DK141517B - Samvirkende tandhjulspar til en tandhjulsmaskine, navnlig en hydraulisk motor. - Google Patents

Description

(¾ v^/ (11) FREMLÆ66ELSESSKRIFT 141517 DANMARK (ευ intci.3 F 01 c 1/10 L/MINΙΥΙΜΠIV p 04 g 2/IO // p 03 C 2/22 f(21) Ansøgning nr. 4963/76 (22) Indteveret den 2. HOV. 1976 (23) Løbødag 2. n0V. 1976 (44) Ansøgningen fremlagt og

fremtoeggelseeskriftet offentliggjort den 8. apr. I98O

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (3°) Prioritet began* fra den

3- nov. 1975* 628273, US

(71) EATON CORPORATION, 100 Erieview Plaza, Cleveland, Ohio 44114, US.

(72) Opfinder: Hugh Louis McDermott, 6101 Ashcroft Ave., S., Minneapolis,

Minnesota 55424, US. ~ (74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.__ (54) Samvirkende tandhjulspar til en tandhjulsmaskine, navnlig en hydrau= lisk motor.

Opløsningen angår et af indvendigt og udvendigt fortandede organer bestående tandhjulspar, således som nærmere angivet i krav l's indledning.

Tandhjulsmaskiner af den nævnte art anvendes på en række områder, hvor der kræves en lav hastighed og et stort drejningsmoment. Mens tandringen og tandhjulet roterer i forhold til hinanden, bevæger tandhjulet sig hypocykloidisk i forhold til tandringens akse, hvorved de mellem tandringens og tandhjulets tænder dannede arbejdskamre skiftevis udvider sig og trækker sig sammen.

For at maskiner af denne art skal have en høj volumetrisk virkningsgrad, må lækagen mellem arbejdskamre med højt tryk og arbejdskamre med lavt tryk gøres så lille som muligt. Pasningen mellem 2 U15T7 samvirkende tænder er således af kritisk betydning, og tandhjulets tænder skal være nøjagtigt formet for at give en nøjagtig pasning med tandringens tænder. Imidlertid kan slitage på tænderne forøge frigangen mellem tandhjulet og tandringen, hvad der medfører lækage og heraf følgende lav virkningsgrad, hvorfor tandringens tænder som angivet er udformet som cirkulærcylindriske ruller, som er drejeligt lejret i cirkulærcylindrisk formede lommer i statoren. De kendte maskiner, hvori statortænderne består af ruller, kan kategoriseres på grundlag af forholdet mellem rullens og lommens diameter, og forholdet mellem den såkaldte berøringscirkel for det af statoren og rullerne bestående aggregat (dvs. en cirkel, som berører den indadvendende omkreds på rullerne, når disse er centreret i sine lommer) og rotorens såkaldte gennemsnitlige diameter (dvs. gennemsnittet mellem rotorens største og mindste diameter).

En sådan maskine kan således siges at udvise "overskridelsespasning", når de enkelte ruller ligger med i hovedsagen lejepasning i de pågældende lommer (dvs. at diameter-frigangen mellem rullen og lomme er større end nul og mindre end omtrent 0,038 mm) og rotorens gennemsnitlige diameter overskrider berøringscirkelen for det af statoren og rullerne bestående aggregat (dvs. at gennemsnitsdiameteren er op til 0,025 mm eller mere større end berøringscirkelen) . I sådanne maskiner vil overskridelsespasningen umuliggøre enhver radialt indadgående bevægelse af rullerne.

En sådan maskine kan siges at udvise "ikke overskridende pasning", dersom de enkelte ruller ligger med lejepasning i sin lomme, og der er en frigang mellem rotorens gennemsnitsdiameter og berøringscirkelen for det af statoren og rullerne bestående aggregat (dvs. at gennemsnitsdiameteren er omtrent 0,025 mm eller mere kortere end diameteren i berøringscirkelen). I en sådan maskine kan radialt indadgående bevægelse af rullerne finde sted, takket være den nævnte frigang.

En maskine af denne art kan siges at udvise "løs pasning", dersom frigangen mellem hver rulle og dennes lomme er større end svarende til lejepasning, og der er en frigang mellem rotorens gennemsnitsdiameter og berøringscirkelen for det af statoren og rullerne bestående aggregat. Lommerne i disse maskiner er i almindelighed udformet med henblik på, at der skal udvikles et styret, i hoved 3 U15T7 sagen hydrostatisk, trykmønster, som til stadighed påvirker rullen hen imod den tilsvarende rotortand, når rullen befinder sig mellem arbejdskamre med højt og lavt tryk. Disse trykmønstre udmærker sig i almindelighed ved at være symmetrisk fordelt over en del af lommen, og de er bestemt til at frembringe en styret resultantkraft, som er rettet radialt indad og er tilstrækkeligt stor til at frembringe en tilstrækkelig tætning mellem arbejdskamre med højt og lavt tryk. Ydermere er rullernes støtteflader indrettet til at holde rullerne i deres korrekte geometriske stillinger, selv om lommerne er udformet med den "overdrevne frigang", som er nødvendig for at kunne frembringe den ønskede påvirkningskraft.

Det antages, at selv ved anvendelse af de ovenfor beskrevne foranstaltninger vil det ikke ved alle anvendelser være muligt at opnå en tilstrækkelig tætning, når maskinen holdes i drift gennem længere tid. Det er derfor opfindelsens formål at anvise udformningen af et tandhjulspar med en forbedret anordning til at holde de cylindriske ruller i de cylindrisk formede lommer på en sådan måde, at rullernes levetid forlænges, og der opnås en tilstrækkelig tætning mellem rotortænderne og rullerne.

Det ovennævnte formål opnås ved hjælp af den i krav l's kendetegnende del angivne udformning. En sådan udformning vil medføre en ændring af viskositeten i det mellem rullen og lommen indespærrede fluidum, når rullen presses ind i lommen, og herved forbedres fluidets smøreevne og en bedre rotation af rullen i lommen bliver mulig. Da tandringen med de således udformede lommer og ruller er kombinéret med et tandhjul, hvis gennemsnitsdiameter overskrider berøringscirkelen for det af tandringen og rullerne bestående aggregat, vil der mellem tandhjulstænderne og rullerne opstå en berøring, som bevirker, at rullerne under denne berøring roterer i sine lommer og samtidig danner en tætning, der forhindrer fluidum i at strømme mellem rotortænderne og rullerne.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til det på tegningen viste udførelseseksempel på et tandhjulspar ifølge opfindelsen, idet fig. 1 viser tandhjulsparret, set fra siden, fig. 2 er et forstørret udsnit af fig. 1, 4 141517 fig. 3 og 4 er yderligere forstørrede udsnit af fig. 2 ved de med 3 henholdsvis 4 afmærkede steder, og fig. 5 er et aksialsnit i lidt mindre målestok end fig. 2 gennem en tandringlomme med en heri beliggende rulle, samt den hermed samvirkende del af maskinens tandhjul.

Fig. 1 viser en tandring i form af en indvendigt fortandet, ringformet stator 10 og et tandhjul i form af en udvendigt fortandet rotor 12. Antallet af tænder 14 på statoren 10 er fortrinsvis én større end antallet af tænder 16 på rotoren 12.

Rotortænderne 16 omfatter konvekse dele, som er vinkelfordelt omkring en midterakse i rotoren 12 og adskilt af konkave tandmellemrum 18. Statortænderne 14 omfatter et antal vinkelfordelte cylindriske ruller, som er optaget i et tilsvarende antal cylindriske lommer 20, som udmunder i statoren 10's indre omkredsvæg 22. Rotoren har en gennemsnitlig diameter, som overskrider berøringscirkelen for det af statoren og rullerne bestående aggregat. Denne overskridelse udgør for nærværende opfindelses vedkommende mellem 0,002 og 0,02 procent af berøringscirkelens diameter.

Rotoren 12's akse er anbragt excentrisk i forhold til statoren 10's midterakse. Når rotoren 12 bringes til at rotere i forhold til statoren 10, indgriber rotortænderne 16 med statortænderne 14 og meddeler rotoren 12 en hypocykloidisk bevægelse, idet rotoren,» kredser omkring statorens midterakse seks gange - svarende til antallet af rotortænder 16 - for hver omdrejning af rotoren 12.

Under denne hypocykloidiske bevægelse af rotoren 12 danner rotortænderne 16, sammen med statortænderne 14 og statoren 10's indre omkredsvæg 22, arbejdskamre 24A-24G, som skiftevis udvider sig og trækker sig sammen. I den viste situation er kammeret 24B ved at nærme sig sit minimumsrumfang, mens kamrene 24C og 24D er ved at trække sig sammen, og kamrene 24E, 24F og 24G er ved at udvide sig. Yderligere drejning af rotoren 12 i retning af pilen 26 vil medføre en udvidelse af kammeret 24A.

Når det af stator og rotor bestående aggregat indgår i en fluidummotor, omfatter denne organer til at sætte de kamre, som er ved at udvide sig, i forbindelse med en trykfluidumkilde, mens de kamre, som er ved at trække sig sammen, forbindes med et afløb.

Når det nævnte aggregat indgår i en pumpe eller en ventil, sættes de kamre, som er ved at udvide sig, i forbindelse med et fluidumindløb, og de kamre, som er ved at trække sig sammen, i forbindelse med et 141517 5 fluidumudløb. Egnede organer til skiftevis at sætte kamrene i forbindelse med trykfluidumkiIde eller indløb og med afløb eller udløb kendes inden for faget, jf. f.eks. beskrivelsen til L.L. Charlson's USA-patent nr. Re. 25.291.

Selv om rotoren 12 her beskrives som indrettet til at rotere og kredse i forhold til statoren 10, kan ejnten rotoren eller statoren være faststående. Endvidere kan indretningen være en sådan, at enten rotoren eller statoren udfører en ren rotationsbevægelse, mens den anden del kun kredser.

Som det fremgår af fig. 2, har hver lomme 20 en radius på R enheder. Hver lomme 20's cylindriske væg dækker fortrinsvis en buevinkel på omtrent 180°. Imidlertid kan denne vinkel, således som det skal forklares i det følgende, også være større eller mindre end 180°. Væggen i hver lomme 20 er belagt med en belægning 28 af et porøst sammenpresseligt materiale, som f.eks. jern-mangan-fosfat (kendt på markedet under betegnelsen "Parker Lubrite No. 2"), med en tykkelse af X enheder. Belægningen 28 kan strække sig ud over lommen 20's væg og ud på statoren 10's indre omkredsvæg 22. Det er ønskeligt at holde tykkelsen X på det porøse sammenpresselige materiale i belægningen 28 så konstant som muligt langs med den fulde længde af væggen i lommen 20. I et typisk praktisk tilfælde vil tykkelsen X ligge mellem 0,0025 mm og 0,079 mm, når radien R på lommen 20's væg ligger i området mellem 1,27 mm og 76,2 mm. Belægningen 28 kan gøres forholdsvis tynd, takket være den lethed, hvormed væggen i lommen 20 kan bearbejdes, og den forbedrede smøring, som er opnået, og som medfører en væsentlig nedsættelse af slitagen i lommerne.

Hen over mundingen af hver lomme 20 er der en afstand, der svarer til korden A (fig. 2). Hver rulles radius bør være lig med eller større end R-X og mindre end R. Ydermere bør korden A være større end rullens diameter, dersom buevinkelen for lommen 20's væg er større end 180°. Under normale driftsforhold kan denne buevinkel vælges i området fra 150 til 185°. På denne måde opnås, at når rullen anbringes på plads i sin lomme, vil der fremkomme tætningssteder 30 og 32 (fig. 2), og mellem rullen og den modstående overflade 34 på belægningen 28 vil der fremkomme en spalte Y (fig. 3) mellem de to tætningssteder 30 og 32.

Under driften bliver fluidum indespærret i det porøse sammenpresselige materiale i belægningen 28, og mellem dennes cirkulære U1S17 6 overflade 34 og rullen. Når rullen kun udsættes for en ringe belastning fra rotoren 12, vil fluidet inden i den porøse belægning 28 og i spalten Y have en forholdsvis lav viskositet, så at den kan fornys fra overfladehinden på den roterende rulle. Efterhånden som rotorens kraft imod rullen forøges, vil viskositeten af det i spalten Y indespærrede fluidum stige eksponentielt med den udøvede kraft. Da det indespærrede fluidums viskositet stiger, vil dets smøreevne også forøges, så at lejeunderstøtningen for rullen i hver enkelt lomme forbedres. Det har endvidere vist sig, at tætningerne ved kanterne på effektiv måde forhindrer partikler, som kan frembringe slitage, i at trænge ind i spalte Y. Dette adskiller sig fra den betingelse om en åben kant, som er nødvendig ved sædvanlig hydrodynamisk smøring.

Det er af væsentlig betydning, at rullen skal have "prespasning" i lommen, dvs. at hver rulles radius skal være større end eller lig med R-X for den pågældende lomme. Det er muligt at sammenpresse materialet i belægningen 28 ved tætningsstederne 30 og 32 så meget, at der næsten fremkommer berøring mellem rullen og statoren 10. Det er imidlertid ønskeligt, at der findes en vis mængde materiale i belægningen 28 mellem rullen og statoren.

Det er endvidere af væsentlig betydning, at materialet i belægningen 28 både er sammenpresseligt - for at muliggøre radialt udadgående bevægelse af rullerne i de pågældende lommer - og porøst -for at tilvejebringe et reservoir-rumfang for det fluidum, som er indespærret mellem rullerne og væggene i lommerne 20. Dette sammenpresselige og porøse materiale muliggør en forøgelse af viskositeten for det fluidum, der er indespærret mellem tætningsstederne 30 og 32 mellem rullerne og de pågældende lommer. Det er denne forøgelse af viskositeten, som sikrer den korrekte tætning i og den lange levetid for maskinen ifølge opfindelsen.

Der skal endvidere lægges vægt på, at det er nødvendigt, at rotorens gennemsnitlige diameter overskrider berøringscirkelen for stator-rulle-aggregatet på den omtalte måde. Det er nemlig denne overskridelse, som sikrer, at rullerne bevæges på den rigtige måde ind i lommerne, og at der opnås korrekt tætning mellem rotortænderne og rullerne, dvs. statortænderne 14.

Andre sammenpresselige og porøse belægningsmaterialer kan omfatte sådanne, som påføres ved sprøjtning med en forholdsvis stor andel af faste stoffer i forhold til væsken, eller med delvis tørring af en sprøjtetåge, inden denne rammer overfladen. I disse belægninger U1S17 danner adskilte pigmentpartikler eller sammenklumpninger af sådanne et overfladelag, som fortrinsvis består af tilnærmelsesvis kugleformede partikler, som hæfter til den fluidumtætte væg i lommen 20. Som pigment kan anvendes molybdæn-sulfid, grafit, lejemetaller som f.eks. bronce, tin, bly og lejemetallegeringer ("babbitts"), samt uopløselige mineral-pigmenter, som f.eks. oxiderne af jern, titanium og tin. Endvidere er det muligt at danne belægningen ved påsprøjtnlng af smådråber af smeltet lejemetal ved metallets laveste fluiditetstempe-ratur. Det er også muligt at anvende elektro-plettering, idet der i så fald arbejdes med en så høj strømtæthed, at der fremkommer en porøs belægning. Det kan også tænkes, at belægningen kan dannes ved langsom udkrystallisering af metalliske overflader.

Efter nogen tids brug er det muligt, at materialet i belægningen 28 vil blive permanent sammenpresset ved tætningsstederne 30 og 32. En sådan permanent sammenpresning kan imidlertid tillades, da rullen ved dette brugs-stadium vil have formet materialet i belægningen 28 efter rullens form, så at der dannes tætninger ved tætningsstederne 30 og 32. Tætningerne vil forsinke fluidets strømning ud fra spalten Y, så at rullens radialt udadgående bevægelse vil medføre en trykforøgelse i spalten Y og en tilsvarende forøgelse i fluidets viskositet.

Hvad nærværende opfindelse angår, defineres berøringscirkelen for stator-rulle-aggregatet på følgende måde. I det viste udførelseseksempel anbringes belægningsmaterialet 28 på væggen af samtlige lommer 20. Derefter anbringes rullerne i de enkelte lommer på en sådan måde, at de berører belægningen 28, men uden at denne sammenpresses. Dette bevirker, at rullens midtpunkt kommer til at ligge radialt inden for lommens midtpunkt, dersom rullens radius er større end R-X, eller ved lommens midtpunkt, dersom rullens radius er lig med R-X. Derpå bestemmes afstanden fra rullens midtpunkt til statorens midtpunkt, og rullens radius trækkes fra den således bestemte afstand. Forskellen er lig med radien for berøringscirkelen for stator-rulle-aggregatet, dvs. den cirkel, som ville dannes ved at bringe en radius med en til den nævnte forskel svarende længde omkring statorens midtpunkt.

Det bemærkes for ordens skyld, at endefladerne i det af sta-toren og rotoren bestående aggregat, når dette indgår i en fluidummaskine, lukkes ved hjælp af et par radialt forløbende plader 36 og 38 (fig. 5). Disse plader forhindrer fluidum fra at strømme aksialt ud fra arbejdskamrene 24A-24G og ud af spalten Y. Sådanne aksiale tætningsforanstaltninger er velkendte inden for faget.

Claims (2)

1. 8 1A1517 Patentkrav.
2. 1. Samvirkende tandhjulspar til en tandhjulsmaskine, navnlig en hydraulisk motor, af den art der omfatter A) et udvendigt fortandet tandhjul (12) og B) en indvendigt fortandet tandring (10), 'som står i tandindgreb med det udvendigt fortandede tandhjul (12) og er udformet med en ringformet indadvendende omkredsvæg (22) og med mindst én tand (14) mere end det udvendigt fortandede tandhjul (12), idet tandringen (10) omfatter Bl) et antal omkredsfordelte lommer (20), der udmunder radialt indad i den indadvendende omkredsvæg (22), idet hver lommes væg til dels udgøres af et par med indbyrdes afstande beliggende bueformede overflader (30, 32) på tandringen (10), og B2) i hver af lommerne (20) en cylindrisk rulle (14), der udgør tandringens (10) tænder, og som hver står i berøring med det pågældende par bueformede overflader (30, 32), kendetegnet ved, C) at de bueformede overflader er udformet på et materiale (28), der er eftergivende over for den pågældende rulles (14) materiale, så at hver rulle (14) kan bevæges radialt udad i sin lomme (20) til dannelse af en tætning, som i hovedsagen vil forhindre væskestrømning mellem rullen og de bueformede overflader, når der på rullen udøves en radialt udadrettet kraft, D) at der er en lukket spalte (Y) til at indespærre væske i hver af lommerne (20) mellem de bueformede overflader (30, 32), hvilken spalte er delvis afgrænset af lommens væg og rullen (14) og har et forholdsvis lille rumfang, som i fraværelse af indespærret væske ville formindskes væsentligt ved en ganske lille radialt udadgående bevægelse af rullen (14) til derved at frembringe en forøgelse af trykket i den i spalten (Y) indespærrede væske, samt E) at tandringen (10) har en berøringscirkel, som overskrides af tandhjulets (12) gennemsnitlige diameter, så at når tandhjulet (12) roterer i samvirke med tandringen (10), fremkommer der en radialt udadrettet kraft på hver rulle (14), hvilken kraft søger at bevæge hver rulle radialt udad i den pågældende lomme (20) .