DE19528016C2 - Hydraulische Maschine in Zahnring-Bauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine vorliegende hydraulische Maschine ist von einfacher Bauweise, wobei sie sich mit einer geringen Anzahl von Bauteilen realisieren läßt, und sie zeichnet sich durch Störungsunanfälligkeit, Robustheit und lange Lebensdauer aus. Sie funktioniert auch mit wahlweiser Drehrichtungsumkehr und auch mit Motor- sowie Pumpenbetrieb.

Eine hydraulische Maschine der vorliegenden Art ist in der DE 42 02 466 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten Maschine sind der Rotor und der Rotorring zwischen zwei Seitenführungsscheiben geführt, die vom anstehenden hydraulischen Innendruck gegen den Rotor und den Rotorring beaufschlagt sind. Zusätzlich sind die Seitenführungsscheiben durch Federn gegen den Rotor und den Rotorring vorgespannt. Hierdurch ist eine erste Drucksteuervorrichtung gebildet, deren Seitenführungsscheiben eine Ventilfunktion ausfuhren. Außerdem ist dieser bekannten hydraulischen Maschine eine zweite Drucksteuervorrichtung mit einer Steueröffnung in einem Kanal des Gehäuses zugeordnet, der den den anstehenden hydraulischen Druck enthaltenden Innenraum mit dem Auslaß der Maschine verbindet. Die Steueröffnung ist durch ein Ventil gebildet, das in Strömungsrichtung zum Auslaß hin gegen die Rückstellkraft der Feder öffnet. Durch diese Drucksteuervorrichtung wird der anstehende hydraulische Druck ebenfalls gesteuert. Hierdurch werden schädliche Anpresskräfte der Seitenführungsscheiben vermieden und die Funktionseigenschaften der Maschine verbessert, z. B. beim Starten und im niedrigen Lastbereich.

Zwecks wahlweisem Funktionsbetrieb dieser hydraulischen Maschine im Links- und Rechtslauf sind zwei zweite spiegelbildlich angeordnete Drucksteuervorrichtungen vorhanden, von denen der eine Kanal mit dem Einlaß und der andere Kanal mit dem Auslaß verbunden ist, wobei die Steueröffnungen durch Rückschlagventile gebildet sind, die in der Gehäusewandung nach außen münden und durch von außen zugängliche Schraubstopfen verschlossen sind.

In der DE 33 42 131 C2 ist eine Ringkolben-Maschine beschrieben, bei der in einem den Innenraum des Gehäuses und dessen Einlaß verbindenden Kanal ein hydrostatisch wirkendes Entlastungsventil in Form eines Rückschlagventils angeordnet ist. Des weiteren sind der Rotor und der Rotorring zwischen einer Ventilscheibe und einer Steuerscheibe geführt, von denen in der Steuerscheibe und in einer nebengeordneten Gehäusewand Rückschlagventile in Bohrungen vorgesehen sind, die mit den Zu- und Rücklaufleitungen in Verbindung stehen, wobei die Rückschlagventile jeweils in Strömungsrichtung zu den Druckkammern hin öffnen und in die umgekehrte Richtung schließen.

An eine hydraulische Maschine der vorliegenden Art sind mehrere Forderungen gestellt. Neben einer guten Funktion und einer einfachen, stabilen und funktionssicheren Bauweise langer Lebensdauer besteht auch die Forderung nach einer einfachen und kostengünstigen Herstellung, so daß eine preiswerte Herstellung möglich ist.

Außerdem sollen bedeutende Funktionen der Maschine von außen nicht zugänglich sein, um eine falsche Einstellung durch Unbefugte zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Maschine der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß eine störungsfreie Funktion und eine gute Leistungsausnutzung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Zuführung des hydraulischen Mediums z. B. durch eine entsprechend kleine Bemessung des Einlasses insgesamt oder durch die Anordnung einer lokalen Drossel im Einlaß gedrosselt werden, wodurch ein ruhiger und gleichmäßiger Lauf entsprechend niedriger Drehzahl erreicht wird. Dies gilt sowohl für Motor- als auch Pumpenbetrieb. Bei Drehrichtungsumkehr ist dagegen ein forcierter Auslaß und somit eine forcierte Entspannung zum jeweiligen Auslaß hin gewährleistet. Hierdurch werden somit bei einer Funktion in der einen oder anderen Drehrichtung sowie im Motor- und Pumpenbetrieb ein schädlicher Auslaß-Staudruck vermieden, und deshalb kann die vorhandene Leistung optimal ausgenutzt werden.

Außerdem werden die Steuerbarkeit und die Funktion verbessert.

In den Unteransprüchen sind Merkmale enthalten, die im weiteren zu kleinen, kostengünstig herstellbaren und einfach montier- bzw. demontierbaren Bauweisen guter Funktion fuhren.

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand von mehreren Ausgestaltungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße hydraulische Maschine im axialen Schnitt;

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Steuerscheibe der hydraulischen Maschine in axialer Unteransicht;

Fig. 4 die Ventilsteuerscheibe nach Fig. 3 im Halb­ schnitt;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße hydraulische Maschine im axialen Schnitt in abgewandelter Ausgestaltung;

Fig. 6 den Schnitt VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 eine erfindungsgemäße hydraulische Maschine im axialen Schnitt in weiter abgewandelter Ausge­ staltung;

Fig. 8 den Schnitt VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 eine erfindungsgemäße hydraulische Maschine im axialen Schnitt in weiter abgewandelter Ausge­ staltung;

Fig. 10 eine erfindungsgemäße hydraulische Maschine in weiter abgewandelter Ausgestaltung.

Die Hauptteile der hydraulischen Maschine 1 sind ein Gehäuse 2, eine im Gehäuse 2 drehbar gelagerte Welle 3, ein vom Gehäuse umgebener und die Welle umgebender Ringraum 4, ein die Welle 3 umgebender und mit dieser drehfest verbundener Rotor S mit einer Außenverzahnung 6, ein im Ringraum 4 angeordneter und den Rotor 5 umgebender Rotorring 7, der eine Innenverzahnung 8 aufweist, die mit der Außenverzahnung 6 des Rotors 5 zusammenwirkt und eine Außenverzahnung 9 aufweist, die mit einer Innenverzahnung 11 am Gehäuse 2 zusammenwirkt, eine den Ringraum 4 auf einer Seite begrenzende Seitenscheibe in Form einer Steuerscheibe 12, eine den Ringraum 4 auf der gegenüberliegenden Seite begrenzende Seitenscheibe 13 und im einzelnen noch zu beschreibende Zu- und Abführungsleitungen für ein hydraulisches Medium, insbesondere Hydrauliköl, die mit dem Ringraum in Verbindung stehen.

Die Welle 3 durchsetzt das im Querschnitt vorzugsweise kreisrunde Gehäuse 2 einseitig oder beidseitig jeweils in einer Durchführungsbohrung 14 nach außen, in der sie durch wenigstens einen geeigneten Dichtungsring abgedichtet ist.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung besteht das Gehäuse 2 aus drei Gehäuseteilen 2a, 2b, 2c, von denen das Gehäusemittelteil 2b durch einen Ring in der Breite des Ringraums 4 gebildet ist, der an seiner Innenmantelfläche die Innenverzahnung 11 aufweist und durch Zapfenverbindungen konzentrisch an den Gehäuseteilen 2a, 2c zentriert ist. Die Zapfenverbindungen werden bei der vorliegenden Ausgestaltung durch von den äußeren Gehäuseteilen 2a, 2c an deren Außenumfang vorspringenden Ringstegen 15 gebildet, die in passenden Ringnuten 16, hier an der Peripheri des Gehäuseteils 2b, schließend einfassen. Die Gehäuseteile 2a, 2b, 2c sind durch mehrere, auf dem Umfang verteilt angeordnete, sich parallel zur Mittelachse 17 des Gehäuses 2 erstreckende, andeutungsweise dargestellte Schrauben 18 miteinander verschraubt.

Zu beiden Seiten des Ringraumes 4 sind in den Gehäuseteilen 2a, 2c zylindrische Stufenausnehmungen 19, 21 angeordnet, in denen die Steuerscheibe 12 und die Seitenscheibe 13 angeordnet sind. Außenseitig von den Stufenausnehmungen 19, 21 sind in den Gehäuseteilen 2a, 2c außerdem Lagerstufenausnehmungen 22, 23 angeordnet, in denen die Welle 3 mittels zwei geeigneten Lagern gelagert ist, hier zwei Wälzlagern 24, 25, bei denen es sich bei der vorliegenden Ausgestaltung um zwei einander entgegengesetzt angeordnete Schrägwalzenlager handelt, die relativ hohe axiale Kräfte aufnehmen können. Die Steuerscheibe 12 ist durch eine Drehsicherung 20 im Gehäuse 2 drehgesichert, hier durch einen achsparallelen Stift 20a.

Der Rotor 5 ist durch eine Drehmitnahmeverbindung, z. B. Keilnutverbindung 26, drehfest mit dem von ihm umgebenen Abschnitt der Welle 3 verbunden. Vorzugsweise ist die Passung der Keilnutver­ bindung 26 so leichtgängig, daß der Rotor 5 auf der Welle 3 axial leicht verschiebbar ist. Ferner ist die Keilnutverbindung 26 z. B. durch geeignete Spalte 5 so ausgebildet, daß ein Durchgang für das hydraulische Medium zwischen den Lagerstufenausnehmungen 22, 23 gewährleistet ist.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, weist die jeweils durch gerundete Zähne und Zahnlücken gebildete Außenverzahnung 6 am Rotor 5 und die Innenverzahnung 8 am Rotorring 7 eine unterschiedliche Zähnezahl auf, wobei die Innenverzahnung 8 vorzugsweise einen Zahn mehr aufweist. Hierdurch werden zwischen zugehörigen Zähnen und Zahnlücken der Außenverzahnung 6 und der Innenverzahnung 8 Arbeitskammern gebildet, die durch Anlage zugehöriger Zähne bei 27 voneinander getrennt und im wesentlichen abgedichtet sind.

Nachfolgend wird die Maschine 1 als Motor beschrieben, wobei das hydraulische Medium in den Fig. 1, 5, 7, 9, und 10 von links nach rechts strömt.

Es ergeben sich jeweils auf einer Seitenhälfte einer sich im Betrieb der Maschine 1 stetig ändernden Längsmittelebene 28 Druckkammern 29 und auf der anderen Seitenhälfte Rücklaufkammern 31. Dabei wirken die Zähne der Außenverzahnung 6 mit in der Steuerscheibe 12 angeordneten und mit den Druckkammern 29 korrespondierenden Zuführöffnungen 32 und mit den Rücklaufkammern 31 korrespondierenden Abführöffnungen 33 für das hydraulische Medium so durch Abdeckung und Freigabe in bekannter Weise zusammen, daß die an sich bekannte Funktion der hydraulischen Maschine 1 gewährleistet ist und die Welle 3 eine Rotation ausführt. Bei dieser Rotation in der einen Umfangsrichtung, siehe z. B. Pfeil 34, fuhrt der Rotorring 7 durch die Verzahnungen herbeigeführten exzentrische Bewegungen bzw. Taumelbewegungen in radialer Richtung und in Umfangsrichtung aus, die durch unterschiedliche Zähnezahl der inneren Verzahnung Vi und durch eine unterschiedliche Querschnittsbemessung der vorzugsweise gleiche Zähnezahlen aufweisenden Außenverzahnung Va gewährleistet ist. Diese Funktion einer vorliegenden hydraulischen Maschine 1 ist bekannt und braucht in soweit nicht weiter beschrieben zu werden.

Die Steuerscheibe 12 ist vorzugsweise im kappenförmigen Gehäuseteil 2c angeordnet.

Die in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Zu- und Abführöffnungen 32, 33 stehen jeweils mit sich vorzugsweise axial und radial erstreckenden Kanälen 35, 36 mit axial voneinander beabstandeten, abgedichteten Umfangsnuten 37, 38 in der Steuerscheibe 12 in Verbindung, in die jeweils ein radialer Zu- und Abführkanal 39, 41 im Gehäuse 2 mündet. Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind einander diametral gegenüberliegend Einschraublöcher 42, 43 für Leitungsarmaturen angeordnet, die durch die vorzugsweise als Drosseln ausgebildeten Zu- und Abführkanäle 39, 41 mit den Umfangsnuten 37, 38 verbunden sind.

Im Betrieb der Maschine 1 sind nicht nur die Zuführ- und Abfuhrkammern 29, 31 mit dem hydraulischen Medium gefüllt, sondern es füllen sich aufgrund vorhandener Spalte 5 und des Durchgangs von Lecköl, z. B. an den Dichtungsflächen 44, 45 zwischen dem Rotor 5 und den Seitenscheiben, auch die Lagerräume 46, 47 mit dem hydraulischen Medium, insbesondere Hydrauliköl, was zwecks der Schmierung der Lager erwünscht ist. Desgleichen füllt sich auch der ringförmige Zwischenraum 48 zwischen der Außenverzahnung 9 und der Innenverzahnung 11, was ebenfalls aus Gründen der Schmierung der Gleitflächen im Bereich der Dichtungsflächen 44, 45 und im Bereich der Gleitflächen der äußeren Verzahnung Va erwünscht ist.

Es ist vorteilhaft, eine oder beide vorhandenen Seitenscheiben, hier die Seitenscheibe 13 und/oder die Seitenscheibe 12 axial verschiebbar anzuordnen und durch eine axiale Schubkraft gegen den Rotor 5 und den Rotorring 7 zu beaufschlagen. Hierzu dienen eine Feder und der hydraulische Druck in den Lagerräumen 46, 47. Bei einer längs gerichteten Verschiebbarkeit ist darauf zu achten, daß die Steuerscheibe 12 in der Drehsicherung 20 längs verschiebbar ist, was durch ein entsprechendes Bewegungsspiel in einem der beiden Löcher für den Sicherungsstift 20a in einfacher Weise erreichbar ist. Außerdem sind die Umfangsnuten 37, 38 wegen der Mediumzuführung breiter zu bemessen.

Bei der vorliegenden, mit durchgehenden Linien dargestellten Ausgestaltung ist die Steuerscheibe 12 axial unverschiebbar im Gehäuse 2 gelagert, während die Seitenscheibe 13 axial verschiebbar in der Stufenausnehmung 19 gelagert und durch eine Feder 52, hier eine Tellerfeder, gegen den Rotor 5 und den Rotorring 7 beaufschlagt ist. Die an der Seitenscheibe 13 wirksame, mechanische und hydraulische Beaufschlagungskraft F1 soll dabei gleich oder etwas größer sein, als die entgegen gerichtete Beaufschlagungskraft F2, die der Arbeitsdruck in den als Druckkammern wirksamen Zuführkammern 29 und ein in den Abführkammern 31 vorhandener Druck an der Seitenscheibe 13 erzeugen. Die Maschine 1 kann jedoch auch für einen gewünschten Benutzungsfall so eingestellt sein oder werden, daß die Beaufschlagungskraft F2 geringer ist als F1. Entsprechend ist die Größe der äußeren Ringfläche 53 unter Berücksichtigung der Schubkraft der Feder 52 zu bemessen. Der Überschuß der Beaufschlagungskraft F1 soll zwecks Abdichtung einen gewissen Andruck erzeugen und nur so groß sein, daß keine schädliche Reibung und ein erhöhter Verschleiß an den Dichtungsflächen 44, 45 auftritt.

Dies gilt auch für die Steuerscheibe 12, wenn diese allein oder zusätzlich zur Seitenscheibe 13 axial verschiebbar und entsprechend beaufschlagt ist, was strichpunktiert angedeutet ist. Bei der letzteren Ausgestaltung sind die Steuerscheibe 12 und die Seitenscheibe 13 durch die vorhandenen Federn 52, 52a mittenzentriert.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung mit einer oder zwei axial verschiebbaren Seitenscheiben 12, 13 ist die Breite des Ringraums 4 etwas größer bemessen, als die Breite des Rotorrings 7 und des Rotors 5, so daß letztere im Ringraum 4 geringfügig axial verschiebbar sind.

Der Durchmesser der Seitenscheiben, hier der Steuerscheibe 12 und der Seitenscheibe 13, ist kleiner bemessen, als der zwischen den Zähnen gemessene Innendurchmesser der Innenverzahnung 11, so daß die Steuerscheibe 12 und die Seitenscheibe 13 nicht an den Seitenflächen der Innenverzahnung 11 bzw. dem Gehäuseteil 26, sondern an den Seitenflächen des Rotorrings 7 anliegen.

Die wenigstens eine axial verschiebbare Seitenscheibe 13 übt somit eine Ventilfunktion aus und ist Teil einer ersten Drucksteuervorrichtung 49, die den an der Außenseite der wenigstens einen Seitenscheibe 13 anstehenden hydraulischen Druck p1 steuert. Wenn der Arbeitsdruck pA steigt, wird die Seitenscheibe 13 etwas gegen die Kraft der Feder 52 gespreizt, so daß das Ventil 49a etwas öffnet und es zu einem Druckausgleich unter Berücksichtigung des genannten Kräfteverhältnisses F1 zu F2 kommt.

Der hydraulischen Maschine 1 ist eine zweite Drucksteuervorrichtung 54 mit einer Drucksteueröffnung 54a zugeordnet, die in einem Verbindungskanal 55 angeordnet ist, der den Innenraum des Gehäuses 2 mit der Abführseite bzw. dem Rücklauf der Maschine 1 verbindet. Es ist der Zweck der zweiten Drucksteuervorrichtung 54, die Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsdruck pA und dem anstehenden Druck p1 unter Berücksichtigung des vorbeschriebenen Kräfteverhältnises F1/F2 im wesentlichen über den gesamten Arbeitsdruckbereich (geringer Lastbetrieb bis Vollast) etwa konstant zu steuern und somit einen schädlichen Anstieg des anstehenden Druckes p1 und einen schädlichen starken Andruck der Seitenscheibe 13 zu verhindern. Dies läßt sich durch eine Druckentlastung des Druckes p1 durch die Steueröffnung 54a zum Rücklauf hin erreichen und kann durch eine Drucksteueröffnung 54a in Form einer konstanten oder verstellbaren Drossel oder eines Steuerventils 54b mit einem gegen eine Federkraft zu öffnenden Schließkörper erreicht werden. Durch eine Vergrößerung der Drossel bzw. der Steueröffnung 54a oder der Federkraft, lassen sich der Druck p1 und die Anpreßkraft F1 einstellen, auch sehr gut im niedrigen Lastbereich.

Entsprechend ist der Querschnitt der Drucksteueröffnung 54b bemessen und die Federkraft eingestellt oder einstellbar. Dabei hat sich ein Ventil 54b, das bereits bei einem niedrigen Druck p1 öffnet, als besonders vorteilhaft erwiesen. Bei hydraulischen Maschinen 1, die mit veränderlicher Drehrichtung oder im Motor- oder Pumpenbetrieb betreibbar sind, und deshalb zwei Drucksteuervorrichtungen 54 aufweisen, von denen die eine mit dem Einlaß und die andere mit dem Auslaß verbunden ist, empfehlen sich Ventile 54b in Form von Rückschlagventilen 54c, die die jeweilige Einlaßverbindung sperren. Die erste und die zweite Drucksteuervorrichtung 49, 54 sind bezüglich ihrer auf den Druck p1 Einfluß nehmenden Wirkungen so aufeinander abgestimmt, daß das angestrebte Kräfteverhältnis erreicht wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 befindet sich zumindest der die Drucksteueröffnung 54a aufweisende Abschnitt des Verbindungskanals 55, vorzugsweise der Verbindungskanal 55 insgesamt, in der Steuerscheibe 12, wobei der Verbindungskanal 55 mit der zugehörigen Umfangsnut 37, 38 verbunden ist. Es ist eine Stufenbohrung mit unterschiedlichen Bohrungsabschnitten 56a, 56b in vorzugsweise etwa achsparalleler Anordnung vorgesehen, gegen deren die Drucksteueröffnung 54a bildende Stufe der Schließkörper 57 durch eine Feder 58 beaufschlagt ist, die sich an einem den Bohrungsabschnitt innenseitig verschließenden Schraubstopfen 59 abstützt. Von dem größeren Bohrungsabschnitt 56b erstreckt sich radial ein Kanalabschnitt 60 zur zugehörigen Umfangsnut 37, 38. Die beiden vorhandenen zweiten Drucksteuervorrichtungen 54.1, 54.2 sind der Einlaß- und Auslaßseite einander diametral gegenüberliegend in der Steuerscheibe 12 angeordnet. Wenn das Ein­ schraubloch 42 die Druckseite ist, dann befindet sich die Drucksteuervorrichtung 54.2 in Funktion.

Vorzugsweise sind dem Eingang und Ausgang der Maschine 1, hier den gedrosselten Zuführ- und Abführkanälen 39, 41, Bypaß-Sperrventile 61 in Form von Rückschlagventilen so zugeordnet, daß der Schließkörper den Bypaß 62 in Eingangsrichtung sperrt und in Ausgangsrichtung öffnet. Hierdurch ist im jeweiligen Funktionsbetrieb der Maschine 1 ein forcierter Auslaß und somit eine forcierte Entspannung zum jeweiligen Auslaß hin gewährleistet.

Die Bypaß-Sperrventile 61 sind von außen zugänglich in die Zuführ- und Abführkanäle 39, 41 oder die Umfangsnuten 37, 38 und die Einschraublöcher 42, 43 schneidenden, hier schräg verlaufenden Bohrungen 63 mit einer Ventilöffnung 64a angeordnet, gegen die ein Ventilkörper 64b durch eine Feder 64c vorgespannt ist, die sich an einem von außen zugänglichen Schraubstutzen abstützt. Die Bypaß-Sperrventile 61 können auch von außen unzugänglich im Gehäuse 2 angeordnet sein.

Bei der Ausgestaltung nach den Fig. 5 und 6 sind mehrere zweite Drucksteuervorrichtungen 54 so in den Rotorring 7 integriert, daß in jeder Drehstellung des Rotorrings 7 eine Strömungsverbindung zwischen wenigstens einer Rücklaufkammer 31 im Bereich der Rücklaufzone und dem Zwischenraum 48 besteht, wobei jeder Drucksteuervorrichtung 54 eine Drucksteueröffnung 54a in einem den Rotorring 7 von innen nach außen durchsetzenden, vorzugsweise radialen Verbindungskanal 65 angeordnet ist.

Für eine solche Ausgestaltung gibt es mehrere Ausgestaltungsmöglichkeiten, die auch zu unterschiedlichen Funktionen fuhren.

Zunächst ist zu bemerken, daß zwei einander diametral gegenüberliegende Verbindungskanäle 65 im Rotorring 7 ausreichen, um die Strömungsverbindung zu gewährleisten. Um jedoch eine Beeinträchtigung der Strömungsverbindung im Übergangsbereich zwischen der Abführseite und der Zuführseite zu verhindern, ist es vorteilhaft, drei oder mehr, z. B. vier Drucksteuervorrichtungen 54 mit Verbindungskanälen 65 auf dem Umfang verteilt anzuordnen.

Im Rahmen der Erfindung ist es im weiteren möglich, die Drucksteuervorrichtungen 54 lediglich durch jeweils einen Verbindungskanal 65 mit einer Drucksteueröffnung 54a zu bilden, die im Sinne einer Drossel den Strömungsdurchgang steuert. Dabei findet dann, wenn sich wenigstens ein Verbindungskanal 65 im Bereich der Druckzone befindet, ein Strömungsdurchgang von der Druckzone nach außen zum Zwischenraum 48 hin statt, während dann, wenn sich wenigsten ein Verbindungskanal 65 im Bereich der Abführzone befindet, ein Strömungsdurchgang vom Zwischenraum 48 nach innen zur Abfuhrzone und weiter über eine oder mehrere Abführkammern 31 und die Abführ-Kanäle 35, 36 zum Auslaß hin stattfindet. Auch bei einer solchen Ausgestaltung ist die Funktion gewährleistet, weil eine durch eine Drucksteueröffnung 54a bzw. Drossel gesteuerte Strömungsverbindung zwischen dem Raum 46, 47, der den auf die wenigstens eine Seitenscheibe 13 wirkenden Druck p1 enthält, und dem Auslaß besteht. Hierdurch ist sowohl die grundsätzliche Funktion der axialen Verschiebbarkeit der wenigstens einen Seitenscheibe 13 als auch eine funktionierende Drucksteuerung des an ihr anstehenden und die Kraft F1 mitbestimmenden Druckes gewährleistet.

Vorzugsweise sind jedoch in die Verbindungskanäle 65 Ventile 54b integriert bzw. zugeordnet, deren jeweils durch die Drucksteueröffnung 54a gebildete Ventilöffnung durch einen Schließkörper gegen die Kraft einer Feder geöffnet oder geschlossen bzw. gesteuert werden. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist jeweils der Verbindungskanal 65 durch eine radial von außen nach innen in den Rotorring 7 eingearbeitete Stufenbohrung 66 mit Bohrungsabschnitten 66a, 66b gebildet, wobei die kleine Stufenbohrung 66a innen liegt. Außen ist in die große Stufenbohrung 66b ein Widerlagerteil 67 mit einem die Drucksteueröffnung 54a bildenden Längskanal 68 dicht eingesetzt, hier eingeschraubt, wobei ein Schließkörper 69 durch eine sich an der Bohrungsstufe abstützende Feder 71 gegen die Drucksteueröffnung 54a am inneren Ende des Längskanals 68 vorgespannt ist. Hierdurch sind Rückschlagventile 54c gebildet, die in der Druckzone unter der Wirkung des Arbeitsdrucks pA geschlossen sind und in der Abfuhrzone durch den im Zwischenraum 48 vorhandenen Druck p1 öffnen und einen gesteuerten Strömungsdurchgang freigeben, der sich über die Abführkammern 31 zum Auslaß fortsetzt. Aufgrund des Vorhandenseins mehrerer solcher auf dem Umfang verteilt angeordneter Drucksteuervorrichtungen 54 kann ein Strömungsdurchgang auf der Abführseite zum Auslaß hin ständig stattfinden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile ebenfalls mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist eine dritte Drucksteuervorrichtung 74 in den Rotorring 7 integriert, die eine Drucksteueröffnung 74a in einem den Rotorring 7 von innen nach außen durchsetzenden Verbindungskanal 75 aufweist. Es ist der Zweck dieser Drucksteuervorrichtung 74 einen gesteuerten Strömungsdurchgang zwischen wenigstens einer Zuführkammer 29 und dem Zwischenraum 48 zu gewährleisten. Hierzu eignet sich eine Drucksteueröffnung 74a in Form einer konstanten oder verstellbaren Drossel oder eines Ventils 74b mit einem gegen eine Federkraft zu öffnenden Schließkörper. Theoretisch könnten auch hier zwei einander diametral gegenüberliegende Drucksteuervorrichtungen 74 einen Strömungsdurchgang zwischen der Druckseite und dem Zwischenraum 48 gewährleisten. Um Beeinträchtigungen dieses Strömungsdurchgangs im Übergangsbereich zwischen der Druckseite und der Abführseite auszuschließen, sind auf dem Umfang verteilt mehrere, z. B. drei oder vier dritte Drucksteuervorrichtungen 74 vorgesehen, so daß ständig der vorgenannte Strömungsdurchgang stattfinden kann. Wie die Fig. 7 zeigt, sind die dritten Drucksteuervorrichtungen 74 axial neben den zweiten Drucksteuervorrichtungen 54 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 und 6 angeordnet. Die Drucksteuervorrichtungen 74 können jedoch auch gegenüber letzteren in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sein.

Es ist der Zweck der dritten Drucksteuervorrichtungen 74, vorzugsweise in dessen im wesentlichen gesamten Druckbereich in Abhängigkeit des jeweils herrschenden Arbeitsdrucks pA einen Druckausgleich im Zwischenraum 48 und somit auch an der Außenseite der wenigstens einen Seitenscheibe 13 für den anstehenden Druck p1 herbeizuführen, der das angestrebte Kräfteverhältnis zwischen den Beaufschlagungskräften F1 und F2 und somit den angestrebten Andruck gewährleistet. Der von den dritten Drucksteuervorrichtungen 74 herbeigeführte Druckausgleich erfolgt, bevor die erste Drucksteuervorrichtung 49 der wenigstens einen Ventil- Seitenscheibe 13 reagiert. Infolgedessen ermöglichen die dritten Drucksteuervorrichtungen 74 den angestrebten Druckausgleich, bevor die wenigstens eine Seitenscheibe 13 in Ventilfunktion treten und geringfügig abheben würde. Mit einer entsprechend niedrigeren Ansprechgröße als das Drucksteuerventil 49a sind die dritten Drucksteuervorrichtungen 74 eingestellt. Infolgedessen wird beim Vorhandensein der dritten Drucksteuervorrichtungen 74 ein Abheben der Ventil­ seitenscheibe 13 verhindert oder zumindest vermindert. Dies läßt sich durch einen Druckausgleich zwischen wenigstens einer Druck- bzw. Zuführkammer 29 und dem den anstehenden Druck p1 enthaltenden Innenraum 46, 47 oder durch eine Druckentlastung zum Auslaß hin durch das oder die sich auf der Druckseite befindlichen Drucksteuervorrichtungen 74 hindurch erreichen. Hierzu kann die zugehörige Drucksteuervorrichtung 74 eine konstante oder verstellbare Drossel oder ein Steuerventil 74b oder Rückschlagventil 74c mit einem gegen eine Federkraft öffnenden Schließkörper 69 aufweisen. Dabei hat sich ein Ventil 74b als vorteilhaft erwiesen, das bereits bei einem niedrigen Arbeitsdruck pA öffnet. Besonders vorteilhaft ist eine proportional arbeitende Drucksteuervorrichtung 74, insbesondere ein Proportionalventil 74b. Durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Drossel, bzw. der Drucksteueröffnung 74a oder der Federkraft, läßt sich der Druck p1 und die Anpreßkraft F1 einstellen, auch im niedrigen Lastbereich. Entsprechend ist der Querschnitt der Drucksteueröffnung 54b bemessen und die Federkraft einstellbar oder eingestellt. Die Einstellbarkeit ist bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen durch ein unterschiedlich tiefes Einschrauben der Schraubstopfen 59 oder Widerlagerteile 67 gewährleistet. Im weiteren ermöglichen die dritten Drucksteuervorrichtungen 74 eine feinfühligere und genauere Steuerung des Druckausgleichs, da mit geringeren Federkräften und bei besseren Steuerbedingungen gearbeitet werden kann.

Die zweiten und dritten Drucksteuervorrichtungen bzw. -ventile arbeiten proportional zu Druckveränderungen des Arbeitsdrucks pA.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 sind die Drucksteueröffnungen 74a in vergleichbaren, den Rotorring 7 von innen nach außen durchsetzenden Verbindungskanälen 65 ausgebildet, wie es für die Drucksteuervorrichtungen 54 gemäß Fig. 5 und 6 beschrieben worden ist. Infolgedessen sind auch die zugehörigen Ventile 74b und Rückschlagventile 74c entsprechend ausgebildet. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, daß die Drucksteuervorrichtungen 74 mit einem entgegengesetzten Strömungsdurchgang arbeiten, daß heißt, die Ventile 74b bzw. Rückschlagventile 74c öffnen nach außen und schließen nach innen. Bei den dritten Drucksteuervorrichtungen 74 sind somit die Drucksteueröffnungen 74a an den Innenrändern der kleinen Stufenbohrungen 66a gebildet, gegen die die Schließkörper 69 beaufschlagt sind. Ergänzend wird noch hinzugefügt, daß im Gegensatz zu den zweiten Drucksteuervorrichtungen 54 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bis 8 die dritten Drucksteuervorrichtungen 74 in der Abführzone unter dem anstehenden Druck p1 im Zwischenraum 48 schließen und nur in der Druckzone unter der Wirkung des Arbeitsdrucks pA öffnen. Im Funktionsbetrieb arbeiten die zweiten und dritten Drucksteuervorrichtungen 54, 74 wechselseitlich und deshalb gewährleistet die Kombination der zweiten Drucksteuervorrichtungen 74 und der zweiten Drucksteuervorrichtungen 54 einen ständigen Strömungsdurchgang zum Auslaß hin.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 sind die Drucksteuervorrichtungen 74 in Kombination mit Drucksteuervorrichtungen 54 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 bis 4 kombiniert.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, die dritten Drucksteuervorrichtungen 74 in Kombination mit zweiten Drucksteuervorrichtungen 54 zu kombinieren, wie sie bei der gattungsgemäßen Maschine gemäß DE 42 02 466 A1 zu entnehmen ist. Bei dieser an sich bekannten Drucksteuervorrichtung 54 ist die Drucksteueröffnung 54a von außen zugänglich in Kanälen des Gehäuses 2 angeordnet, wobei ein den vorbeschriebenen zweiten Drucksteuervorrichtungen entsprechendes Ventil 54b bzw. Rückschlagventil 54c in einem die Lagerräume 46, 47 mit dem zugehörigen Auslaß, hier ein Schraubloch 42, 43, verbindenden Kanal 55 angeordnet ist, wobei die Ventilfeder 58 den Schließkörper 57 entgegen der Strömungsrichtung gegen die Drucksteueröffnung 54a beaufschlagt. Die Funktion dieser zweiten Drucksteuervorrichtung 54 entspricht jeweils der Funktion der anderen zweiten Drucksteuervorrichtungen 54.

Die zweiten und/oder dritten Drucksteuervorrichtungen 54, 74 können auch in den Rotor 5 etwa radial und/oder in eine oder beide Seitenscheiben 12, 13 achsparallel durchsetzenden Kanälen angeordnet sein. Die Drucksteuervorrichtungen 54, 74 eignen sich auch zur Vermeidung von Schwierigkeiten, die bei konstant hohem Abführstaudruck oder plötzlich auftretenden Abführstaudruckerhöhungen auftreten, wie es z. B. bei langen Abführleitungen der Fall ist.

Nachfolgend werden noch zwei Besonderheiten der hydraulischen Maschine 1 beschrieben. Die erste Besonderheit umfaßt eine allgemein mit 81 bezeichnete hydraulische Beaufschlagungsvorrichtung für die wenigstens eine axial verschiebbar gelagerte Seitenscheibe 13, um diese vor einem schädlichen Andruck gegen den Rotor 5 und den Rotorring 7 zu schützen.

Die hydraulische Beaufschlagungsvorrichtung 81 besteht aus einem inneren Vorrichtungsteil 81a und einem äußeren Vorrichtungsteil 81b, die eine gemeinsame hydraulische Beaufschlagungsvorrichtung 81 bilden können oder auch jeweils für sich funktionsfähig sein können.

Der Vorrichtungsteil 81a ist durch eine Mehrzahl etwa achsparalleler Durchgangskanäle 82 in den Zähnen des Rotors 5 gebildet, die mit ihren der Steuerscheibe 12 zugewandten Enden mit den Zuführöffnungen 32, 33 korrespondieren und an ihren gegenüberliegenden Enden mit Kanalöffnungen 83 an der zugewandten Innenfläche der wenigstens einen Seitenscheibe 13 dicht anliegen. Die Querschnittsgröße der Kanalöffnungen 83 kann größer sein als die Querschnittsgröße der Kanäle 82. Die Anzahl der Kanäle 82 ist nach Bedarf zu bestimmen. Vorteilhaft ist es, in jedem Zahn des Rotors 5 einen Kanal 82 anzuordnen.

Der Vorrichtungsteil 81b umfaßt ebenfalls mehrere, auf dem Umfang verteilt angeordnete, etwa achsparallele Kanäle 84 im Rotorring 7 oder vorzugsweise in dessen Zähnen, die mit Kanalöffnungen 85 an den Innenseiten der Seitenführungsteile 12, 13 dicht anliegen. Auch diese Kanalöffnungen 85 können im Querschnitt größer bemessen sein als der übrige Kanalquerschnitt. Außerdem sind diese Kanäle 84 durch einen hier quer bzw. radial verlaufenden Kanal 86 mit dem Zwischenraum 48 verbunden.

Im Funktionsbetrieb der Maschine 1 wirkt an den Kanalöffnungen 83 der Arbeitsdruck pA und an den Kanalöffnungen 85 der in den Lagerräumen 46, 47 und im Zwischenraum 48 vorhandene Druck p1. Durch diese hydraulische Beaufschlagung werden an der Seitenscheibe 13 oder den Seitenscheiben 12, 13 nach außen wirksame Kräfte erzeugt, die dem Andruck der jeweiligen Seitenscheibe entgegenwirken und somit bei entsprechender Bemessung der Kanalöffnungsquerschnitte einen schädlichen Andruck der Seitenscheibe oder der Seitenscheiben verhindern können.

Darüber hinaus werden durch das an den Kanalöffnungen 83, 85 anstehende hydraulische Medium, insbesondere Hydrauliköl, die Gleitflächen zwischen den Seitenscheiben 12, 13 und dem Rotor 5 sowie dem Rotorring 7 forciert geschmiert und somit Reibung und Verschleiß verringert.

Bei der Bestimmung des Kräfteverhältnises F1/F2 sind die hydraulischen Kräfte der Beaufschlagungsvorrichtungen 81a, 81b zu berücksichtigen.

Die zweite Besonderheit bezieht sich auf ein Widerlager 91 für die die wenigstens eine Seitenscheibe 13 gegen den Rotor 5 und den Rotorring 7 beaufschlagende Federanordnung 92, die bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 durch eine gemeinsame Tellerfeder 52 gebildet ist oder auch durch mehrere Einzelfedern gebildet sein kann, z. B. mehrere auf dem Umfang verteilt angeordnete Druckfedern 52.1 gemäß Fig. 5. Wesentlich ist, daß das Widerlager 91 an der Welle 3 angeordnet ist bzw. daran abgestützt ist.

Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 ist die Federanordnung 92 durch die Tellerfeder 52 gebildet, die mit ihrem äußeren Rand an der zugehörigen Seitenscheibe 13 anliegt und mit ihrem inneren Rand an einer das Widerlager 91 bildenden Schulterfläche 93 der Welle 3 abgestützt ist. Die Schulterfläche 93 kann durch einen Ringansatz der Welle 3 gebildet sein. Bei der vorliegenden Ausgestaltung wird die Schulterfläche 93 durch den Innenring 24a des zugehörigen Wälzlagers 24 gebildet. Der Durchgang des hydraulischen Mediums im Bereich der Tellerfeder 52 ist durch nicht dargestellte Löcher in der Tellerfeder 52 oder an deren inneren und/oder äußeren Rand gewährleistet.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 5 ist das Widerlager 91 für die Mehrzahl auf dem Umfang verteilt angeordneten Druckfedern 52a ebenfalls mittelbar oder unmittelbar an der Welle 3 abgestützt. Im einzelnen ist hierzu eine Widerlagerscheibe 94 vorgesehen, die einstückig mit der Welle 3 ausgebildet sein kann oder als separates Bauteil an einer rückseitigen Schulterfläche 93 anliegen kann, die ebenfalls durch den Innenring 24a des Wellenlagers 24 gebildet sein kann. Zur Positionierung der Druckfedern 52a können in der Widerlagerscheibe 94 auf deren Innenseite Aufnahmelöcher 95 vorgesehen sein, in denen die Druckfedern 92a teilweise aufgenommen und somit gegen eine ungewollte Verlagerung gesichert sind.

Im Gegensatz zu den bekannten Ausgestaltungen, bei denen die Seitenscheibe 13 mitdreht und deshalb ständig eine Reibung zwischen der Seitenscheibe 13 und der daran anliegenden Federanordnung 92 stattfindet, sind bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen die Federanordnung 92 und das Widerlager 91 mit der Welle 3 drehende Teile, die aufgrund einer Drehmitnahmeverbindung mit der Welle 3 oder dem Rotor 5 eine Dreheinheit bilden. Es entfällt deshalb der Verschleiß zwischen der Federanordnung 92 und der zugehörigen Seitenscheibe 13. Die aufgrund der Reibung bedingte Verlustleistung wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eingespart.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, den ringförmigen Rotor 5 und die Seitenscheibe 13 fest miteinander zu verbinden. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Seitenscheibe 13 mit dem Rotor 5 einstückig ausgebildet wird oder bei zweistückiger Ausbildung diese Teile fest miteinander verbunden werden, bei der vorliegenden Ausgestaltung durch Schrauben 101, die auf dem Umfang verteilt angeordnet sind. Es ist vorteilhaft, im Bereich jedes Zahnes des Rotors 5 eine Schraube 101 vorzusehen. Dabei können die mit Gewinde ergänzten Kanäle 82 als Schraubenlöcher dienen. Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind die Schrauben 101 von der Außenseite der zugehörigen Seitenscheibe 13 durch darin befindliche Löcher 102 eingeschraubt. Hierbei kann es sich um Senkkopfschrauben handeln. Bei dieser Ausgestaltung bildet die Seitenscheibe 13 mit dem Rotor 5 eine Bau und Bewegungseinheit, so daß der Rotor 5 an den Ventilbewegungen der Seitenscheibe 13 teilnimmt. Es kann deshalb dazwischen weder Reibung noch Verschleiß stattfinden. Zwischen dem Rotor 5 und der Steuerscheibe 12 ist dagegen Reibung und Verschleiß wegen der dort vorhandenen Schmierung durch die Zuführungsöffnungen 32 gering.

Die erfindungsgemäße Abstützung der Federanordnung 92 eignet sich auch sehr gut in Kombination mit der hydraulischen Beaufschlagungsvorrichtung 81b und/oder einer Drehmitnahmeverbindung zwischen dem Rotor 5 und der Seitenscheibe 13.

Wie aus den Schnittzeichnungen zu entnehmen ist, befinden sich die Drucksteuerventile 54b, 74b in den Außenzähnen des Rotorrings 7. Sie können jedoch auch in den Innenzähnen des Rotorrings 7 angeordnet sein.

Claims (8)

1. Hydraulische Maschine (1) der Zahnring-Bauart, insbesondere hydraulischer Motor, bestehend aus

• 1. einem Gehäuse (2),
• 2. einer im Innenraum des Gehäuses (2) drehbar gelagerten Welle (3), die mit wenigstens einem Wellenende die Wandung des Gehäuses (2) in einem Loch abgedichtet durchsetzt,
• 3. einem im Gehäuse (2) drehfest auf der Welle (3) angeordneten Rotor (5), der eine Außenverzahnung (6) aufweist,
• 4. einem den Rotor (5) umgebenden Rotorring (7) mit einer Innenverzahnung (8), die mit der Außenverzahnung (6) des Rotors (5) zusammenwirkt,
• 5. wobei der Rotor (5) und der Rotorring (7) zwischen seitlichen Führungsflächen (44, 45) von Seitenführungsteilen (12, 13) geführt sind,
• 6. wobei zwischen den Verzahnungen (6, 8) des Rotors (5) und des Rotorrings (7) in einander diametral gegenüberliegenden Zonen Zuführkammern (29) und Abführkammern (31) gebildet sind,
• 7. die mit in wenigstens einer der Führungsflächen (44) angeordneten Zuführ- und Abführöffnungen (32, 33) von Zuführ- und Abführleitungen (35, 36) im Rotationsbetrieb korrespondieren, die einen Einlaß und einen Auslaß bilden,
• 8. wobei die Seitenführungsteile (12, 13) jeweils in einer Ausnehmung (19, 21) des Gehäuses (2) gelagert sind,
• 9. wobei ein Seitenführungsteil oder beide Seitenführungsteile (12, 13) in der zugehörigen Ausnehmung (19, 21) axial verschiebbar gelagert und durch den im zugehörigen Innenraum (46, 47) anstehenden hydraulischen Druck und durch eine Federkraft gegen den Rotor (5) und den Rotorring (7) beaufschlagt ist bzw. sind und eine erste Drucksteuervorrichtung (49) bilden,
• 10. wobei dem Einlaß und dem Auslaß jeweils eine zweite Drucksteuervorrichtung (54) mit wenigstens einer Steueröffnung (54a) in einem Verbindungskanal (55) zugeordnet ist zur Einstellung einer etwa konstanten Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsdruck (pA) und dem an dem axial verschiebbaren Seitenführungsteil (12) anstehenden Druck (p1),
• 11. und wobei der Verbindungskanal (55) den den anstehenden Druck (pA) enthaltenden Innenraum (47) des Gehäuses (2) mit dem Einlaß oder dem Auslaß verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlaß und dem Auslaß jeweils ein Bypaß (62) mit einem Bypaß-Ventil (61) in Form eines Rückschlagventils zugeordnet ist, dessen Schließkörper den dem Auslaß zugeordneten Bypaß (62) in die Durchgangs-Strömungsrichtung öffnet und den dem Eingang zugeordneten Bypaß (62) in der Durchgangs-Strömungsrichtung sperrt.

2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypässe (62) gedrosselten Zuführ- und Abführkanälen (39, 41) im Gehäuse (2) in Parallelanordnung zugeordnet sind.

3. Hydraulische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführ- und Abführkanäle (39, 41) jeweils mit einer von zwei einen axialen Abstand voneinander aufweisenden Umfangsnuten (37, 38) im Seitenführungsteil (12) verbunden sind, die jeweils mit dem zugehörigen Verbindungskanal (55) und Zuführ- oder Abführkanal (35, 36) im Seitenführungsteil (12) verbunden sind.

4. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Drucksteueröffnung (54b) enthaltende Abschnitt des Verbindungskanals (55) in dem die Rücklaufleitungen (55, 36) enthaltenden Seitenführungsteil (Steuerscheibe 12) angeordnet ist.

5. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweite Drucksteuervorrichtungen (54) im Rotorring (7) angeordnet sind, wobei mehrere Verbindungskanäle (65) mit Steueröffnungen (54a) so im Rotorring (7) auf dem Umfang verteilt angeordnet sind, daß eine Strömungsverbindung zwischen wenigstens einer Zuführkammer (29) und dem den Umfangsbereich des Rotorrings (7) umgebenden Zwischenraum (48) stattfinden kann, wobei der Zwischenraum (48) mit dem außenseitig von dem oder den Seitenführungsteilen (12) vorhandenen Innenraum (46, 47) durch einen Kanal oder einen Spalt (5) oder mit dem Rücklauf verbunden ist.

6. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Drucksteuervorichtungen (54) jeweils durch ein Rückschlagventil (54c) gebildet sind.

7. Hydraulische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuerventile (54b) der zweiten Drucksteuervorrichtungen (54) in einem etwa achsparallelen Sackloch (56a, 56b) des Seitenführungsteils (12) angeordnet sind.

8. Hydraulische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Drucksteuervorrichtung (54) bildenden Verbindungskanäle (65) im Rotorring (7) radial verlaufen.