Die Erfindung geht aus von einer Pumpe oder einem Motor für flüssige oder gasförmige Medien nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Maschine dieser Art (DE OS 42 41 320) wird über die Welle das Arbeitsteil angetrieben, wobei entsprechend einer Maschine mit Stirnverzahnung die Arbeitsräume zwischen den Arbeitsflächen zur Förderung des Mediums verkleinert, bzw. vergrößert werden. Umgekehrt kann eine solche Maschine auch als Motor dienen, indem in die Arbeitsräume unter Druck Medium gefördert wird, das dabei durch Vergrößerung der Arbeitsräume einen Antrieb der Welle erzeugt. In jedem Fall werden zwei Arbeitsteile im Maschinengehäuse rotierend bewegt mit entsprechend hohen Anforderungen an die Drehlagerung sowie auch Axiallagerung und mit einer erheblichen Leistungsbegrenzung in Bezug auf den Arbeitsdruck.

Bei einer anderen bekannten Maschine dieser Art (US PS 3,236,186) sind die beiden stirnseitig mit ihren Zähnen ineinander greifenden Teile in einem Gehäuse mit kugeligem Innenraum angeordnet, wobei im Zentrum eine kugelige Ausgestaltung an den Teilen die beim Rotierende entstehende Taumelbewegung der Teile zueinander ermöglicht. Auch hier besteht eine entsprechend hohe Anforderung an die Drehlagerung der Teile sowie deren Axiallagerung, so dass vor allem der Höhe des Arbeitsdrucks enge Grenzen gesetzt sind. Außerdem ist der Aufwand für die Herstellung derartiger konvex, bzw. konkav ausgebildeter Flankenflächen an den Zähnen der Stirnverzahnung außerordentlich aufwendig.

In der US 3 895 610 ist eine andere bekannte Maschine dieser Art beschrieben.

Bei diesen bekannten Pumpen oder Motoren zweigen konstruktionsbedingt die Zu- und Abfluss zu den Arbeitsräumen bildenden Kanäle radial zu den Arbeitsteilen ab, so dass hierdurch ebenfalls eine dem Leistungsdruck entsprechende Radialbelastung der Arbeitsteile vorhanden ist. Abgesehen davon bewirkt die Strömung des Mediums über die radialen Kanten der die Mündungen der Kanäle steuernden Kanten an den Arbeitsteilen eine entsprechende Abnutzung, die mit entsprechender Zunahme des Leistungsverlusts mit deren Betriebsdauer der Maschine ebenfalls zunimmt. Durch diese Abnutzung auch auf der Kugelfläche der Zähne findet in diesem äußeren Kugelbereich derselben eine Undichtheit von einem Arbeitsraum zum nächsten statt, wobei die ansonsten vorteilhafte geringe Überlappung der radialen Stirnseite der Zähne zu der gegenüberliegenden Kugelwand sich besonders nachteilig auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Pumpe bzw. einen Motor für flüssige oder gasförmige Medien, nämlich eine diesbezügliche Maschine zu entwickeln, mit der auch wesentlich höhere Arbeitsdrücke der Medien ohne Nachteil verkraftbar sind und die ohne einen erheblichen Fertigungsaufwand herstellbar ist.

Die erimdungsgemäße Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche 1 und 2 hat den Vorteil, dass bei einfachem Aufbau und entsprechend geringen Kosten eine Maschine für hohe Arbeitsdrücke geschaffen wird, bei der vorteilhafterweise die bei den bekannten Maschinen sich durch Radialbelastung nachteilig auswirkenden Drücke nunmehr überwiegend in die leichter beherrschbare Axialrichtung umgeleitet werden. Durch das ortsfeste Anordnen der anderen dem Arbeitsteil gegenüberliegenden die Arbeitsräume begrenzenden Arbeitsfläche fallen auch Lagerkräfte eines zweiten Arbeitsteils weg, so dass lediglich das Arbeitsteil zur Welle hin auf der schiefen Gleitebene eine Lagerfläche aufweist und überwiegend nur die Welle eine Axiallagerung und nur in geringem Umfang auch eine Radiallagerung aufweisen muss. Dem Rotieren der Welle entspricht dabei das Taumeln des Arbeitsteils. Infolge dieses Taumelns werden die Arbeitsräume beim Rotieren der Welle nacheinander verkleinert, bzw. vergrößert, wodurch die entsprechende Leistung der Maschine entsteht. Bei den bekannten insbesondere Drehkolbenmaschinen wie der Wankelmaschine oder auch einer Exzenterschneckenpumpe wird meist in einer Schnittebene gedacht, was zu Schwierigkeiten in der Vorstellung der erfinderischen Gestaltung führt. Entscheidend für die Erfindung ist, dass die ortsfeste Arbeitsfläche und die Arbeitsfläche des taumelnden Arbeitsteils einen guten Formschluss auch zu den Kugelflächen aufweisen, wobei eine Flächenstetigkeit besteht mit während der Arbeit bleibender Dichtigkeit, also unabhängig von der Axiallage des Arbeitsteils.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mittelachse der ortsfesten Arbeitsfläche gleich der Drehachse der Welle. Hierdurch ist ein Optimum des Taumelantriebs erreichbar.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung geht die das taumelnde Arbeitsteil aufnehmende teilkugelige Innenwand in eine zylindrische Öffnung des Gehäuses über, deren Durchmesser dem Durchmesser des Arbeitsteils entspricht. Insbesondere wenn die Mittelachse der ortsfesten Arbeitsfläche achsgleich zur Welle angeordnet ist, ergibt sich einerseits eine günstige Auflagerung des Arbeitsteils auf der statischen Arbeitsfläche, aber auch eine die Arbeitsräume trennende große teilkugelige Überlappungsfläche zwischen Arbeitsteil und Gehäuse.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Arbeitsteil und gegenüberliegender, nicht mitrotierender Arbeitsfläche zentral eine gemeinsame teilkugelig ausgebildete Auflagefläche vorhanden, die ebenfalls zur radialen Begrenzung der Pumpenarbeitsräume dient. Auch hierdurch ist eine die Arbeitsräume trennende große Überlappung zwischen den kugeligen Auflageflächen gegeben mit entsprechenden Vorteilen für den Wirkungsgrad der Maschine.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zähne der einander gegenüberliegend angeordneten Stirnverzahnung als Zykloidenverzahnung ausgebildet mit Leistungsteil und Absperrteil mit einer zykloidischen Abwicklung der Lauffläche. An sich ist eine solche Ausgestaltung bekannt (DE 42 41 320), allerdings in einer Ausgestaltung, bei der die einander gegenüberliegenden Arbeitsflächen jeweils mitrotieren. Die Vorteile der zykloidischen Abwicklung bleiben jedoch erhalten, wenn nur, wie bei der Erfindung, eine Arbeitsfläche rotiert. Die Vorteile der zykloidischen Abwicklung als solche sind dem Stand der Technik entnehmbar.

Nach einer zusätzlichen in Anspruch 11 auch für sich geltend gemachten Ausgestaltung der Erfindung zweigen Zu- und/oder Abflüsse aus den Arbeitsräumen als statische Kanäle von der ortsfesten Arbeitsfläche achssymmetrisch und vom Arbeitsteil ungesteuert ab. Hierdurch wird eine scharfe Steuerkante zwischen dem taumelnden Arbeitsteil und einer kugeligen Wand vermieden mit entsprechender Qualitätsverschlechterung bei an sich unvermeidbarer Abnutzung der Steuerkanten. Allerdings ist für manche Funktionssysteme eine zusätzliche Ventilsteuerung gewünscht, weshalb nach einer diesbezüglichen zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung in den statischen Kanälen steuerbare Ventile angeordnet sein können.

Nach einer zusätzlichen diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen als Ventile Plattenventile mit einem einen äußeren und einen inneren Ring aufweisenden Halteteil und mit zwischen den Ringen angeordneten, an einem der Ringe befestigten federnden Ventilplatten. Derartige Plattenventile sind äußerst günstig herstellbar und arbeiten in Art eines Rückschlagventils.

Nach einer zusätzlichen diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung sind an der Auflagerstelle zwischen der schiefen Ebene des Arbeitsteils und der Welle im Bereich der Mediumsdurchleitung zum Verbindungskanal hin Materialverjüngungen vorhanden, um damit die sich bei der Bildung der schiefen Ebene ohne Massenausgleich ergebende einseitige Massenanhäufung durch Materialverjüngungen auszugleichen. Hierdurch wird vermieden, dass durch einseitige Massenanhäufungen im Bereich der schiefen Ebene an der Welle einseitige Radialkräfte entstehen.

Zusätzliche Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel mit Variante ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie A-A aus Fig. 2 einer Pumpe oder einem Motor für flüssig oder gasförmige Medien,

Fig. 2

eine Ansicht der Maschine aus Fig. 1 gemäß dem Pfeil B,

Fig. 3

eine perspektivische Ansicht der Maschine,

Fig. 4

einen Längsschnitt der Maschine entsprechend Fig. 1 mit einer ersten Variante des Arbeitsteils,

Fig. 5

einen Längsschnitt durch ein Arbeitsteil entsprechend dem Schnitt C-C in Fig. 6,

Fig. 6

eine Ansicht entsprechend dem Pfeil D in Fig. 5,

Fig. 7

eine Draufsicht auf die der Ansicht D gegenüberliegenden Steuerfläche der Welle,

Fig. 8

einen Längsschnitt durch das Pumpengehäuse entsprechend der Linie E-E in Fig. 9,

Fig. 9

eine Ansicht des Pumpengehäuses aus Fig. 8 entsprechend dem Pfeil F,

Fig. 10

eine Draufsicht auf eine Ventilplatte,

Fig. 11

die Ventilplatte aus Fig. 10 in perspektivischer Ansicht,

Fig. 12

eine zweite Variante des Ausführungsbeispiels und

Fig. 13

die Welle aus dieser Variante in perspektivischer Ansicht.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt dargestellt, wie es dann auch in Fig. 3 in perspektivischer Ansicht gezeigt ist. Hierbei handelt es sich um eine Maschine, die je nach Einsatz als Pumpe oder Motor für flüssige oder gasförmige Medien einsetzbar ist, wobei, wie besonders Fig. 3 entnehmbar, der Querschnitt des Einbaugehäuses 1 zylindrisch ist, um die Maschine in entsprechende Bohrungen einsetzen zu können. Zur nicht dargestellten Bohrungswand hin bilden Rundschnurringe 2 die erforderliche Abdichtung des Einbaugehäuses 1, zu dem die Maschine aufnehmenden Teil, wie beispielsweise einer Rohrleitung aber auch einer Bohrung in einer diese Maschine aufnehmenden Vorrichtung. In diesem Einbaugehäuse 1 ist über ein Radiallager 3 eine Welle 4 drehbar gelagert, wobei über eine Blattfederung 5 und einen Sicherungsring 6 die Welle in axialer Richtung leicht belastet und entsprechend verschiebbar ist. Zur Dichtung dient ein Rundschnurring 7 zwischen Welle 4 und einem Gehäuseeinsatz 8, der sich über ein Axiallager 9 am Einbaugehäuse 1 abstützt und an dem die Blattfederung 5 angreift. Während des Rotierens der Welle 4 wird auch aus Reibungsgründen der Gehäuseeinsatz 8 mit Blattfederung 5 und Rundschnurring 7 mitgenommen, wobei der Gehäuseeinsatz 8 auf seiner dem Axiallager 9 abgewandten Stirnseite ein Labyrinth als Dichtung aufweist, welches teilweise in entsprechende Ausnehmungen des Einbaugehäuses greift.

Im Einbaugehäuse 1 ist achsgleich mit der Welle 4 ein nicht mitrotierendes Arbeitsraumgehäuse 10 zentral angeordnet und über einen Rundschnurring 11 zum Einbaugehäuse 1 hin abgedichtet. Dieses Arbeitsraumgehäuse 10 nimmt einen Arbeitsraum 12 auf, der andererseits durch ein rotierendes Arbeitsteil 13 begrenzt wird. Die Welle 4 weist auf der dem Arbeitsteil 13 zugewandten Seite eine schiefe Gleitebene 14 auf, so dass ein Rotieren der Welle 4 zu einem Taumeln des Arbeitsteils 13 führt. Die der Gleitebene 14 abgewandte Stirnseite des Arbeitsteils 13 ist verzahnt in Art einer Zykloidenverzahnung, die entsprechend in eine am Arbeitsgehäuse 10 vorhandene statische Verzahnung in der gegenüberliegenden Wandfläche des Arbeitsraums 12 greift. Beim Rotieren des Arbeitsteils 13 innerhalb dieses ortsfest angeordneten Arbeitsraumgehäuses 10 vergrößern, bzw. verkleinern sich die Arbeitsräume 12, was zu der gewünschten Pump-, bzw. Motorwirkung führt. Hierbei berühren sich zur jeweiligen Pumpenraumbegrenzung die einander zugeordneten Zähne vom Arbeitsteil 13 und dem Arbeitsraumgehäuse 10 linienförmig.

Um eine Führung bei der Taumelbewegung zu erzielen ist das Arbeitsteil 13 in kugeligen Begrenzungen des es aufnehmenden Arbeitsraumgehäuses 10 geführt, nämlich in einem Teilkugelflächenabschnitt 15, der auch radial die äußere Begrenzung der Arbeitsräume 12 bildet und einem zentralen kleineren Teilkugelflächenabschnitt 16, der die Arbeitsräume 12 radial nach innen begrenzt. Beide Teilkugelflächenabschnitte 15 und 16 haben den gleichen Mittelpunkt M. Das Arbeitsteil 13 weist auf seiner der Fläche 16 zugewandten Seite ebenfalls eine entsprechende Teilkugelrundung 17 auf, sowie eine dem Teilkugelflächenabschnitt größeren Durchmessers 15 entsprechende Teilkugelrundung 18. Aufgrund dieser kugeligen Überlappung besteht nicht nur eine sehr günstige Verteilung der Axialkräfte von der Welle 4 auf das Arbeitsraumgehäuse 10, sondern es besteht auch eine äußerst günstige Trennung von Arbeitsraum zu Arbeitsraum bzw. von Arbeitsraum zu sonstigen Maschinenkanälen und dies insbesondere während des Betriebs, d. h. des Taumelns des Arbeitsteils 13.

Das Arbeitsraumgehäuse 10 ist über einen Schraubring 19 im Einbaugehäuse 1 befestigt, wobei zwischen Schraubring 19 und Arbeitsraumgehäuse 10 eine Ventilplatte 20 eingespannt ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ansicht B ist gezeigt, wie in dieser Ventilplatte 20 Anschlusskanäle 21 für das Arbeitsmedium zentralsymmetrisch um eine Achse X der Maschine angeordnet sind, die zu den Arbeitsräumen 12 führen. Die Achse X ist gleichzeitig die Drehachse der Welle 4 und geht entsprechend durch den Mittelpunkt M der Kugelflächen.

Zu den Arbeitsräumen 12 besteht eine Verbindung über Steuerkanäle 22 zu einem die Welle umgebenden Ringraum 23 für das Arbeitsmedium, wobei der Ringraum 23 je nach Einsatz als Zu- oder Abflusskanal dient. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht dieser Ringraum 23 über Radialkanäle 24 mit einem äußeren Ringraum 25 in Verbindung, wie besonders Fig. 3 entnehmbar ist. Beim Einbau der Maschine wird ein solcher Ringraum 25 dann in Überdeckung mit mindestens einem Kanal für das Medium gebracht.

Die in Fig. 4 dargestellte erste Variante des Ausführungsbeispiels weist lediglich einen Zapfen 26 am Arbeitsteil auf, der in eine Bohrung 27 der Welle gesteckt ist, wobei dieser Zapfen achsgleich zur Achse des Arbeitsteils verläuft. Im übrigen ist die Maschine genauso aufgebaut wie die in den Fig. 1 bis 3 Dargestellte.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen die Steuerung im Bereich der schiefen Gleitebene 14 nach dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1, wobei das Arbeitsteil 13 von den Arbeitsräumen 12 her Kanäle 28 aufweist, die in die Gleitebene 14 münden. Diese Kanäle 28 wirken mit den Steuerkanälen 22 auf der in Fig. 7 gezeigten Stirnseite der Welle 4 zur schiefen Gleitebene 14 hin zusammen. Die Welle 4 weist auf der der schiefen Gleitebene 14 zugewandten Seite einen größeren Durchmesser auf als auf ihrem gelagerten Abschnitt, so dass die Steuerkanäle 22 in der dadurch gebildeten Stufe angeordnet werden können und entsprechend zur Steuerung der Kanäle 28 in der schiefen Gleitebene 14 diesen gegenüber liegen. Wie in Fig. 6 gezeigt sind die Durchmesser R1 und R2 auf den die Kanäle 28 aufnehmenden Begrenzungskreisen nahezu die gleichen Durchmesser wie die der Kugelflächenabschnitte 15 und 16.

In den Fig. 8 bis 11 ist die Leitung des Mediums von oder zu den Arbeitsräumen 12 im Arbeitsraumgehäuse 10 gezeigt. Die Anschlusskanäle 21, die zu den Arbeitsräumen 12 hin- bzw. wegführen, sind durch die Ventilplatte 20 abgedeckt, auf der wiederum ein Ventilring 29 mit Federplatten 30 angeordnet ist, die die Anschlusskanäle 21 in Art eines Rückschlagventils steuern.

Bei der in den Fig. 12 und 13 gezeigten zweiten Variante sind, soweit sie sich entsprechen, die Bezugszahlen aus den Fig. 1 bis 11 übernommen und werden wie folgt ergänzt. In dieser Variante wird vor allem angestrebt irgendwelche an der Welle 4 angreifende Radialkräfte zu unterbinden. Aus diesem Grund wird die Leitung des Fördermediums statt radial abzuführen zentral durch die Welle geleitet und zwar durch einen dort vorgesehenen Verbindungskanal 31. Hierfür ist achsgleich mit der Achse X eine entsprechende Bohrung in der Welle 4 vorgesehen, die kopfseitig mit den Arbeitsräumen 12 und zwar über die schiefe Gleitebene 14 verbunden ist und die andererseits vorteilhafterweise die nunmehr als Spiralfeder ausgebildete Feder 5 aufnehmen kann, die zudem in einfacher Art im Vordruck verstellbar ist.

Wie der Fig. 13 entnehmbar ist, wäre in Folge der schiefen Gleitebene 14 die Massenanhäufung am Kopf der Welle 4 und insbesondere im Steuerbereich einseitig, so dass auch einseitige Radialkräfte entstehen würden. Erfindungsgemäß ist deshalb im Steuerbereich des Kopfes eine Ausnehmung 32 vorgesehen, so dass dadurch wieder ein Massenausgleich und damit einseitige Radialkräfte vermieden werden. Aufgrund eines verbleibenden Radialabschnittes 33 der schiefen Gleitebene wird vermieden, dass das über im Boden des Arbeitsteils 13 und dort vorgesehene Öffnungen 22 strömende Medium in ungewünschte Bereiche gelangt, vor allem zwischen den Kopf der Welle 4 und das Arbeitsraumgehäuse 10. Natürlich kann zur Verbindung der im Boden des Arbeitsteils 13 angeordneten Kanälen 28 (Fig. 5) zu der schiefen Gleitebene hin entweder im Arbeitsteil 13 oder in der ihm zugewandten schiefen Gleitebene 14 der Welle 4 eine radial außen vorhandene und eine Ausnehmung für das strömende Medium bewirkende Vertiefung vorgesehen sein. 1 Einbaugehäuse 31 Verbindungskanal 2 Rundschnurring 32 Ausnehmung 3 Radiallager 33 Radialabschnitt 4 Welle 5 Blattfederung 6 Sicherungsring 7 Rundschnurring 8 Gehäuseeinsatz 9 Axiallager 10 Arbeitsraumgehäuse 11 Rundschnurring 12 Arbeitsraum 13 Arbeitsteil 14 schiefe Gleitebene 15 Teilkugelflächenabschnitt 16 Teilkugelflächenabschnitt 17 Teilkugelrundung 18 Teilkugelrundung 19 Schraubring 20 Ventilplatte 21 Anschlusskanäle 22 Steuerkanäle 23 Ringraum 24 Radialkanäle 25 äußerer Ringraum 26 Zapfen 27 Bohrung 28 Kanäle 29 Ventilring 30 Federplatte