DE1805818B2

DE1805818B2 - Rotationskolbenmotor

Info

Publication number: DE1805818B2
Application number: DE1805818A
Authority: DE
Inventors: George I. Pontiac Boyadjieff; Kenneth W. Farmington Verge
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1966-01-26
Filing date: 1968-10-29
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB1242554A; DE1805818A1; FR95883E; US3516765A; DE1805818C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenmotor für geringe Drehzahlen und hohes Drehmoment, mit einem um ein Innenzahnrad angeordneten, exzentrisch bewegbaren mit Innen- und Außenzähnen versehenen Zwischenzahnrad, das auf der einen Seite mit Trennschiebern und mit an einem gehäusefesten Teil angeordneten Zähnen Arbeitskammern bildet und das auf der anderen Seite über eine Verzahnung mit einem im Gehäuse gelagerten Abtriebsteil in Verbindung steht, wobei zur Bildung der Arbeitskammern jeweils ein Zahn des Zwischenzahnrades in eine zugeordnete Zahnlücke des gehäusefesten Teils mit radialem und tangentialem Spiel eingreift, und in dem gehäusefesten Teil in regelmäßigen Winkelabständen Trennschieber angeordnet sind, deren axiale Kanten dichtend in den Körper der Zähne des Zwischenzahnrades eingreifen, und wobei jede der Arbeitskammern mit gesteuerten Druckmittelzu- und -ableitungen verbunden ist.

Aus US-PS 32 15 043 ist ein hydraulischer Drehmomentmotor bekannt, der ein feststehendes inneres Gehäuse aufweist, in welchem eine Abtriebswelle gelagert ist, die selbst von einem Rotor angetrieben wird, der sich in einer kreisförmigen Bahn darum herum bewegt; der Rotor hat innere Nockenvorsprünge und arbeitet mit einem Außennockenvorsprünge aufweisenden Bauteil zusammen, das mit dem Gehäuse befestigt lsi, inϊi dem es eine Anzahl unterschiedlicher Hydraulikkammern biidet; dieser Rotor besitzt ferner einen Zahnkranz, der mit einem anderen auf der Welle aufgekeilten Abtriebszahnkranz kämmt Diese Anordnung entspricht etwa der eingangs angegebenen Gattung des Anmeldungsgegenstandes, wobei der Rotor die gleiche Funktion wie das Zwischenzahnrad hat, und wobei unterstellt wird, daß der Zahnkranz in seiner Funktion dem Abtriebsmantel entspricht Ein derartiger hydraulischer Drehmomentmotor kann kein sehr hohes Übertragungsverhältnis ergeben, während er hohe Drehmomente abgibt, und kann keinesfalls in eine Tragflügelklappe eines Flugzeuges integriert werden, wo das Raumangebot außerordentlich gering ist Ferner hat das Rotorbauteil bei dem Motor nach diesem bekannten Vorschlag eine erhebliche Trägheit,

d. h. daß eine verhältnismäßig hohe Leistungseingabe notwendig ist, um die beweglichen Teile des Motors zu beschleunigen oder zu verzögern.

Aus der DE-PS 5 42 111 ist eine Rotationskolbenma-

2« schine in Form eines Verteilers für Flüssigkeitswechselgetriebe und -Wendegetriebe bekannt, bei der die Verteilerplatte, die nicht als Rotor angesehen werden kann, nur eine schwingende, jedoch keine umlaufende Bewegung ausführt; im Gegensatz hierzu sind im Falle vorliegender Erfindung alle miteinander zusammenwirkenden Teile entweder feststehende oder exzentrische oder rotierende Teile.

Des weiteren ist es aus US-PS 32 51 308 bekannt, bei hydraulischen Rotationskolbenmaschinen oder -pumpen die mittlere Achse feststehend und koaxial anzuordnen und einen äußeren Abtriebsmantel zum Übertragen oder Aufnehmen des erzeugten oder aufgegebenen Drehmomentes vorzusehen. Dieser Vorschlag bezieht sich jedoch nur auf Hydraulikmotoren der bekannten Schaufelart und nicht auf einen Rotationskolbenmotor der erfindungsgemäßen Art. Die Verwendung eines Abtriebsmantels ist bereits Gegenstand der Gattung, auf die sich vorliegende Erfindung bezieht.

Ferner sind aus der Zeitschrift »Hydraulics & Pneumatics«, September 1967, Seiten 104—108 einige bekannte Konstruktionen von Rotationskolbenmotoren für geringe Drehzahlen und hohes Drehmoment erläutert, beispielsweise auch der sogenannte »Dynavector«-Motor der Anmelderin, der Gegenstand des älteren deutschen Patentes 16 25 007 isi. Dieser bekannte Vorschlag hat den Nachteil, daß die Konstruktion baulich der speziellen Verwendung als integrierte Motor-Übertragungseinheit für Flugzeugflügelklappen angepaßt werden muß und daß es nicht möglich ist, ein hohes Übersetzungsverhältnis zu erzielen, wie es für diesen Anwendungsfall erwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Motoruntersetzung mit einem hohen Untersetzungsverhältnis zu schaffen, die direkt in den angetriebenen Teil eingebaut werden kann.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Innenzahnrad als gehäusefestes Teil für die Arbeitskammern ausgebildet ist und daß das Zwischenzahnrad aus zwei koaxial angeordneten, gegeneinander drehbar gelagerten Ringteilen besteht, deren inneres Ringteil mit einer die Arbeitskammern begrenzenden Innenverzahnung versehen ist, während das äußere Ringteil zwei Außenverzahnungen verschiedenen Durchmesser besitzt, nämlich eine erste Verzahnung, die mit einer Innenverzahnung des stationären Gehäuses kämmt und weniger Zähne als diese aufweist, und

eine zweite Verzahnung, die mit der Innenverzahnung V*es Abtriebsmantels kämmt und auch weniger Zähne als diese aufweist

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag werden eine besonders kompakte Bauweise und erhöhte Obertragungsverhältnisse erzielt Gegenüber dem vorstehend geschildeten Stand der Technik wird bei dem Rotationskolbenmotor nach der Erfindung das Trägheitsmoment des Zwischenzahnrades reduziert so daß die zum Beschleunigei.'Oder Verzögern der beweglichen Teile des Motors erforderliche Energie ein Minimum wird; des weiteren kann der Motor mit sehr geringen Größenabmessungen im Vergleich zu den erzielten Drehmomenten hergestellt werden; auch ist er in besonders wirtschaftlicher Weise herstellbar, da er sowohl einen Antrieb als auch eine Übertragungsvorrichtung darstellt; des weiteren sind Lager nur für die Zwischen- und Abtriebsteile erforderlich, so daß keine Lager notwendig sind, die mit hoher Drehzahl laufen; damit ist ein Betrieb des Motors in solchen Umgebungen möglich, in denen Motor-Übertragungseinrichtungen nicht verwendet werden können; schließlich kann der Rotationskolbenmotor nach der Erfindung direkt durch Strömungsmittelanordnungen, z. B. Strömungsmittelverstärker betrieben werden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine axiale Schnittansicht durch den Rotationskolbenmotor nach der Erfindung und

F i g. 2 und 3 Querschnittsansichten längs der Linien 1-1 und 2-2 der F ig. 1.

Der Rotationskolbenmotor 10a weist ein Gehäuse 17 auf, in welchem zwei identische stationäre Zahnräder 39 in axialer Ausrichtung angeordnet und mit identischer Innenverzahnung 40 versehen sind, die mit einer ersten Verzahnung 41 eines äußeren Ringteiles 42 kämmen. Die Verzahnung 43 des äußeren Ringteiles 42 kämmt mit der Innenverzahnung 44 eines Abtriebsmantels 45, der auf Nadellagern 45a läuft, die von den stationären Zahnrädern 39 aufgenommen werden. Die stationären Zahnräder 39 und der Abtriebsmantel 45 sind konzentrisch ausgebildet und weisen eine Achse 46 nach Fig.2 auf. Der äußere Ringteil 42 ist schwebend angeordnet und besitzt eine Achse 47, die gegenüber der Achse 46 um den Abstand e in F i g. 2 versetzt ist.

Das drehbar gelagerte Ringteil 42 ist auf einer ringförmigen Lageranordnung 48 abgestützt, die ihrerseits auf einem die Bewegung übertragenden Ringteil 49 abgestützt ist, welches konzentrisch mit dem drehbaren Ringteil ausgebildet und ähnlich wie das stationäre Zahnrad 39 im Rotationskolbenmotor 10 ausgebildet ist. Die Lager 48 ermöglichen eine Drehung des äußeren Ringteiles 42 relativ zum Ringteil 49, übertragen jedoch eine epizyklische Bewegung des Ringteiles 49 auf das Ringteil 42. Das Ringteil 49 kämmt mit einem Innenzahnrad 50, das die gleiche Zähnezahl wie das Ringteil 49 aufweist und mit einer hohlen, stationären Welle 31 über eine entsprechende Vorrichtung, z. B. einen Teil befestigt ist, so daß das Innenzahnrad 50 in bo einer festen Stellung in bezug auf die Welle 51 gehalten wird. Schaufeln 53, die schwenkbar an einem ihrer Enden mit dem Innenzahnrad 50 befestigt sind, sind mit ihrem entgegengesetzten Ende gleitend in Schlitzen 54 angeordnet, welche im Ringteil 49 so geformt sind, daß sie Arbeitskammern 55a— h bilden, welche um das Innenzahnrad 50 angeordnet und zwischen dem Innenzahp.rad 50 und dem inneren Ringtei! 49 angeordnet sind Bei einer Verbindung dieser Kammern mit einer Speisequelle für unter Druck stehendes Strömungsmittel und bei einer Verbindung der Arbeitskammern 55e—^ auf der diametral gegenüberliegenden Seite des inneren Ringteiles 49 mit dem Auslaß wird ein Kraftvektor F erzeugt der dem inneren Ringteil 49 aufgegeben wird und die in F i g. 2 gezeigte Richtung besitzt

Der Kraftvektor F verschiebt den Ringteil 49 in eine Stellung, in der die nächste Kammer 55Λ unter Druck gesetzt wird, die Einspeisung von Strömungsmittel in die Kammer 55c wird nicht fortgesetzt, und der Kraftvektor F wird in eine Drehung im Gegenuhrzeigersinne gezwungen. Dieser Zyklus wird kontinuierlich wipderholt wodurch die Achse 47 des Ringteiles 49 eine Kreisbewegung um die Achse 46 ausführt; diese Kreisbewegung wird von dem Ringteil 49 auf den Ringteil 42 über die Lager 48 übertragen. Diese Kreisbewegung des Ringteiles 42 bewirkt, daß der Ringteil nacheinander mit der innenverzahnung 40 des stationären Zahnrades 39 in einer Richtung kämmt die im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 46 nach F i g. 3 verläuft. Da auf dem Ringteil 42 jedoch weniger Zähne 41 als auf den stationären Zahnrädern 39 Zähne 40 vorhanden sind, wird der Ringteil 42 in Gegenrichtung, nämlich im Uhrzeigersinn nach F i g. 3, gedreht, wobei diese Drehung auf den Lagern 48 erfolgt. Aufgrund des kämmenden Eingriffes der Verzahnung 43 des Ringteiles 42 mit der Verzahnung 44 des Abtriebsmantels 45 bewirkt eine Drehung des Ringteiles 42 eine Drehung des Abtriebsmantels 45 in der gleichen Richtung.

Strömungsmittel wird in die Arbeitskammern 55a—Λ über einen Einlaßkanal 56, der in der Welle 51 ausgebildet ist, eingespeist und von den Kammern durch einen Auslaßkanal 57, der in der gleichen Welle ausgebildet ist, wieder abgegeben. Der Einlaßkanal 56 steht über die Verbindungskanäle 59 mit zwei Gruppen von schlitzförmigen Einlaßöffnungen 58 in Verbindung, die in kreisförmiger Ausbildung um die Achse 46 angeordnet und in den stationären Zahnrädern 39 auf entgegengesetzten Seiten des Ringteiles 49 ausgebildet sind. In ähnlicher Weise steht der Auslaßkanal 57 über Verbindungskaiiäle 61 mit zwei Gruppen von schlitzförmigen Abgabeöffnungen 60, die in den Zahnrädern 39 ausgebildet sind, in Verbindung. Die Öffnungen 58 und 60 werden in den inneren Flächen 62 der stationären Zahnräder 39 ausgebildet, die in gleitendem strömungsmitteldichtem Eingriff mit einem Paar von Platten 63 angeordnet sind, welche mit entgegengesetzten Seiten des Ringteiles 49 befestigt sind, so daß die Platten 63 das Innenzahnrad 50 überlappen, wie in F i g. 1 gezeigt ist, und die Seiten der Arbeitskammern 55a— h festlegen.

Um eine Verbindung zwischen den öffnungen 58 und 60 und den Arbeitskammern 55a—Λ zu erreichen, muß Strömungsmittel durch die Seitenplatten 63 fließen. Zu diesem Zweck sind die Platten 63 mit paarweise ausgebildeten, ausgerichteten Schlitzen 64 versehen, die an ihren inneren Enden an den Arbeitskammern aufhören und sich genügend weit nach außen erstrekken, daß sie die öffnungen 58 und 60 überlappen, wie in Fig.3 gezeigt ist. Die Schlitze 64 sind kreisförmig um den Ringteil 49 angeordnet und entsprechen in ihrer Anzahl der Zahl von Arbeitskammern, nämlich acht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Schlitze 64 sind so angeordnet, daß in jeder Stellung des Ringteiles 49 einige der Schlitze 64 auf einer Seite des Ringteiles 49 einige der Drucköffnungen 58 überlappen und daß eini^ae der Schlitze 64 auf der εηί^σε^σεπ^σ€5εΐζΐ£η Seite

des Ringteiles 49 einige der Kammerabgabeöffnungen 60 überlappen. Die Schlitze 64 sind ferner so angeordnet, daß sie einen, die die Drucköffnungen 58 überlappen, in einer beliebigen Stellung des Ringteiles 49 im Winkel von den Punkten versetzt angeordnet sind, an denen die Verzahnung 43 des Ringteiles in Eingriff mit der Verzahnung 44 des Abtriebmantels, und die Verzahnung 41 des Ringteiles in Eingriff mit der Verzahnung 40 des stationären Zahnrades kommen. In der Stellung des Ringteiles 49 nach F i g. 3 überlappen sich drei der Schlitze 64 auf einer Seite des Ringteiles 49 und stehen mit den Drucköffnungen 58 für die Arbeitskammern 55a—ein Verbindung. Die Schlitze 64 auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Ringteiles 49 überlappen sich und stehen mit den Abgabeöffnungen 60 für die Arbeitskammern 55d— e in Verbindung. Die Schlitze 64 für die Kammern 55c und 55Λ sind zwischen den entsprechenden Öffnungen 58 und 60 angeordnet.
Bei einer speziellen Ausführungsform des Rotations-

^r> kolbenmotors 10a sind vierundachtzig Zähne 41 auf dem Ringteil 42, siebenundachtzig Zähne auf jedem stationären Zahnrad 39, fünfundneunzig Zähne 43 auf dem Ringteil 42 und achtundneunzig Zähne 44 auf dem Abtriebsmantel 45 vorgesehen. Dies ergibt ein Übersetzungsverhältnis von 250 :1. Ein derartiger Rotationskolbenmotor ist in der Lage, ein Drehmoment von 446,5 mt aufzubringen, wenn ein Strömungsmittel mit 15,75 kg/cm² eingespeist wird, und ist in der Lage, den Abtriebsmante! mit einer Geschwindigkeit von 14 U/min in Drehung zu versehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Rotationskolbenmotor für geringe Drehzahlen und hohes Drehmoment, mit einem um ein Innenzahnrad angeordneten, exzentrisch bewegbaren mit Innen- und Außenzähnen versehenen Zwischenzahnrad, das auf der einen Seite mit Trennschiebern und mit an einem gehäusefesten Teil angeordneten Zähnen Arbeitskammern bildet und das auf der anderen Seite über eine Verzahnung mit einem im Gehäuse gelagerten Abtriebsteil in Verbindung steht, wobei zur Bildung der Arbeitskammern jeweils ein Zahn des Zwischenzahnrades in eine zugeordnete Zahnlücke des gehäusefesten Teils mit radialem und tangentialem Spie! eingreift, und in dem gehäusefesten Teil in regelmäßigen Winkelabständen Trennschieber angeordnet sind, deren axiale Kanten dichtend in den Körper der Zähne des Zwischenzahnrades eingreifen, und wobei jede der Arbeitskammern mit gesteuerten Druckmittelzu- und -ableitungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenzahnrad (50) als gehäusefestes Teil für die Arbeitskammern ausgebildet ist und daß das Zwischenzahnrad aus zwei koaxial angeordneten, gegeneinander drehbar gelagerten Ringteilen (49,42) besteht, deren inneres Ringteil (49) mit einer die Arbeitskammern (55a... h) begrenzenden Innenverzahnung versehen ist, während das äußere Ringteil (42) zwei Außenverzahnungen verschiedenen Durchmesser besitzt, nämlich eine erste Verzahnung (41), die mit einer Innenverzahnung (40) des stationären Zahnrades (39) kämmt und weniger Zähne als diese aufweist, und eine zweite Verzahnung (43), die mit der Innenverzahnung (44) des Abtriebsmantels (45) kämmt und auch weniger Zähne als diese aufweist.