dem Rezirkulieren von Niederdruckfluid
in der einen Arbeitsrichtung und mit Kavitation des Motors verbunden
sind.
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Noch immer hauptsächlich auf 6 Bezug nehmend
sei ein weiterer Aspekt der Erfindung erläutert. In 6 bestimmt
das Spulenventil 107 eine vorzugsweise an ihrem linken
Ende mit einem Stöpsel verschlossene
zentrale Axialbohrung 123 zusammen mit zwei diametralen
Durchlässen 125 und 127,
welche die Bohrung 123 schneiden. Befindet sich das Spulenventil 107 in
der in 6 veranschaulichten Position
für hohe
Geschwindigkeit und niedriges Drehmoment, wird ein Durchfluss durch
den Durchlass 125 mittels der Bohrung 89 blockiert,
während der
Durchlass 127 in offener Verbindung mit dem Auslassanschluss 53 steht.
Wenn das Spulenventil 107 sich von der gezeigten Position
in Richtung auf die in 5 dargestellte
Position für
niedrige Geschwindigkeit und hohes Drehmoment zu verlagern beginnt
und bevor der Steg 113 die Position erreicht, in welcher
er die Ringkammern 97 und 99 trennt, ist der Durchlass 125 in
offener Verbindung mit der Ringkammer 95 und damit in Verbindung
mit hohem Druck. Gleichzeitig ist der Durchlass 127 noch
in offener Verbindung mit dem Auslassanschluss 53 über die
Ringkammer 101, so dass Hochdruck von der Kammer 95 über den
Durchlass 125, die Bohrung 123, den Durchlass 127 und
die Kammer 101 in gewissen Umfang entlastet wird.
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Infolgedessen wird statt eines abrupten
Umschaltens von hoher Geschwindigkeit auf niedrige Geschwindigkeit
(das wie ein plötzliches
teilweises Wirksammachen der Fahrzeugbremsen sein würde), das
Umschalten durch die begrenzte Verbindung von Hochdruck über das
Spulenventil 107 mit dem Auslassanschluss 53 gedämpft oder
geglättet.
Wenn das Spulenventil 107 wieder über den vollen Weg nach links
in die in 5 gezeigte
Position verschoben wird, wird der Durchfluss durch den Durchlass 125 wieder
mittels der Bohrung 89 blockiert, und voller Druck kann
sich erneut in dem Einlassanschluss 51 aufbauen, wodurch
ein normaler Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment
ermöglicht wird.
Aus 6 ist zu erkennen, dass beim Verlagern des
Spulenventils 107 von der Position für niedrige Geschwindigkeit
in die Position für
hohe Geschwindigkeit der Schaltvorgang in gleicher Weise wie gerade
beschrieben gedämpft
wird.
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Wie in dem Abschnitt HINTERGRUND
DER ERFINDUNG erwähnt
wurde, ist es üblich,
zwei Motoren in Parallelschaltung vorzusehen, wobei jeder Motor
ein gesondertes Antriebsrad antreibt. Bei einem Fahrzeug der erläuterten
Art ist es sehr unerwünscht,
wenn eine Zeitverzögerung
zwischen dem Umschalten des einen Motors und dem Umschalten des
anderen Motors vorliegt, weil während
einer solchen Zeitverzögerung
das Fahrzeug in Richtung des Motors wendet, der noch mit niedriger
Geschwindigkeit arbeitet. Um dieses Problem auszuräumen, das hauptsächlich durch
Reibung in Verbindung mit der Bewegung des Spulenventils 107 verursacht
wird, wird die Kraft der Feder 119 so gewählt, dass
die Feder 119 jede derartige Reibung überwindet. Es ist jedoch ein
entsprechend größerer Druck
in der Steuerkammer 117 erforderlich, um das Spulenventil 107 in Richtung
auf die Position der 6 zu verlagern.
Der Fachmann auf dem Gebiet der Ventile dürfte ohne weiteres in der Lage
sein, geeignete Federn und Steuerdrücke zu wählen, um nach Lesen und Verstehen
der vorliegenden Beschreibung das genannte Ziel zu erreichen.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird
so ein verbesserter Zweigeschwindigkeits-Gerotormotor geschaffen, der in jeder
Arbeitsrichtung Hochdruck rezirkuliert, und zwar mittels des Motorventilorgans 47 und
des Spulenventils 107, die hinter dem Gerotorradsatz sitzen
und genügend
kompakt sind. Des weiteren erfordert der Ausgleichsring 67 nur
an einer Stelle ein Abdichten am Außendurchmesser, was in gewisser
Weise mit dem Umstand zusammenhängt, dass
verschiedene Verbindungsdurchlässe
(welche die vier Zonen darstellen) nicht axial sondern vielmehr
im wesentlichen konzentrisch angeordnet sind. Schließlich wird
das Arbeiten des Umschaltventils 107 gedämpft, so
dass das Umschalten zwischen hoher Geschwindigkeit und niedriger
Geschwindigkeit weicher erfolgt, und das Umschaltventil ist in so
fern verbessert, als bei einem Parallelbetrieb von zwei Motoren
das Umschalten der beiden Motore nahezu gleichzeitig erfolgt.
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Die Erfindung wurde in der vorstehenden
Beschreibung im einzelnen erläutert,
und es wird davon ausgegangen, dass sich für den Fachmann aus dem Lesen
und Verstehen der Beschreibung verschiedene Abwandlungen und Modifikationen
der Erfindung ergeben. Alle derartige Abwandlungen und Modifikationen
sollen in der Erfindung eingeschlossen sein, soweit sie im Rahmen
der beiliegenden Ansprüche liegen.