Nach dem Verdrängerprinzip als Pumpe oder Flüssigkeitsmotor arbeitende hydraulische Maschine Es ist bereits eine nach dem Verdränaer- prinzip als Pumpe oder Flüssigkeitsmotor arbeitende hydraulische Maschine bekannt., die ein innenv erzahntes Aussenrad und ein aussen verzahntes Innenrad aufweist., welche Räder miteinander in Eingriff stehen,
bei der das .1ussenrad exzentrisch zum Innenrad im Ge- liäuse vela--ert ist und das an einer rotierenden Welle \befindliche Innenrad einen Zahn weni- '#i@r hat als das Aussenrad, und bei der die Seliluekinenge mit Hilfe eines im Innern des Innenrades angeordneten Drehschiebers stLi- fenlos regelbar ist.
Es ist. bei derartigen Ma- schinen ferner bekannt, das Spiel für die Lager des Aussenrades so gross zu wählen, dass der hydraulische Drnek die Zähne des Innen- ra(les und des Aussenrades aufeinanderpresst. 1)a die Relativ--esehwindigkeit der beiden Räder gering ist,
ist aneh der Leistungsverlust (liireli die Reibung der Zähne an und für sieh klein. Da. jedoch infolge der bei einer im Betrieb eintretenden elastischen Formände rung der Räder bzw. der Lagerteile, insbeson- dere bei höheren Driieken, die einzelnen Zähne nicht gleichmässig zum Tragen kommen, be steht die Gefahr, dass die Zahnflanken in- folge örtlicher Überlastung zerstört werden.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden und eine hydraulische Maschine der gi,nannten Art zu schaffen, bei der die auf tretenden Kräfte, insbesondere die bei Ein- Stellung auf kleine Fördermengen in Richtung der Exzentrizität auftretenden Drücke, ohne Auftreten der vorerwähnten Nachteile, auf genommen werden.
Bei der Maschine nach der Erfindung kann der Steuerschieber in an sieh bekannter Weise so angeordnet sein, dass die Steuerschlitze für die Ableitung der Druckflüssigkeit bei klein ster Fördermenge in Richtung der grossen Zahnräume verdreht sind.
Die Erfindung besteht darin, dass das Aussenrad seitliche Ansätze, vorzugsweise in Form seitlicher, mit dem Aussenrad ver schraubter Deckel erhält, die mit einer Boh rung versehen sind, deren Begrenzungsfläche den Umfang der Welle des Innenrades tan giert, wobei der Durchmesser dieser Bohring um das Doppelte der Exzentrizität der beiden Räder grösser ist als der Durchmesser des Um fanges der Welle des Innenrades. Hierdurch wird erreicht, dass das Aussenrad gegen die Welle des Innenrades abgestützt ist und die in Richtung der Exzentrizität auftretenden Drücke von den Lagern ferngehalten werden.
Besondere Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes erstrecken sich insbeson dere auf die Ausbildung der Lager sowie auf die Ausbildung und Dimensionierung der Ver zahnung der beiden Räder.
Der Erfindungsgegenstand ist besonders geeignet für zwei miteinander zusammen arbei- tende hydraulische Maschinen, die als Dreh rnomentwandler dienen, wobei die eine Ma schine als Pumpe arbeitet und zweckmässig bei konstanter Arbeitsleistung mit konstanter Drehzahl angetrieben wird und veränderliche Flüssigkeitsmengen fördert, derart, dass sie bei (leinen Fördermengen mit grossen Drücker., bei grossen Fördermengen dagegen mit klei nen Drücken arbeitet, wobei im ersten Fall eine grössere Komponente der Drücke in Rich tung der Exzentrizität wirkt und durch die Abstützung des Aussenrades gegen das Innen rad aufgenommen wird, während lediglich eine kleinere, winkelrecht zur Exzentrizität wirkende Komponente der Drücke von den Lagern aufgenommen zu werden braucht.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Mittellängs schnitt einer als Ölpumpe ausgebildeten Ma schine; Fig.2 zeigt einen Schnitt nach der Linie A -B der Fig.1; Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie C-D der Fig.1 bei grösserer Fördermenge; Fig. 4 zeigt in der gleichen Darstellung die Verhältnisse bei kleiner Fördermenge; Fig.5 zeigt im radial-tangentialen Quer schnitt schematisch die Ausbildung und Di mensionierung der Verzahnung der beiden Räder;
Fig.6 zeigt in der gleichen Darstellung eine andere Ausführungsform.
Die Ölpumpe weist ein aussenverzahntes Innenrad 1 und ein damit in Eingriff stehen des innenverzahntes Aussenrad 2 auf, welches einen Zahn mehr besitzt als das Innenrad 1. Das Innenrad 1 befindet sich an einer mit ihm koaxialen Welle 3 und besteht entweder mit dieser aus einem Stück oder ist mit. ihr starr verbunden. Die Welle 3 ist. mittels Lagern -10 und 41 im Gehäuse 5 drehbar gelagert und im Gehäuseinnern als Hohlwelle ausgebildet.
Das Gehäuse 5 weist einen Einlassstutzen 1 und einen Auslassstutzen 15 für das Öl auf. Der Einlassstutzen 4 mündet in eine Kammer 43 des Gehäuses 5, welche durch eine Reihe von ringsum in der Welle 3 ange- ordneten Öffnungen 6 mit dem Welleninnern verbunden ist. In der Hohlwelle 3 ist ein dreh barer Steuerschieber 7 gelagert, welcher a15 Hohlzylinder ausgebildet ist. und durch eine Querwand 35 in eine Ansaugkammer 36 und eine Druckkammer 13 unterteilt ist.
Die An saugkammer steht mit dem die Einlassöffnun- gen 6 aufweisenden Hohlraum der Welle 3 in Verbindung und ist mit. einer Öffnung 8 ver sehen, welche in Kanäle im Innenrad 1 mün det. Dieses ist mit radialen Kanälen 9' und 7.2 durchbrochen, welche in den Zahnlücken ausmünden. Die Drrrehkammer 13 des Steuer schiebers 7 ist durch eine Stirnwand 37 ab geschlossen, an der ein zentraler Zapfen 38 sitzt. Der Zapfen 38 ist durch eine Lager bohrung der anliegenden Stirnwand des Ge häuses 5 hindurchgeführt und am freien Ende mit. einem Kurbelarm 39 versehen. Durch ein nicht dargestelltes Steuergestänge, das am Arm 39 angreift, ist der Steuerschieber von aussen durch Drehen verstellbar.
Die Druckkammer 13 des Steuerselrieber.s 7 steht durch eine Öffnung 9, welche gegenüber der Öffnung 8 peripher um 180 versetzt ist, mit Kanälen im Innenrad 3 und ferner durch neben der Stirnwand 37 befindliche Auslass- öffnungen 11 mit einer Gelräusekanrmer 16 in Verbindung, in -elche der Auslassstutzen 1:5 mündet.
Die Öffnun-en 8 und 9 des Steuer schiebers 7 sind in ihrem peripheren Ausirrass l_0 so dimensioniert, dass in der in Fig.3 dargestellten Drehlage des Steuersehieber.s 7 die sie beiderends begrenzenden Steuerkanten des Schiebers um das Mass a, ge--enüber der senkrechten Mittellängsebene vorstehen, wobei das Mass a gleich der halben Breite der radialen Kanäle 9' und 12 ist.
Das Aussenrad 2 ist mit seitlich angesetzten Deckeln 16 verschraubt, die in Lagerplatten 17 exzentrisch zur Welle 3 des Innenrades 1 g e- lagert sind. Das Ausmass der Exzentrizität, die, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, in der senk rechten Mittellängsebene verläuft, beträgt c.
Die Seitendeckel 16 des Aussenrades ? sind mit je einer in bezug auf diese zentrische Bohrung 25 versehen, deren Begrenzungs- flä.che den Umfang 26 der Welle 3 des Innen- rades 1 in der in Fig. 1 und 2 mit -12 bezeieli- iieten Mantellinie tangiert.
Der Durchmesser der Bohrung 25 ist. dabei um. das Doppelte der Exzentrizität c grösser als der Durchmesser des Umfanges 26 der Welle 3. Ferner sind die Lagerplatten 17, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, rechteckig ausgebil det und in seitlichen Führungen 18 und 19 des t #'eliäuses 5 derart gelagert, dass sie sich in Rielitung der Exzentrizität der beiden Räder 1 und ?, also nach oben und unten gegenüber dein Gehäuse 5 frei verschieben können,
gegen vinkelreeht zu dieser Richtung, also waagrecht liegende Verschiebungen dagegen gesichert sind. Hierdurch wird, wie weiter unten noch näher erläutert wird, eine günstige Abstüt- ztttig der beiden Räder 1 und 2 gegeneinander und eine Verringerung der vom Gehäuse ä auf- zunelnnenden Lagerdriieke, nämlich der Driieke, die die Lager 40 und 41 der Welle 3 so%vie die Lagerplatten 17 auf das Gehäuse 5 ausüben, erreicht.
Wird die Welle 3 durch einen nicht dar gestellten Motor in dem in den Fig.3 und 4 dar--(stellten Drehsinn angetrieben, dann v er- ,rröl3erii sieh die rechts der senkrechten Mitt.el- lün---sebene befindlichen, durch die Zahnliieken der Räder 1 und '' gebildeten Zahnkammern, die in Fig. 3 mit 11 bezeichnet sind, mit zu nehmendem Drehwinkel, wogegen die links liegenden Zahnkammern 10 sieh verkleinern.
Infolgedessen bildet die rechte Seite der Räder 1, 2 die Saugseite und die linke Seite die I)ruekseite der Pumpe, welche beiden Seiten (Ittrcli die Zähne 20 und 21 voneinander ge trennt sind.
Bei der in Fig.3 dargestellten Drehlage des Steuerschiebers 7 saugen alle Kammern 1.1 Öl durch den an eine nicht dargestellte Öl- ztituiii-leitung angeschlossenen Einlassstutzen 4 an, wobei das Öl durch die Gehäusekammer 43, die Einlassöffnungen 6 in das Innere der Welle 3 und damit in die Ansaugkammer 36 gelangt, von welcher es durch die Öffnung 8 iiticl c1ie radialen Kanäle 12 durch das Innen rad 1 hindurch in die Zahnkammern 11 strömt.
I'nigel@ehrt strömt das aus den Zahnkammern 10 der Druckseite verdrängte Öl durch die radialen Kanäle 9' und die öffnung 9 in die Druehkammer 13 des Steuerschiebers 7 und von dieser durch die Auslassöffnungen 14 und die Ringkammer 46 in den Auslassstutzen 15, von welcher es durch eine nicht dargestellte Druckleitung zur Gebrauchsstelle gefördert wird.
Hierbei sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, stets alle auf der Saugseite befindlichen Zahnkammern 11 an der Saugarbeit und alle auf der Druckseite liegenden Zahnkammern 10 an der Druckarbeit beteiligt. Lediglieh die jenigen Zahnkammern, welche vorübergehend gerade zwischen der Saug- und Druckseite lie gen, sind jeweils während eines kurzen Zeit intervalles infolge der um das Mass a vor springenden Steuerschieberkanten völlig von den radialen Kanälen 12 bzw. 9' abgesclilos-, sen.
Infolge der Unterteilung der Räder 1 und 2 in eine Saugseite und eine Druckseite übt die in den Zahnkammern befindliche Flüssigkeit auf das Aussenrad 2 den in Fig. 3 durch den Vektor P veranschaulichten, auf das Innenrad 1 dagegen den durch den Vektor P' veran schaulichten Druck aus. Diese Drücke werden von den Lagern aufgenommen und auf das Gehäuse übertragen. Beim Antrieb des Räder paares 1, 2 ist ein Drehmoment P mal e aufzu bringen. Wird der Steuerschieber 7 nun zwecks Einstellung auf kleine Fördermengen um den Winkel a verdreht und in die in Fig. 4 dargestellte Lage gebracht, so übt die Flüssig keit auf das Aussenrad 2 eine Kraft P3 und auf das @ Innenrad 1 eine Kraft P3' aus.
In folge des erheblich erhöhten Flüssigkeitsdruk- kes sind diese Kräfte grösser als die Kräfte P und P'. Die Kraft P3 lässt sich in die Komponenten P1 und P2 zerlegen, und die Kraft P3' in die Komponenten P1' und P2'. Wenn die Welle 3 stets mit konstantem An triebsdrehmoment und konstanter Drehzahl angetrieben wird, werden die Kräfte P1 und P1' gleich den Kräften P und P sein, da das Antriebsmoment P mal e gleich bleibt, das von den Lagern aufgenommen und auf das Ge häuse 5 übertragen wird. Die senkrechten Komponenten P2 und P2' dagegen werden an der Mantellinie 42 (Fig. 2) vom Aussenrad 2 direkt auf das Innenrad 1 übertragen, also unmittelbar gegenseitig kompensiert, ohne die Lager zu belasten.
Diesem Zwecke dient auch die vertikale Verschiebbarkeit der Lagerplat ten 17 in den Führungen 18 und 19 des Ge häuses.
Da das Aussenrad nur einen Zahn mehr auf weist als das Innenrad 1, ist die Relativge schwindigkeit zwischen Innenrad und Aussen rad verhältnismässig gering. Dementsprechend entsteht im Bereich der Berührungslinie 42 (Fug. 2) nur eine geringe Reibung. Man kann aber durch eine geeignete Ausbildung und Di- rnensionierung der Verzahn.un- erreichen, dass der Umfan- 26 der Welle 3 ganz ohne glei tende Reibung auf der Begrenzungsfläehe der Bohrung 25 der Deckel 16 abrollt.
Es ist hierzu nämlich lediglich erforderlich, dass der Durchmesser des Teilkreises der Innenver zahnung des Aussenrades 2 gleich dem Durch messer der in den Deckeln 16 befindliehen Bohrung \?5 und der Durchmesser des Teil kreises der Aussenverzahnung des Innenrades 1 gleich dem Durchmesser des Umfanges 26 der Welle 3 ist.
Wie dies zu verwirklichen ist, zeigen die Fig. 5 und 6 an je einem Ausführungsbeispiel. Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 verwendet man vorteilhaft für die Zahnköpfe 3-I des Innenrades, Kreisbögen mit dein Ra dius o. (Es können auch andere Formen ver wendet werden, jedoch gestaltet sieh die Her stellung dann schwieriger). Wäre theoretisch dieser Radius unendlich klein, so würde der Zahnkopf 34 zum Kreisbogenzentruni -14 redu ziert. Für die damit zusammen arbeitenden Zahnflanken des Aussenrades ergäbe sich dann eine Kontur gemäss der Kurve C1.
Im Falle eines von Null verschiedenen Wertes a von o ergibt sich für die zugehörige Zahnflanke des Aussenrades eine zu dieser Kurve C1 äqui- distante Kurve, deren Abstand von der Kurve Cl gleich a ist. Die Kurve C1 ist gebildet durch den Weg, den der Punkt. .1.l des Innen rades auf dem Aussenrad beschreibt, wenn die Kreise 26' und \?5' ausgehend vom Berührungs punkt 4-2' aufeinander abrollen.
Hierbei stel len der Punkt 42' sowie die Kreise 25' und 26' die Schnittstellen der Mantellinie 4\? bzw. der Begrenzungsfläche der Bohrung ''5 bzw. des Umfanges 26 gemäss den Fug-. l ,und ? mit der Bildebene der Fig. 5 und 6 dar.
Die Kurve C1 kann folgendermassen kon struiert werden: Laut der getroffenen Voraussetzung soll der Durchmesser der Beg-renzung,sfläelre dei- Bohrung 25 der Deckel 16 des Aussenrades'? dem Zykloidenteilkreisdurehmesser des Aussen rades entsprechen.
Bekanntlich entsteht die Innenzykloide dadurch, dass, wie in Fig. 5 ver- anscha.ulicht ist, ein Rollkreis ''7 vom Radius r auf der Innenseite des Kreises 25' abrollt, wobei ein Punkt<B>'</B>8 des Rollkreises 27 die Innenzi-kloide C beschreibt.
Hierbei dreht sich der mit dem Punkt. 28 verbundene Roll- kreisradius r um den Winkel (c, während sieh der Strahl R, das heisst die Abstandslinie zwi- sehen Rollkreismittelpunkt -15 und Mitte J1 des Kreises ?5', um den Winkel /3 dreht.
Laut der getroffenen Voraussetzung, soll ferner der Teilkreisdurehmesser des \zuge hörigen Innenrades gleich dein Durchmesser des Uriifan-@es 26 der Welle 3 sein. Dieses rein theoretische Prinzip ist allerdings bezüglich der Abmessungen praktisch nichtmöglich, da die Zahnräder so klein würden, dass an den seitlichen Deckeln links und rechts des Innen rades keine Diehtungsleisten angeordnet wer den könnten.
Bekanntlich kann dieselbe Zy- kloide C auch dadurch erzeugt werden, dass gemäss Fig.5 ein sieh drehender Rollkreis -17 im Mittelpunkt J1 des Aussenteilkreises ?5' anreordnet ist und der Strahl R1 (dessen Länge gleich dein Abstand des Rollkreismittel- punktes 4-5 vom Teilkreismittelpunkt J1 ist) sieh um den Endpunkt 29 des Rollkreisradius r1 dreht.
Drehrichtung und Winkelgeschwin digkeit von r und r1 bzw. R und R1 sind einander gleich. Nach der Zeichnung sind ferner die Rollkreisradien A und r \gleich o-ross und einander parallel. Demnach sind auch die Kurven C einander gleich, gleich gültig ob sie naeh der einen oder andern der beschriebenen Weisen erhalten wurden.
Wird der Rollkreisstrahl R nun um min destens die doppelte Exzentrizität e plus der Breite der Dichtleiste verlängert, beispiels weise auf des Mass R2 der Fig. 5, dann entsteht die Kurve C1. Diese Kurve ergibt einen sol ehen Durchmesser der Innenzahnung, dass ge- nülend Platz für die Anbringung von Dicht leisten an den Deckeln 16 verbleibt.
Wird die Zahnflanke des Aussenrades auf diese eise hergestellt, so erhalten die Durchmesser der Kreise 25' und 26' die gleiche Umfangs geschwindigkeit, da. sich die Zähnezahlen der beiden Räder wie die Durchmesser der Kreise 25' und 26' verhalten. Damit wird eine glei tende Reibung am Punkte 42 vermieden.
In Fig.6 ist in ähnlicher Weise darge stellt, wie eine Aussenzykloide auf dem Innen rad entsteht, bei welcher ebenfalls jeglieh gleitende Reibung am Punkte 42 vermieden ist. In diesem Falle besteht der wirksame Teil der Innenverzahnung 33 des Aussenrades 2 aus Kreisbögen mit dem Radius o. Der Teil kreist der Zykloide ist. gleich dem Durchmesser des Wellenumfanges 26.
In bekannter Weise rollt hierbei der Zylloidenrollkreis 30 aussen auf dem Kreis 26' ab, und der Punkt 31 des Rollkreises erzeugt die Aussenzykloide. Auch hierbei kann dieselbe Kurve erzeugt werden, wenn der sieh drehende Zykloidenrollkreis im Mittelpunkt 1Z1 des Innenrades liegt. und der Rollkreisstrahl R3 um den Winkel ss1 ver- sehwenkt wird.
Ähnlich wie bei Fig. 5 würde auch in diesem Falle die Verzahnung so klein werden, dass an den seitlichen Deckeln 16 kein Platz für eine Dichtleiste vorhanden wäre. Damit dies möglich ist, wird der Rollkreisstrahl R3 auf das Mass R4 verlängert. Hierdurch ent- st.elit eine neue Kurve, und das Innenrad wird im Durchmesser so gross, dass genügend Platz für die seitlichen Dichtleisten verbleibt.