Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rotationsfluiddruckvorrichtungen und genauer auf solche
Vorrichtungen, die Gerotorverdrängermechanismen beinhalten,
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorteilhaft mit Gerotor-Vorrichtungen werden kann, die als
Fluidpumpen zu benutzen sind, erweist sich die Erfindung bei der Verwendung als Teil eines
Gerotormotors als besonders vorteilhaft und wird im Zusammenhang damit beschrieben werden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung darüber hinaus vorteilhaft mit verschiedene Typen von
Ventilanordnungen aufweisenden Gerotormotoren benutzt werden kann, ist sie besonders vorteilhaft, wenn sie in
einem Hochdruckmotor des "Ventil-in-Stern"-(VIS)-Typs verwendet wird, und sie wird daher in diesem
Zusammenhang beschrieben werden. Ein Beispiel eines VIS-Motors ist in der auf den Anmelder der
vorliegenden Erfindung übertragenen Patentschrift US-A-4 741 681 illustriert und beschrieben. In einem
VIS-Motor wird eine kommutierende Ventilfunktion an einer Grenzfläche zwischen einem umlaufenden
und einem sich drehenden Gerotorstern und einer benachbarten stationären Ventilplatte bewerkstelligt,
die typischerweise ein Teil des Motorgehäuses ist.
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Spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Gerotormotor des "Nassbolzen"-Typs,
wobei ein Beispiel dieses Motors in der ebenfalls auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung
übertragenen US-A-5 211 551 beschrieben ist. In einem Nassbolzenmotor sind Dichtungen zwischen den
verschiedenen Abschnitten des Motors angeordnet, und die Befestiger (typischerweise Bolzen), welche
die Abschnitte des Motors in festem dichtendem Eingriff halten, sind bezüglich den Dichtungen radial
innen liegend vorgesehen. Daher wird ein derartiger Motor als ein Nassbolzenmotor bezeichnet, da
zwischen benachbarten Abschnitten des Motors fließendes Leckfluid in die Bolzenbohrungen eindringen,
anschließend axial entlang der Bohrung zu einem Gehäuseablaufbereich usw. fließen kann. Die
Verwendung eines "Nassbolzen"-Entwurfs in einem Gerotormotor ist eine Möglichkeit zur Reduktion der Größe
und des Gewichts des Motors und somit seiner Kosten und ist von daher im allgemeinen ein erwünschter
Ansatz.
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Die in den oben genannten Patenschriften dargestellten und beschriebenen VIS-Motoren sind Hochdruck-
Hochleistungsmotoren und es ist bestimmt worden, dass die Wirksamkeitscharakteristika wie z. B. die
volumetrische Effizienz durch die Verwendung einer Ausgleichsplatte verbessert werden, die benachbart
zu dem "vorderen" Ende des Gerotors, d.h. gegenüberliegend dem Ende des Gerotors, an dem die
kommutierende Ventilfunktion auftritt, angeordnet ist.
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Wie dem Fachmann wohlbekannt besteht ein Hauptgrund für den Verlust an volumetrischer Effizienz in
der Differenz zwischen der "Höhe" (d.h. der axialen Länge) des Gerotorrings und des Gerotorsterns,
wobei diese Differenz als das "Seitenspiel" bezeichnet wird. Die typische Praxis bestand darin, den Stern
etwas kürzer als den Ring anzufertigen, hauptsächlich, um eine Anpassung an einer möglichen Vergröße
rung des Sterns zu ermöglichen, der durch thermischen Schock (d.h. die plötzliche Einleitung von heißem
Öl in einen kalten Motor) bewirkt wird. Unglücklicherweise haben die Bemühungen der Fachleute zur
Aufrechterhaltung eines sehr kleinen Toleranzbereiches des "Seitenspiels" des Sterns relativ zu dem Ring
stets wesentlich zu einer Erhöhung der gesamten Herstellungskosten von Getotoren des Typs geführt, der
Niederdrehzahl-Hochmoment-(LSHT)-Motoren verwendet, und besonders desjenigen Typs, der für
hohen Druck und hohe Leistung ausgelegt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer
verbesserten Ausgleichsplatte und einer Dichtungsanordnung, welche für eine erhöhte volumetrische Effizienz
die Reduzierung des Gerotorseitenspiels ermöglicht, während zugleich der Toleranzbereich für das
Seitenspiel erhöht wird, um somit die Herstellungskosten des Gerotors zu verringern.
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Eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten
Ausgleichsplatte und Dichtungsanordnung, welche die oben genannten Aufgaben mindestens teilweise
dadurch löst, dass der "Schwenkpunkt" der Ausgleichsplatte weiter radial nach außen als bislang beim
Stand der Technik bekannt bewegt wird, wodurch das Vermögen der Ausgleichsplatte verbessert wird,
der benachbarten Endfläche des Gerotorsterns zu "folgen" oder sich konform zu ihr zu verhalten.
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Die obigen und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch die Bereitstellung einer
fluiddruckbetätigten Vorrichtung mit einer Gehäuseanordnung gelöst, die einen Fluideinlass und einen Fluidauslass
bestimmt. Ein Fluiddruckverdrängermechanismus ist einer Gehäuseanordnung zugeordnet und umfasst
ein innen verzahntes Ringbauteil und ein außen verzahntes Sternbauteil, welches exzentrisch innerhalb
des Ringbauteils angeordnet ist. Das Ringbauteil und das Sternbauteil führen eine relative Umlauf und
Drehbewegung aus und wirken zusammen, um sich ausdehnende und sich zusammenziehende
Fluidvolumenkammern in Ansprechen auf die Umlauf und Drehbewegung zu bestimmen. Eine
Ventilanordnung wirkt mit der Gehäuseanordnung zusammen, um für eine Fluidverbindung zwischen dem
Fluideinlass und den sich ausdehnenden Volumenkammern sowie zwischen den sich zusammenziehenden
Volumenkammern und dem Fluidauslass zu sorgen. Die Gehäuseanordnung weist ein Endkappenbauteil auf,
welches hinter dem Ringbauteil angeordnet ist, sowie ein Gehäusebauteil, welches vor dem Ringbauteil
angeordnet ist. Eine Dichtungsanordnung ist zwischen dem Ringbauteil und dem Endkappenbauteil sowie
zwischen dem Ringbauteil und dem Gehäusebauteil angeordnet, und eine Mehrzahl von Befestigern sind
in Befestigerbohrungen angeordnet, wobei die Befestiger das Endkappenbauteil und das Gehäusebauteil
in festem dichtendem Eingriff mit Bezug auf das Ringbauteil halten und radial innen liegend bezüglich
der Dichtungsanordnungen angeordnet sind. Eine Ausgleichsplatte ist zwischen dem Ringbauteil und dem
Gehäusebauteil vorgesehen und dazu ausgelegt, nahe einer benachbarten Endfläche des Sternbauteils
angeordnet zu sein, um eine Fluidleckage dazwischen zu minimieren.
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Die verbesserte fluiddruckbetätigte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusebauteil
oder die Ausgleichsplatte eine Dichtungskammer bildet, die in offener Verbindung mit den
Befestigerbohrungen steht. Eine Dichtungsbaugruppe ist in der Dichtungskammer angeordnet, wobei die
Dichtungsbaugruppe ein Dichtungsstützbauteil umfasst, welches im wesentlichen konform zu einer äußeren
Umfangsfläche der Dichtungskammer und zu der Mehrzahl der Befestiger ist. Die Dichtungsbaugruppe
umfasst ferner ein Dichtungsbauteil, welches radial innen liegend bezüglich des Dichtungsstützbauteils
angeordnet ist und welches durch dieses in der radial nach außen weisenden Richtung zurückgehalten
wird, wenn das Dichtungsbauteil einem Fluiddruck ausgesetzt wird.
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Gemäß einem spezifischeren Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt die Mehrzahl der
Befestigerbohrungen einen tangentialen Kreis, der mit jeder der Befestigerbohrungen an deren radial am weitesten
innen liegenden Stelle in Kontakt tritt, wobei die äußere Umfangsfläche der Dichtungskammer einen.
Zylinder bestimmt, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des tangentialen Kreises.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Axialschnitt, der einen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Niederdrehzahl-
Hochmoment-VIS-Gerotormotor zeigt.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, der jedoch nur den Gerotorstern in einem
etwas größeren Maßstab als in Fig. 1 illustriert.
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Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1 in kleinerem Maßstab als in den Fig. 1 und 2.
Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 1 und im gleichen Maßstab, wobei einer
erleichterten Darstellung halber die Bolzen und die Dichtungsbaugruppe der vorliegenden
Erfindung entfernt sind.
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Fig. 5 ist ein Grundriss der Dichtungsbaugruppe der vorliegenden Erfindung, jedoch in größerem
Maßstab als in Fig. 4.
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Fig. 6 ist ein stark vergrößerter fragmentarischer Axialschnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 4 und 5.
Fig. 7 ist ein Graph der volumetrischen Effizienz (als ein Prozentsatz) gegenüber dem Druck (in PSI)
und vergleicht die Vorrichtung der Erfindung mit derjenigen des Stands der Technik.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, welche die Erfindung nicht einzugrenzen beabsichtigen,
illustriert Fig. 1 einen gemäß der oben angeführten Patentschriften gefertigten VIS-Motor. Spezifischer
ist der in Fig. 1 gezeigte VIS-Motor nur beispielshalber vom benannten "Nassbolzen"-Entwurf und
gemäß den Angaben von oben angegebener Patentschrift US-A-5 211 551 angefertigt.
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Der in Fig. 1 dargestellte VIS-Motor weist eine Mehrzahl von Abschnitten auf, die z. B. durch eine
Mehrzahl von Bolzen 11 aneinander befestigt sind, wobei nur ein Bolzen in jeder der Fig. 1, 3 und 5
gezeigt ist. Der Motor beinhaltet eine Endkappe 13, eine stationäre Ventilplatte 15, einen im allgemeinen
mit 17 bezeichneten Gerotorradsatz, eine Ausgleichsplatte 19 und ein Flanschbauteil 21.
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Der Gerotorradsatz 17 ist beim Stand der Technik wohlbekannt und in den oben genannten
Patentschriften ausführlicher dargestellt und beschrieben, weshalb er hier nur knapp erläutert wird. Der Radsatz 17 ist
vorzugsweise ein Geroler®-Radsatz, der ein innen verzahntes Ringbauteil 23 aufweist, welches eine
Mehrzahl von im allgemeinen halbzylindrischen Öffnungen bestimmt, wobei ein zylindrisches
Rollenbauteil 25 in jeder der Öffnungen vorgesehen ist und die Rollen als die Innenzähne des Ringbauteils 23
dienen. In dem Ringbauteil 23 ist ein außen verzahntes Sternbauteil 27 exzentrisch angeordnet, das
typischerweise einen Außenzahn weniger als die Anzahl der Innenzähne 25 aufweist, wodurch das
Sternbauteil 27 das Ringbauteil 23 umlaufen und sich relativ zu diesem drehen kann. Die Umlauf und
Drehbewegung des Sterns 27 innerhalb des Rings 23 bestimmt eine Mehrzahl von sich ausdehnenden und
sich zusammenziehenden Fluidvolumenkammern 29 (siehe auch Fig. 6).
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Immer noch hauptsächlich auf Fig. 1 Bezug nehmend bestimmt der Stern 27 eine Mehrzahl von geraden
Innenkeilzähnen, die in Eingriff mit einem an einem Ende einer Hauptantriebswelle 33 ausgebildeten Satz
von balligen Außenkeilzähnen 31 stehen. An dem gegenüberliegenden Ende der Welle 33 ist ein weiterer
Satz von balligen Außenkeilzähnen 35 angeordnet, der dazu ausgelegt ist, mit einem anderen Satz von
geraden Innenkeilzähnen in Eingriff zu stehen, der durch eine (nicht dargestellte) Form eines
Rotationsausgangsbauteils wie z. B. eine Welle oder Radnabe bestimmt ist. Wie dem Fachmann wohlbekannt,
können Gerotormotoren des hier gezeigten allgemeinen Typs eine zusätzliche, durch geeignete Lager
gestützte Rotationsausgangswelle beinhalten.
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Nun hauptsächlich auf Fig. 2 in Zusammenhang mit Fig. 1 Bezug nehmend wird das Sternbauteil 27
ausführlicher beschrieben werden. Obgleich kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es
bevorzugt, dass der Stern 27 eine Baugruppe aus zwei getrennten Teilen aufweist. In der vorliegenden
Ausführungsform weist der Stern 27 zwei getrennte Teile einschließlich eines die Außenzähne
beinhaltenden Hauptsternteils 37 und eines Einsatzes oder Steckbauteils 39 auf. Das Hauptteil 37 und der Einsatz
39 wirken zur Festlegung der verschiedenen Fluidzonen, Durchlässe und Anschlüsse zusammen, die
nachfolgend beschrieben werden.
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Das Sternbauteil 27 bestimmt eine durch eine Endfläche 43 des Sterns 27 bestimmte zentrale
Verteilerzone 41, wobei die Endfläche 43 in gleitendem dichtendem Eingriff mit einer benachbarten Oberfläche 45
(siehe Fig. 3) der stationären Ventilplatte 15 angeordnet ist.
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Die Endfläche 43 des Sterns 27 bestimmt einen Satz von Fluidanschlüssen 47, wobei jeder Anschluss
mittels eines durch den Einsatz 39 bestimmten Fluiddurchlasses 49 in kontinuierlicher Fluidverbindung
mit der Verteilerzone 41 steht (In Fig. 2 ist nur einer der Fluiddurchlässe 49 dargestellt). Weiterhin
bestimmt die Endfläche 43 einen Satz von Fluidanschlüssen 51, die alternierend mit den Fluidanschlüssen
47 angeordnet sind, und wobei jeder der Fluidanschlüsse 51 ein durch den Einsatz 39 bestimmtes Teil 53
beinhaltet, das sich radial innen über etwa die Hälfte der Strecke radial zu der Verteilerzone 41 erstreckt.
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Nun hauptsächlich auf Fig. 3 in Zusammenhang mit Fig. 1 Bezug nehmend werden die Endkappe 13 und
die stationäre Ventilplatte 15 ausführlicher beschrieben werden. Wie am besten anhand einer Durchsicht
der oben genannten Patentschrift US-A-5 211 551 zu sehen ist, ist es beim Stand der Technik bekannt,
dass die Endkappe und die stationäre Ventilplatte wie in der vorliegenden Ausführungsform als getrennte
Bauteile ausgebildet sind, wobei beide Bauteile auch als eine "Endkappenbaugruppe" bezeichnet werden
können. Wahlweise können die Endkappe und das stationäre Ventil aus einem einzigen integralen Bauteil
bestehen. In diesem Fall verstehen sich Bezüge auf den Begriff "stationäre Ventilanordnung" oder eine
ähnliche Terminologie als Bezug auf den unmittelbar benachbart zu dem Gerotorradsatz vorgesehenen
Teil der Endkappe.
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Die Endkappe 13 beinhaltet einen Fluideinlassanschluss 55 und einen Fluidauslassanschluss 57. Die
Endkappe 13 bestimmt eine ringförmige Kammer 59, die in offener kontinuierlicher Fluidverbindung mit
dem Einlassanschluss 55 steht. Die Endkappe 13 und die stationäre Ventilplatte 15 wirken zusammen, um
eine zylindrische Kammer 61 zu bestimmen, die in kontinuierlicher offener Fluidverbindung mit dem
Auslassanschluss 57 und mit der Verteilerzone 41 steht, wenn der Stern 27 umläuft und sich dreht. Die
zylindrische Kammer 61 umgebend ist ein im allgemeinen mit 63 bezeichneter Fluiddruckbereich
vorgesehen, der eine Mehrzahl von einzelnen stationären Druckanschlüssen 65 beinhaltet, wobei jeder der
Anschlüsse mittels eines Durchlasses 67 in kontinuierlicher Fluidverbindung' mit der ringförmigen
Kammer 59 steht (siehe Fig. 1).
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Weiterhin bestimmt die stationäre Ventilplatte 15 eine Mehrzahl von stationären Ventildurchlässen 69,
die beim Stand der Technik auch als "Taktschlitze" bezeichnet werden. In der vorliegenden
Ausführungsform würde jeder der Ventildurchlässe 69 typischerweise einen radial ausgerichteten Schlitz aufweisen,
wobei jeder Schlitz in kontinuierlicher offener Fluidverbindung mit einer benachbarten Volumenkammer
29 angeordnet wäre. Vorzugsweise sind die Ventildurchlässe 69 in einem generell ringförmigen Muster
vorgesehen, das wie in Fig. 3 illustriert relativ zu dem Fluiddruckbereich 63 konzentrisch ausfällt. In der
vorliegenden Ausführungsform und nur beispielshalber öffnen sich die Ventildurchlässe 69 jeweils in
einen vergrößertes Bereich 71. Jeder der Bolzen 11 läuft durch einen der vergrößerten Bereiche 71, aber
wie aus Fig. 3 ersichtlich kann selbst dann, wenn der Bolzen 11 vorhanden ist, Fluid immer noch zu und
von den Volumenkammern 29 durch den radial inneren Teil jedes vergrößerten Bereichs 71 übertragen
werden. Wiederum hauptsächlich auf Fig. 1 Bezug nehmend fungiert die Platte 19 als eine
"Ausgleichsplatte". Systemdruck (Hochdruck) wird gemäß der auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung
übertragenen Patentschrift US-A-4 976 594 zu der vorderen Seite der Platte 19 übertragen (d.h. zu der
Seite benachbart zu dem Flanschbauteil 21). Für jede Betriebsrichtung wird der radial innen liegende Teil
der Platte 19 zu dem Sternbauteil 27 hin vorgespannt. Mit anderen Worten liegt während eines gesamten
Umlaufs des Sternbauteils 27 eine Nettokraft vor, welche die Platte 19 gegen den Stern hin vorspannt.
Allerdings können aus verschiedenen Gründen wie z. B. einem leichten Verkanten oder Kippen des Sterns
lokalisierte Flächen vorhanden sein, in denen eine leichte Trennung der Ausgleichsplatte 19 von denn
Stern 27 vorkommen kann.
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Während des Betriebs wird Hochdruckfluid zu dem Einlassanschluss 55 übertragen, fließt von dort zu der
ringförmigen Kammer 59, dann durch die einzelnen Durchlässe 67 und in die Druckanschlüsse 65. Bei
einem Umlaufen und Rotieren des Sterns 27 treten die neun Druckanschlüsse 65 in kommutierende
Fluidverbindung mit den acht radial innen liegenden Teilen 53 der durch den Stern 27 bestimmten
Fluidanschlüsse 51. Somit wird Hochdruckfluid nur zu denjenigen Fluidanschlüssen 51 übertragen, die in
Fluidverbindung mit einem der Ventildurchlässe 69 stehen, die dabei sind, eine solche Verbindung
aufzubauen oder die gerade eine derartige Verbindung vollendet haben.
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Hochdruckfluid wird nur zu denjenigen Fluidanschlüssen 51 übertragen, die sich auf der gleichen Seite
der Exzentrizitätslinie wie die sich ausdehnenden Volumenkammern befinden, so dass das
Hochdruckfluid anschließend von diesen bestimmten Fluidanschlüssen 51 durch die jeweiligen stationären
Ventildurchlässe 69 und vergrößerten Bereiche 71 in die sich ausdehnenden Volumenkammern 29 fließt.
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Aus den sich zusammenziehenden Volumenkammern 29 herausfließendes Niederdruckausstoßfluid wird
durch die jeweiligen vergrößerten Bereiche 71 und Ventildurchlässe 69 in die von dem Sternbauteil 27
bestimmten Fluidanschlüsse 47 übertragen. Dann wird dieses Niederdruckfluid durch die radialen
Fluiddurchlässe 49 in die Verteilerzone 41 übertragen. Von dort fließt das Niederdruckfluid durch die
zylindrischen Kammern 61 und anschließend in den Auslassanschluss 57. Für den Fachmann versteht sich, dass
der gerade beschriebene Gesamthauptdurchflussweg beim Stand der Technik im allgemeinen
wohlbekannt ist.
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Nun auf Fig. 4 in Zusammenhang mit Fig. 1 Bezug nehmend bestimmt das Flanschbauteil 21 neun
Bolzenbobrungen 73, wobei jede der Bohrungen axial mit einem der vergrößerten Bereiche 71 und mit
entsprechenden Öffnungen 74 (siehe Fig. 1) in dem Ringbauteil 23 und der Ausgleichsplatte 19
ausgerichtet ist. Wie am einfachsten anhand Fig. 1 ersichtlich trägt die Endkappe 13 eine O-Ringdichtung 75,
die gegenüberliegenden axialen Enden des Gerotorrings 23 tragen O-Ringdichtungen 77 und 79 und das
Flanschbauteil 21 trägt eine O-Ringdichtung 81 (die auch in Fig. 4 gezeigt ist).
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Wie im Abschnitt "Hintergrund der Erfindung" beschrieben bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
einen Gerotormotor vom "Nassbolzen"-Entwurf, wobei die Bolzen 11 radial innen liegend bezüglich der
O-Ringdichtungen 75 bis 81 liegen anstatt radial außerhalb derselben angeordnet zu sein, wie dies in den
meisten Motoren beim Stand der Technik der Fall ist.
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Nun hauptsächlich auf Fig. 4 Bezug nehmend bestimmt das Flanschbauteil 21 eine im allgemeinen mit 83
bezeichnete Dichtungskammer, die einen zylindrischen radial äußeren Umfang 85 und einen
zylindrischen radial inneren Umfang 87 bestimmt. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass bei der Konstruktion eines
Kreises tangential zu den Bolzenbohrungen 73 an der radial am weitesten innen liegenden Stelle jeder
Bohrung 73 der sich ergebende tangentiale Kreis TC (der in Fig. 4 nur teilweise dargestellt ist) einen
Durchmesser aufweisen würde, der größer als derjenige des inneren Umfangs 87, jedoch kleiner als der
des äußeren Umfangs 85 wäre. Mit anderen Worten steht die Dichtungskammer 83 in offener Verbindung
mit den Bolzenbohrungen 73, und der äußere Umfang 85 der Dichtungskammer 83 ist radial außen von
der am weitesten innen liegenden Stelle der Bohrungen 73 vorgesehen. Vor der vorliegenden Erfindung
hätte die Dichtungskammer vollständig radial innen liegend bezüglich den Bolzen 11 angeordnet werden
müssen, so dass der Schwenkpunkt der Ausgleichsplatte 19 ebenfalls weiter radial innen liegend
vorgesehen hätte werden müssen (d.h. etwa bei den Zahnspitzen des Gerotorsterns 27), so dass die
Ausgleichsplatte 19 eine etwas begrenzte Fähigkeit zum "Nachfolgen" der benachbarten Endfläche 28 des
Sternbauteils 27 aufgewiesen hätte.
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Nun hauptsächlich auf Fig. 5 Bezug nehmend ist in der Dichtungskammer 83 eine Dichtungsbaugruppe
89 angeordnet, die ein äußeres Dichtungsstützbauteil oder Widerlager 91 und ein inneres
Dichtungsbauteil 93 aufweist. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Stützbauteil 91
so aufgebaut ist, dass dessen Außenumfang 92 im wesentlichen konform zu dem Außenumfang 85 der
Dichtungskammer 83 ausfällt, jedoch mit Ausnahme der Stelle, an der sich die Bolzen 11 und
Bolzenbohrungen 73 befinden und wo das Stützbauteil 91 kreissegmentförmige Ausschnitte 94 bestimmt, die
jeweils konform mit jenem Teil der Bohrung 73 ausfallen (oder mit dem Bolzen 11, wenn die
Dichtungsbaugruppe 89 unter Druck steht), wo er in offener Verbindung mit der Dichtungskammer 83 steht. Dieser
Aspekt der Erfindung ist durch den Einschluss von einem der Bolzen 11 in der Fig. 5 an einer für ihn
geeigneten Stelle relativ zu der Dichtungsbaugruppe 89 dargestellt, und es wird davon ausgegangen, dass
die nachfolgenden Aussagen bezüglich des Dichtungsstützbauteils 91 als "im wesentlichen konform" zu
der Oberfläche 85 und zu den Befestigern 11 liegend mit Bezug auf Fig. 5 klar verständlich sind.
Vorzugsweise und für einen erleichterten Zusammenbau sollte der Außendurchmesser des Stützbauteils 91
eine "Gleitsitz"-Beziehung zu dem Außenumfang 85 der Dichtungskammer 83 aufweisen. Allerdings ist
die Beziehung zwischen dem Innenumfang des Dichtungsbauteils 93 und dem Innenumfang 87 der
Dichtungskammer 83 nicht besonders bedeutsam.
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Für den Fachmann versteht sich, dass die primäre Funktion des Stützbauteils 91 in der Ermöglichung
besteht, dass der Außenumfang 85 der Dichtungskammer 83 so groß wie möglich ausfallen kann,
während gleichzeitig eine Extrusion des Dichtungsbauteils 93 in die Bolzenbohrungen 73 immer dann
vermieden wird, wenn die Dichtung 93 unter Druck steht. Eine derartige Extrusion der Dichtung in den
Spielraum zwischen den Bohrungen 73 und die Bolzen 11 würde das Dichtungsbauteil 93 rasch zerstören.
Dementsprechend ist das Stützbauteil 91 vorzugsweise aus einem ziemlich steifen Material wie z. B.
einem mit Glas gefüllten Nylon oder einem anderen geeigneten Material mit ähnlichen Eigenschaften
gefertigt. Das Dichtungsbauteil 93 kann eine Standardelastomerdichtung wie z. B. ein BunaN-Gummi mit
einem Härtemessgrad von annähernd 90 auf der Shore A-Skala sein. In der vorliegenden
Ausführungsform sind das Stützbauteil 91 und das Dichtungsbauteil 93 nicht als eine integrale Baugruppe ausgebildet,
obgleich eine derartige Anordnung in einigen Anwendungen erwünscht sein kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform und nur beispielshalber weist die Dichtungskammer 83 eine
"Tiefe" (axiale Abmessung) im Bereich von 3,175 bis 3,302 mm (0,125 inch bis 0,130 inch) auf. Immer
noch nur beispielshalber ist das Dichtungsstützbauteil 91 so bemessen, dass es beim Zusammenbau einer
minimalen Pressung von 0,025 mm (0,001 inch) ausgesetzt wird, während das Dichtungsbauteil 93 derart
bemessen ist, dass es beim Zusammenbau einer minimalen Pressung von 0,178 mm (0,007 inch)
unterzogen wird. Beide Werte an Pressung sind konventionell und beim Stand der Technik für die
beschriebenen Komponenten und Materialien wohlbekannt.
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Nun hauptsächlich auf Fig. 6 Bezug nehmend ist ersichtlich, dass das Sternbauteil 27 einen axialen
Durchlass 95 bestimmt, an dessen vorderem Ende eine Rückschlagkugel 97 sitzt, die den Durchlass von
unter Druck stehendem Fluid von einem der Sternanschlüsse 51 zu einer Druckausgleichsausnehmung 99
ermöglicht, die gemäß der oben angegebenen Patentschrift US-A-4 976 594 in der vorderen Endfläche 28
des Sterns 27 ausgebildet ist. Die Ausgleichsplatte 19 bestimmt einen Durchlass 101, der unter Druck
stehendes Fluid von der Ausnehmung 99 zu einem zwischen der Ausgleichsplatte 19 und der
benachbarten Oberfläche des Flanschbauteils 21 vorgesehenen Raum 102 überträgt. In der vorliegenden
Ausführungsform und nur beispielshalber liegen vier der Durchlässe 101 vor und die axiale Abmessung des
Raums 102 beträgt etwa 0,229 mm (0,009 inch). Der Raum 102 ist radial an der Außenseite durch die
Dichtungsbaugruppe 89 und radial an der Innenseite durch eine O-Ringdichtungsbaugruppe 103 begrenzt,
die typischerweise ein Widerlager oder Stützbauteil und ein Dichtungsbauteil aufweisen würde, die
vorzugsweise aus den gleichen Materialien wie das Stützbauteil 91 bzw. die Dichtung 93 gefertigt wären,
jedoch eine konventionelle ringförmige Konfiguration aufweisen würden. Infolgedessen liegt eine
hydraulische Nettokraft vor, die auf die Ausgleichsplatte 19 wirkt und dazu tendiert, die Ausgleichsplatte
in der Fig. 1 nach links zu der benachbarten Endfläche 28 des Sterns 27 hin vorzuspannen.
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Wie zuvor erwähnt befände sich der Schwenkpunkt der Ausgleichsplatte ohne die vorliegende Erfindung
annähernd an den äußeren Zahnspitzen des Sternbauteils 27, d.h. annähernd an dem Radius des
Innenumfangs 87. Für den Fachmann versteht sich, dass der "Schwenkpunkt" der Ausgleichsplatte ein Punkt
(oder genauer ein Kreis) ist, der den radial äußeren Teil der Platte, der auf eine genau senkrechte Lage zu
der Achse begrenzt ist, von dem radial inneren Teil der Platte abtrennt, der ausweichen und der benachbarten
Endfläche 28 des Sterns 27 "folgen" kann.
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Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Dichtungsbaugruppe 89 radial
nach außen verlagert wird, wodurch derjenige Teil der Ausgleichsplatte 19· wesentlich vergrößert wird,
der axial bewegbar ist. Nur beispielshalber führt die Dichtungsbaugruppe 89 der vorliegenden Erfindung
dazu, dass die Ausgleichsplatte 19 einen Schwenkpunkt PP aufweist, der radial annähernd mit dem
Außenumfang 85 der Dichtungskammer 83 übereinstimmt (siehe Fig. 1 und 6).
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Infolge der vorliegenden Erfindung und dem gesteigerten Vermögen der Ausgleichsplatte 19, der
Endfläche 28 des Sterns 27 zu folgen und sich konform an sie anzupassen, kann die axiale Höhe des Sterns 27
nahezu gleich wie die axiale Höhe des Rings 23 ausfallen (d.h. ein sehr kleines Seitenspiel), wodurch die
volumetrische Effizienz des Motors erhöht wird. Gleichzeitig ermöglicht es die vorliegende Erfindung der
Ausgleichsplatte 19, einen guten dichtenden Eingriff mit der Endfläche 28 des Sterns 27 selbst im Falle
eines thermischen Schocks aufrechtzuerhalten, der bewirkt, dass die Höhe des Sterns temporär die Höhe
des Rings überschreitet. Mit anderen Worten ermöglicht die vorliegende Erfindung durch ein Verlagern
des Schwenkpunkts PP der Ausgleichsplatte 19 radial weiter nach außen, dass die Ausgleichsplatte
schwenken oder sich in jeder Richtung bewegen kann, um sich daran anzupassen, dass der Stern entweder
kürzer oder länger als der Ring ist. Somit kann der Toleranzbereich für das Seitenspiel wesentlich erhöht
werden, wodurch das Ausmaß an Präzisionsherstellung und -endbearbeitung des Rings und des Sterns
verringert wird, und die gesamten Herstellungskosten für den Gerotor weit geringer als in der
Vergangenheit ausfallen.
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Nun hauptsächlich auf Fig. 7 Bezug nehmend ist ein Vergleich zwischen dem Motor der Erfindung und
einem Motor des Stands der Technik angegeben. Beide Datensätze in Fig. 7 wurden mit dem gleichen
Motormodell oder -entwurf erzeugt und mit den gleichen Betriebsbedingungen betrieben, jedoch mit der
Ausnahme, dass die mit "Erfindung" bezeichnete Kurve von einem Motor einschließlich der
Dichtungsbaugruppe 89 erzeugt wurde. In dem Motor gemäß dem "Stand der Technik" lag lediglich eine
konventionelle O-Ringdichtung vor, die benachbart zu der Ausgleichsplatte 19 und an im allgemeinen der
gleichen Stelle wie die Dichtungsbaugruppe 89 angeordnet war. Zusätzlich wies der Motor der
"Erfindung" ein verringertes Seitenspiel auf, aber aufgrund der vorliegenden Erfindung konnte der Motor
immer noch den thermischen Schocktest bestehen.
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Der zur Erzeugung der in der Fig. 7 dargestellten Daten verwendete Motor war ein Motor, der
mittlerweile von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung kommerziell als ein VIS 45-Motor verkauft wird
und einen 572 cm³ (34,9 inch³)-Verdrängungsgerotorradsatz aufwies, wobei die Öltemperatur an dem
Motoreinlass auf 60ºC (140ºF) gehalten wurde. Bei der Testdurchführung für den Motor der Erfindung
wie für den Motor gemäß dem Stand der Technik wurde der Durchfluss an Fluid zu dem Motor über den
Test hinweg bei 11,36 dm³/min (10 gpm) gehalten; geeignete Auslesungen wurden entnommen und es
wurden die volumetrischen Eftizienzen bei den folgenden Druckdifferentialen berechnet: 17,2; 68,9;
137,9; 206,8; 275,8 und 344,7 bar (250, 1000, 2000, 3000, 4000 und 5000 psi). Wie deutlich in Fig. 7
dargestellt wies der Motor gemäß dem Stand der Technik bei niedrigeren Druckdifferentialen eine
volumetrische Effizienz auf, die nahezu so gut wie diejenige des Motors der Erfindung war. Allerdings
war der Motor der Erfindung bei 206,8 bar (3000 psi) um etwa 3% besser als der Motor gemäß dem
Stand der Technik; bei 275,8 bar (4000 psi) betrug die Verbesserung etwas mehr als 10%, und bei
344,7 bar (5000 psi) war der Motor der Erfindung schließlich um 19% besser als der Motor gemäß dem
Stand der Technik.
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Somit ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines. Gerotormotors ermöglicht,
der bei erhöhten Drücken betrieben werden kann und volumetrische Effizienzen aufrechterhält, die
ziemlich gut sind und wesentlich besser ausfallen, als dies ohne die Erfindung möglich wäre. Zur gleichen
Zeit ermöglicht die Erfindung die Verwendung eines billigeren Gerotorradsatzes mit einer größeren
Toleranz für das Seitenspiel.
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In der obigen Beschreibung ist die Erfindung ausführlich erläutert worden und es wird davon
ausgegangen, dass sich für den Fachmann anhand der Beschreibung verschiedene Änderungen und
Modifizierungen der Erfindung ergeben. Es ist beabsichtigt, dass sämtliche derartigen Änderungen und
Modifizierungen in der Erfindung eingeschlossen sind, solange sie in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.