DE69518536T2

DE69518536T2 - Hydraulische maschine mit zahnradmontierter schiefscheibe

Info

Publication number: DE69518536T2
Application number: DE69518536T
Authority: DE
Inventors: Keith E. Gleasman; Vernon E. Gleasman
Original assignee: Torvec Inc
Current assignee: Torvec Inc
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: DE69518536D1; CN1070258C; JP2807349B2; EP0787243A4; EP0787243B1; US5513553A; ES2150579T3; EP0787243A1; AU681534B2; CA2194963A1; KR100219293B1; CN1163650A; JPH09507890A; WO1996002735A1; BR9508276A; MX9700288A; CA2194963C; AU3007595A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Pumpen/Motormaschinen, wie sie in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Werkzeugmaschinen- und Fertigungsindustrie verwendet werden, sowie Strukturen zur Montage von Schrägplatten in solchen Maschinen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Veröffentlichung US-936.842 der Anmelder (eingereicht am 27. August 1992 mit dem Titel "Variable Hydraulic Machine", veröffentlicht z. B. als WO 94/05924) enthält eine ausführliche Erörterung des Hintergrunds der Erfindung, der allgemein bekannte hydraulische Pumpen und Motoren betrifft, und offenbart verschiedene Ausführungsformen hydraulischer Maschinen mit fixer und variabler Verdrängung, welche die hierin geoffenbarte Erfindung umfassen (nachstehend als "die frühere Pumpen/Motor-Erfindung der Anmelder" bezeichnet). Die Offenbarung der obigen Anmeldung Nr. 936.842 ist für die vorliegende Erfindung von Relevanz und ist daher zur Gänze hierin aufgenommen.
Ein großer Prozentsatz im Handel erhältlicher Pumpen/Motoren verwenden Rotationszylinderblöcke mit sich hin- und herbewegenden Kolben, die über einer im Winkel positionierten Schrägplatte gleiten. Es ist schon seit langer Zeit bekannt, dass es üblicherweise effizienter ist, fix angebrachte Zylinder und Kolben zu verwenden, um die Drehung einer geteilten Schrägplatte hervorzurufen. Die meisten bekannten Auslegungen zur Montage solcher geteilter Schrägplatten erwiesen sich allerdings in der Herstellung und Wartung als so komplex und kostspielig, dass sich geteilte Schrägplattenkonstruktionen kommerziell nicht allgemein durchgesetzt haben, wenn sowohl relativ hohe Drücke als auch relativ hohe Geschwindigkeiten erforderlich sind (z. B. für Automobilantriebe).
Die in obiger Veröffentlichtung Nr. 936.842 geoffenbarte frühere Pumpen/Motor- Erfindung der Anmelder besitzt Zylinder, die entlang des Umfangs um die Mittelachse eines zylindrischen Gehäuses ausgebildet sind, das sich nicht dreht; Verbindungsstangen übertragen Hin- und Herbewegung zwischen den axialen Kolben und einer taumelnden Schrägplatte. Die Schrägplatte ist in einen "Taumel"abschnitt, der schwankt, sich aber nicht dreht, und einen "Rotor"abschnitt, der sowohl schwankt als auch sich dreht, geteilt, wobei der Rotorabschnitt mit einem Antriebselement verbunden ist, das mit der Mittelachse der Pumpe ausgerichtet und in einem an einem Ende des Gehäuses positionierten Hauptlager abgestützt ist. Bei Ausführungsformen mit fixer Verdrängung ist der Rotorabschnitt der geteilten Schrägplatte am Antriebselement mit fix eingestellter Neigung befestigt; bei Verstell-Ausführungsformen hingegen wird die Neigung der Schrägplatte durch die Bewegung ihres Drehgelenks variiert, das an einer gleitbaren, durch einen Servomechanismus positionierten Welle befestigt ist.
Die frühere Pumpen/Motor-Erfindung der Anmelder ist eine einzigartige Kombination bekannter mechanischer Elemente, die in einer neuartigen Weise ausgelegt und montiert sind, um eine hydraulische Maschine bereitzustellen, die bei verbesserten Höchstgeschwindigkeiten und Drücken betrieben werden kann, während sie gleichzeitig eine deutlich reduzierte Größe und ein viel kleineres Gewicht aufweist. Die frühere Erfindung der Anmelder, die in verschiedenen Ausführungsformen geoffenbart ist, umfasst eine außerordentlich kompakte Pumpeneinheit mit sich hin- und herbewegendem Kolben, die eine viel höhere Leistung entwickeln kann als bekannte Pumpen mit ähnlichen Dimensionen.
Während auf dem Gebiet der Erfindung unzählige Konstruktionen mit fix montierten Zylindern und geteilten Schrägplatten geoffenbart wurden, kennen die Anmelder keine derzeit im Handel erhältlichen hydraulischen Pumpen oder Motoren, die solche Auslegungen des Stands der Technik für Automobile oder industrielle Zwecke einsetzen. Offenkundig sind diese Konstruktionen des Stands der Technik entweder nicht in der Lage, in einem breiten Bereich an Drücken und Geschwindigkeiten, die zum Betrieb eines Automobils oder für industrielle Zwecke erforderlich sind, zufrieden stellende Leistungen zu zeigen, oder sie sind zu komplex und kostspielig, um vernünftigerweise kommerziell eingesetzt zu werden.
Dieser mangelnde Erfolg scheint teilweise auf die Schwierigkeit zurückzuführen sein, eine akzeptable Struktur zur Stützung der geteilten Schrägplatte bereitzustellen, die dafür sorgt, dass ihr Taumelabschnitt ungehindert und ohne Rotation seine komplexe Schwankbewegung ausführen kann. Die vorliegende Erfindung betrifft vor allem dieses Problem. Die Publikation Nr. 153.568 der Anmelder (eingereicht am 16. November 1993 unter dem Titel "Swash-Plate Mountings for Hydraulic Machines") offenbart zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Schrägplatten-Montagestrukturen, die sich dieses Problems annehmen. Die letztere Anmeldung inachstehend als "die frühere Schrägplattenstruktur-Erfindung der Anmelder" bezeichnet) enthält auch eine relevante Erörterung des Hintergrunds der Erfindung, die das vorliegende Schrägplattenstruktur- Problem betrifft, sowie eine Kegelrad-Montageanordnung für Schrägplatten mit konstantem Winkel, weshalb sie hierin zur Gänze durch Verweis aufgenommen ist.
Vor mehr als 50 Jahren wurden Probleme betreffend das Vorsehen einer zufrieden stellenden Abstützung für den Taumelabschnitt (d. h. den schwankenden, jedoch nicht rotierenden Abschnitt) einer geteilten Schrägplatte ausführlich in US-Patent 2.258.127 (J. O. Almen, 1941) besprochen. Die Schlüsselprobleme betreffen das Abstützen eines Taumelelements ohne Beeinträchtigung seiner komplexen Bewegung, bei der während seines Schwankens ohne Drehung jeder Punkt auf seiner Oberfläche dem Muster einer Lemniskate (dem Achtermuster auf der Oberfläche einer Kugel) folgt.
Das an Almen erteilte Patent offenbart eine Stützstruktur für eine Schrägplatte mit konstantem Winkel, die als "Universalgelenk mit einheitlicher Geschwindigkeit" beschrieben ist, das auf rollenden Kugeln montiert ist. Vor etwa zehn Jahren wurde diese gleiche Rollkugelstruktur an eine hydraulische Maschine mit variabler Verdrängung angepasst (US-Patent 4.433.596; J. Scalzo). Die in diesen beiden Patenten geoffenbarten Strukturen sind relativ komplex und erfordern zahlreiche kleine Teile; der Maximalwinkel, in dem ihre Schrägplatten geneigt werden können, ist relativ beschränkt (z. B. weniger als 15º). Im Gegensatz dazu können bei der früheren Pumpen/Motor-Erfindung und den früheren speziellen Montageanordnungen der Anmelder Schrägplattenneigungen in Winkeln von bis zu 25-30º unter den für industrielle Zwecke erforderlichen hohen Drücken aufrechterhalten werden.
Der Vollständigkeit halber sei auch auf bekannte Getriebestrukturen für Schrägplatten auf dem nicht analogen Gebiet der Kühlgaskompressoren verwiesen. Der Ausdruck "nicht analoges Gebiet" wird hier verwendet, da Automobil- und industrielle Hydraulikmaschinen bei hohen Geschwindigkeiten (z. B. 2.000 U/min) und hohen Drücken (z. B. 6.000 psi) betrieben werden und Fachleute für die Konstruktion solcher Maschinen nicht davon ausgehen, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten und Drücken betriebene Kühlgaskompressoren zum gleichen Gebiet zählen. Trotzdem enthalten einige bekannte Kühlkompressoren-Auslegungen Taumelelemente, die von einem kleinen Paar kämmender Kegelräder abgestützt werden, die durch eine gemeinsame Kugel ausgerichtet werden, die auch als Lager zwischen den jeweiligen Zahnrädern dient. (siehe z. B. US-3.712.759 (Olson, Jr.) und US-4.042.309 (Hiraga))
Betreffend die Zahnrad-Montageanordnungen für geteilte Schrägplatten kennen die Anmelder nur eine Konstruktion, die für Automobil- und Industriezwecke geeignet scheint, nämlich das Kegelrad (geoffenbart in der oben erwähnten früheren Schrägplatten-Montageanordnung der Anmelder), das in einem der Prototypmotoren problemlos betrieben werden kann, wenn der Motor bis zum völligen Stillstand verlangsamt und dann in irgendeiner Richtung neu gestartet wird, während er immer hohen Lasten von 415 Fuß. Pfund ausgesetzt ist.
Ein weiterer Grund für den mangelnden kommerziellen Erfolg geteilter Schrägplattenpumpen des Stands der Technik (für Hochleistungs-Industrie- und Automobilanwendungen) ist möglicherweise die Größe und das Gewicht der Rollenlagerstruktur, die zur Abstützung des axialen Schubs der Kolben gegen die Schrägplattenanordnung erforderlich ist. In einigen im Handel verwendeten Maschinen mit rotierendem Zylinderblock des Stands der Technik wurden Druckausgleichs- Gleitschuhe an den Enden der sich drehenden Kolben angebracht, um den Schub an der Grenzfläche zwischen der fixen Schrägplatte und den Kolben zu verringern. Solche Gleitschuhe gelten aber für Maschinen mit fixen Zylindern und geteilten Schrägplatten als ungeeignet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein vorrangiges Merkmal der hierin geoffenbarten Erfindung ist eine spezielle Anwendung des neuartigen Getriebesystems, das in US-Anmeldenummer 252.743 (eingereicht am 2. Juni 1994 mit dem Titel "Variable-Angle Gear System", veröffentlicht z. B. als WO 95/33936) beschrieben ist.
Im weitesten Sinne bietet das neuartige Getriebesystem neue Formen von Getrieben zur direkten Verbindung zweier Wellen, sodass Drehung von der Antriebswelle auf die angetriebene Welle übertragen werden kann, während gleichzeitig der Schnittwinkel zwischen den Wellenachsen über einen weiten Bereich, der sich zu jeder Seite von 180º (d. h. zu jeder Seite der Position, an der die Achsen entweder parallel ausgerichtet sind oder zusammenfallen) bis zu einem bestimmten bevorzugten Maximalwinkel erstreckt, der sich von 180º unterscheidet (z. B. ± 45º), variiert werden kann.
Die Anmelder entdeckten, dass eine bestimmte Auslegung ihres neuartigen Getriebesystems dazu dienen kann, bei der Konstruktion hydraulischer Maschinen entscheidende Verbesserungen zu erzielen. Bei der Konstruktion einer Anordnung des neuartigen Getriebesystems (geoffenbart in US-252.743) weisen die Wälzkreise der kämmenden Zahnräder identische Größe auf und bleiben effektiv immer als Großkreise auf der gleichen Kugel. Diese Anordnung kann dazu dienen, konstante Geschwindigkeit zwischen zwei Wellen zu übertragen, während die Wellen relativ zueinander in jeder Ebene gelenkig bewegt werden können. Ein Axiom der Kugelgeometrie besagt, dass solche Großkreise einander an zwei Punkten schneiden und dass das Möndchenpaar, das auf der Kugeloberfläche zwischen den sich schneidenden Großkreisen (d. h. den Wälzkreisen der Zahnräder) gebildet wird, eine riesige Lemniskate (eine Achterfigur) um die Kugeloberfläche einschreibt. Die relative Bewegung der zwischen den kämmenden Zahnrädern geteilten Kontaktpunkte schreibt jeweilige Lemniskate bei allen relativen Winkeleinstellungen der Zahnradwellen ein; aus diesem Grund drehen sich die zwei Wellen mit konstanter Geschwindigkeit.
Wie oben erwähnt kann man in der nun folgenden Erklärung der Konstruktion kämmender Zahnradzähne davon ausgehen, dass die Wälzkreise jedes Zahnrads theoetisch Großkreise auf der gleichen Wälzkugel sind. Um jedoch die relative Bewegung zwischen den Zahnrädern zu berücksichtigen, muss jedes Zahnrad des Paars natürlich seine eigene theoretische Wälzoberfläche besitzen. Daher sollte man davon ausgehen, dass jedes der vorliegenden Zahnräder seine theoretische Wälzfläche auf einem jeweiligen Paar an Wälzkugeln besitzt, die konzentrisch sind und Radien besitzen, die im Wesentlichen identisch sind, jedoch ausreichenden Zwischenraum zulassen, damit die innere Wälzkugel relativ zur äußeren Wälzkugel taumeln kann. Die Wälzkreise der zwei jeweiligen Zahnräder schneiden einander an zwei Punkten, die um 180º beabstandet sind (d. h. es sind "Pole"), und die Rotationsachsen der zwei jeweiligen Wälzkugeln schneiden einander an den zusammenfallenden Mittelpunkten der zwei Wälzkugeln zu jedem Zeitpunkt und in allen Schnittwinkeln, wenn die zwei Pole während des Taumelns um die Oberflächen der Wälzkugeln kreisen.
Für diese Auslegung des Getriebesystems verwenden die Anmelder ein erstes Zahnrad mit Innenzähnen mit vorbestimmtem Wälzkreis, das mit einem zweiten Zahnrad mit Außenzähnen und einem zum ersten Zahnrad identischen Wälzkreis gekämmt ist. Die Zahnräder besitzen kämmende Zähne, die in zwei um 180º voneinander beabstandeten Flächen ineinandergreifen; da ihre Wälzkreise die gleiche Größe aufweisen, drehen sie sich in einem Verhältnis von 1 : 1.
Wie in der hierin geoffenbarten hydraulischen Maschine der Anmelder wird ein Zahnradpaar mit konstanter Geschwindigkeit (Verhältnis 1 : 1) verwendet, um das Taumelelement der Schrägplatten-Montageanordnung der Maschine zu stützen. In dieser speziellen Anwendung überträgt jedoch das neuartige Zahnradpaar die Drehbewegung zwischen den zwei Wellen nicht, sondern taumelt lediglich; das kämmende Zahnradpaar verhindert nicht nur die Drehung des schwankenden Taumelelements, sondern ermöglicht es ihm auch selbst bei den hohen Geschwindigkeiten von Automobilantrieben, seiner taumelnden Lemniskatenbewegung ungehindert und ruhig zu folgen.
Vier unterschiedliche Zahnradzahn-Konstruktionen sind für taumelnde Zahnräder geoffenbart, die zur Stützung des Taumelements verwendet werden: eine Kreis/Tangenten-Konstruktion ("CT"), eine Kreis auf-Raute-Konstruktion ("CD"), eine "Möndchen"-Konstruktion und eine Kombinationskonstruktion aus Möndchen und inverser Kurve ("L/IC"); alle Konstruktionen werden nachstehend ausführlich beschrieben. Alle diese Auslegungen ermöglichen es den Achsen der taumelnden Zahnräder, einander variabel in einem kontinuierlichen Bereich an Winkeln zu schneiden, der sich von jeder Seite von 180º bis zu einem bestimmten bevorzugten Maximalwinkel erstreckt. Sie alle weisen das gleiche Merkmal auf: zumindest der Mittelabschnitt jeder Zahnoberfläche jedes kämmenden Zahns ist - betrachtet in einer Wälzoberfläche seines jeweiligen Zahnrads - ein Bogen eines Einzelkreises mit einem Durchmesser, der solcherart ausgewählt ist, dass beim Schwanken der Zahnräder ihre Achsen einander in einem kontinuierlichen Bereich von Winkeln schneiden können, der sich von zusammenfallender Ausrichtung bis zu einem bestimmten bevorzugten Maximalwinkel erstreckt (z. B. 18º, 30º usw.). Es ist zu beachten, dass für jedes der vorliegenden Zahnräder seine jeweilige "Wälzoberfläche" eine Wälzkugel ist.
In der CT- und CD-Konstruktion (und in einem der Zahnräder der L/IC-Konstruktion) ist nur der Mittelabschnitt jedes Zahns - in der Wälzebene betrachtet - mit dem Bogen eines Einzelkreises ausgebildet; in der Möndchen-Konstruktion hingegen ist die gesamte längsseitige Krümmung jeder Zahnoberfläche der Bogen eines Einzelkreises.
In allen bevorzugten Konstruktionen für taumelnde Zahnräder ist ein Diametral Pitch solcherart ausgewählt, dass wenn die Achsen der Zahnräder im bevorzugten Maximalwinkel zueinander geneigt sind, zwei oder mehr der kämmenden Zähne jedes Zahnrads gleichzeitig in jedem der zwei Eingriffsbereiche zwischen den Zahnrädern in Eingriff stehen. Wie in herkömmlichen Getriebeauslegungen ist die Zahndicke solcherart ausgewählt, dass erwartete Lasten durch die Anzahl an in Eingriff stehenden Zähnen sicher getragen werden.
In der CT- und CD-Konstruktion (und in einem der Zahnräder der L/IC-Konstruktion) sind die Mittelabschnitte beider Zahnflächen jedes kämmenden Zahns - in einer Wälzebene betrachtet - jeweilige Bögen, welche die gegenüberliegenden Seiten eines Einzelkreises von vorbestimmtem Durchmesser bilden.
In der Möndchen-Konstruktion wird der Bogen, der die gesamte längsseitige Krümmung jeder Zahnoberfläche bildet, auch aus einem Einzelkreis mit vorbestimmtem Durchmesser entnommen. Bei dieser Konstruktion jedoch ist der Kreis mit einem bestimmten Kreis auf der Oberfläche der Kugel identisch, auf der die Wälzkreise jedes Zahnrads Großkreise sind; sein Durchmesser umfasst einen Winkel, der - gemessen vom Kugelmittelpunkt - dem erwünschten maximalen Schnittwinkel zwischen den Zahnradachsen entspricht.
Die Zähne der vorliegenden Zahnräder sind vorzugsweise mit geradseitigen Profilen zwischen oberem und unterem Steg versehen, da (a) die kämmenden Zähne relativ zueinander nicht "rollen", sondern ähnlich zu Hypoidrädern in Gleitkontakt stehen und (b) die geraden Zahnseiten das Kontaktmuster auf den kämmenden Zähnen verlängern. Andere Profile sind allerdings auch geeignet; obwohl ein Evolventenprofil mit der CT-, CD- und L/IC-Konstruktion relativ unvereinbar wäre, ist es mit der Möndchen- Konstruktion relativ gut vereinbar.
Die speziellen schwankenden Zahnradkonstruktionen der Erfindung können ziemlich großen Drehkräften relativ gut standhalten, wenn sie in
Hochgeschwindigkeits/Hochdruckmaschinen zum Einsatz kommen, und sie verhindern die Drehung des Schrägplatten-Taumelelements, während sie seine reibungslose Lemniskaten-Schwankbewegung ermöglichen; dies wird mit nur einem einzigen Paar an Zahnrädern bewerkstelligt, die relativ wenig Platz brauchen. Zusätzlich zu den erfindungsgemäßen Konstruktionen schwankender Zahnräder zur Stützung der Schrägplatte enthält die hierin geoffenbarte hydraulische Maschine verschiedene Gleitschuhlager-Anordnungen, die weitere deutliche Größen- und Gewichtsreduktionen der Maschine zulassen.
Ebenfalls geoffenbart ist eine modulare Konstruktion für die hydraulische Maschine der Erfindung, bei der das Gehäuse drei getrennte Einheiten umfasst - eine Zylindereinheit und eine Endkappe, die jeweils entfernbar an einem jeweiligen Ende einer Zentraleinheit befestigt sind, in der sich die Schrägplattenanordnung befindet. Zusätzlich zu den fixen Zylindern weist die Zylindereinheit auch die Öffnungen, Durchgänge und Ventile auf, die zur Regulierung der hydraulischen Flüssigkeit notwendig sind; ein Gehäuselager zur Stützung des Antriebselements ist am Ende der Zentraleinheit in der Nähe der Endkappe montiert. Die Leistungseinstellung der erfindungsgemäßen modularen hydraulischen Maschine kann problemlos verändert werden, ohne die Endkappe oder ihr angrenzendes Lager, die Schrägplattenanordnung oder irgendeinen Abschnitt der Zylindereinheit mit Ausnahme der axialen Dimensionen ihrer Zylinder zu modifizieren. Um die Verdrängung der Maschine deutlich zu verändern (z. B. von 7 Kubikzoll auf 11 Kubikzoll), ist lediglich eine Änderung der maximalen Neigung der Schrägplatte (z. B. von 18º auf 30º) erforderlich - durch (a) Modifizieren nur der Axiallänge der Zylinder in der Zylindereinheit, (b) Ersetzen der zentralen Gehäuseeinheit mit einer ähnlichen Zentraleinheit mit identischer radialer Dimension, aber modifizierter axialer Dimension und (c) relatives Modifizeren des Antriebselements und der Kolben nur in ihren jeweiligen axialen Dimensionen.
Mit diesen erfindungsgemäßen Strukturen bietet die hydraulische Maschine relativ hohe Leistung bei bemerkenswert kleinem Format, d. h. sie überschreitet die Leistungsdichten derzeit im Handel erhältlicher Einheiten mit ähnlichen Dimensionen.

ABBILDUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische und teilweise im Querschnitt dargestellte Abbildung der geteilten Schrägplatte einer hydraulischen Maschine, wobei viele Teile der Einfachheit halber weggelassen sind und das Taumelelement der Schrägplatte durch ein Paar schwankender Zahnräder an der Drehung gehindert wird.
Fig. 2A, 2B und 2C sind schematische Darstellungen der relativen Bewegung zwischen Gruppen an Zahnkontaktpunkten auf den Wälzflächen eines Paars schwankender kämmender Zahnräder, die in der allgemein in Fig. 1 gezeigten Weise angeordnet sind, wobei das äußere Zahnrad um das fixierte innere Zahnrad schwankt und die Achsen der Zahnräder in einem ausgewählten Maximalwinkel zueinander geneigt sind.
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der relativen Bewegung zwischen einer der jeweiligen Gruppen an Zahnkontaktpunkten der Fig. 2A, 2B und 2C.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts des Paars kämmender Zahnräder von Fig. 1, in der die Zahnräder in axialer Ansicht gezeigt werden, wobei ihre jeweiligen Achsen zusammenfallend ausgerichtet sind (d. h. in einem Winkel von 180º) und der projizierte Sehnenmittelpunktabstand zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen auf dem Wälzkreis jedes Zahnrads angegeben ist.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts des gleichen Paars an Zahnrädern von Fig. 4, die einander - wie in Fig. 1 - variabel in einem ausgewälten bevorzugten Maximalwinkel x schneiden; es sind ihre kämmenden Zähne in einer modifizierten ebenen Projektion ersichtlich, wenn die Zahnräder um ihre jeweiligen Achsen schwanken.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der partiellen Kontur der kämmenden Zähne eines Zahnradpaars der Erfindung in der radialen Mittelebene der Zahnräder, wobei die Achsen in einem Winkel von 180º ausgerichtet sind.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Kontur eines Zahnradzahns gemäß der erfindungsgemäßen CT-Konstruktion, wobei die Kontur in einer Wälzebene des Zahnrads gezeigt wird.
Fig. 8A, 8B und 8C sind schematische Darstellungen der Konturen der kämmenden Zähne eines Paars schwankender Zahnräder gemäß der erfindungsgemäßen CT- Konstruktion, wobei die Konturen in modifizierten ebenen Projektionen gezeigt werden und das Paar so dargestellt ist, dass die Achsen einander im bevorzugten Maximalwinkel x schneiden; Fig. 8A und 8B stellen zwei der Eingriffsflächen dar, die 180º voneinander zentriert sind und wo die Zahnräder in gleichzeitigem Kontakt stehen, während Fig. 8C die Eingriffsfläche von Fig. 8B zeigt, nachdem der Mittelpunkt der Eingriffsfläche um die Wälzkreise der Zahnräder über eine weitere Entfernung von ³/&sub4; des Circular Pitch geschwankt ist.
Fig. 9A und 9B zeigen geometrische Konstruktionen zur Bestimmung der Zahnform eines Zahnradpaars gemäß der CD-Konstruktion der Erfindung.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung der Konturen der kämmenden Zähne eines Zahnradpaars gemäß der CD-Konstruktion der Erfindung, wobei die Konturen in modifizierten ebenen Projektionen gezeigt werden.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung des sehr geringen Kopfrücknahme- Zwischenraums, der auf CD- und CT-Zähnen erforderlich ist, wobei die Kopfrücknahme in der Abbildung übertrieben dargestellt ist.
Fig. 12A und 12B sind schematische Darstellungen der Zahnradzähne, die gemäß der Möndchen-Konstruktion der Erfindung geformt sind, wobei Fig. 12A die geometrische Konstruktion zur Bestimmung des kreisförmigen Bogens zeigt, der die längsseitige Krümmung jeder Zahnfläche bildet, und Fig. 12B zwei Gruppen kämmender Zähne darstellt, wenn die Zahnräder schwanken und ihre Achsen einander variabel in einem ausgewählten Maximalwinkel schneiden; die Konturen der Zahnradzähne sind wiederum in modifizierten ebenen Projektionen zu sehen.
Fig. 13A und 13B sind schematische Darstellungen der Konturen der kämmenden Zähne eines Zahnradpaars gemäß der L/IC-Konstruktion der Erfindung, wobei die Konturen in modifizierten ebenen Projektionen des Paars dargestellt sind; in Fig. 13A schneiden einander die Achsen der Zahnräder in einem bevorzugten Maximalwinkel, während in Fig. 13B die Achsen einander in einem Winkel von 20º schneiden.
Fig. 14 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht einer hydraulischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Schrägplatten-Montageanordnung, wobei die Neigung der Schrägplatte einstellbar ist; ein Servomechanismus zur Einstellung der Neigung der Schrägplatte wurde weggelassen.
Fig. 15 ist eine relativ schematische Darstellung einer Servosteuerungsanordnung zur Einstellung der Neigung des Schrägplattenmechanismus der in Fig. 14 gezeigten Maschine, wobei der Schrägplattenabschnitt der Maschine so dargestellt ist, dass zahlreiche Teile von Fig. 14 aus Gründen der Einfachheit und Übersichtlichkeit weggelassen wurden.
Fig. 16 ist ein vergrößertes Detail der hydraulischen Maschine von Fig. 14, aus welcher der Abschnitt der Druckausgleichs-Gleitschuhlageranordnung der Schrägplattenstruktur ersichtlich ist.
Fig. 17 ist ein weiteres Detail der hydraulischen Maschine von Fig. 14, wobei die Ansicht entlang der Ebene W-W verläuft und nur die Druckausgleichs-Gleitschuhlager der Erfindung zeigt, die an der Rückseite des Taumelelements der geteilten Schrägplattenstruktur angebracht sind.
Fig. 18 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schrägplattenanordnung mit fixem Winkel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Schwankendes Zahnradsystem

Wie oben erwähnt, ist das Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen hydraulischen Maschine das Paar schwankender Zahnräder, das verwendet wird, um die Drehung des Taumelabschnitts der Schrägplatte einzuschränken. Fig. 1 bis 5 zeigen die allgemeinen Eigenschaften dieser speziellen schwankenden Zahnräder.
In Fig. 1, die eine schematische und teilweise im Querschnitt dargestellte Ansicht der Schrägplattenanordnung einer hydraulischen Maschine ist, in der einfachheitshalber viele Teile weggelassen wurden, ist ein Innenrad 10 an einem Gehäuse 12 fixiert. Ein kämmendes Außenrad 20 ist an der äußeren Umfangsfläche eines Taumelelements 14 fixiert, das mit einem Rotor 16 zusammenwirkt, um eine geteilte Schrägplatte zu bilden. Das Taumelelement 14 hält und stützt die Enden von Kolben 18, die in jeweiligen Zylindern (in dieser Abbildung nicht zu sehen) montiert sind, während sich der Rotor 16 mit einer Welle 22 eines Antriebselements 24 dreht.
Die Achse 40 des Außenrads 20 verläuft senkrecht zur Vorderfläche 26 des Taumelelements 14, und die Achse 40 schneidet die Drehachse 42 des Antriebselements 24 am Punkt 28, der auch der eigentliche Mittelpunkt ist, um den der Rotor 16 zur Drehachse 42 geneigt ist. Die Achse des Innenrads 10 fällt mit der Drehachse 42 zusammen.
Zu den zahlreichen Teilen, die in dieser schematischen Darstellung fehlen, gehört ein geeigneter Mechanismus zur Einstellung der Neigung des Rotors 16 relativ zur Drehachse 42 in einer auf dem Gebiet allgemein bekannten Weise, wie er in der vollständigen Ausführungsform der hydraulischen Maschine nachstehend beschrieben ist. Bei der Erklärung des schwankenden Zahnrads der Erfindung sollte man davon ausgehen, dass der Neigungswinkel des Rotors 16 im Verhältnis zur Drehachse 42 von dem in der Abbildung gezeigten Winkel zurück zu 180º (wo die Achsen 40 und 42 zusammenfallen) zu einem Winkel gleicher Größenordnung von weniger als 180º variiert werden kann.
Wenn sich der Rotor 16 mit der Welle 22 dreht, schwankt die Achse 40 um die Achse 42. Wie aus der nachstehenden Erklärung ersichtlich, bleiben zu allen Zeiten während der gesamten relativen Winkelschwankung zwischen ihren Achsen die Wälzkreise der Zahnräder 10 und 20 an zwei Eingriffspunkten auf der Oberfläche der gleichen Wälzkugel in Eingriff, wobei der Mittelpunkt jedes Eingriffspunkts auf einer Linie angeordnet ist, die durch den Mittelpunkt der Wälzkugel führt und mit dem Schnittpunkt der zwei Achsen zusammenfällt. Zum in Fig. 1 gezeigten Zeitpunkt etwa befinden sich die Mittelpunkte der zwei Eingriffspunkte der Zahnräder 10 und 20 auf einer Linie 32, die senkrecht zur Seite der Abbildung verläuft und durch den Punkt 28 führt. Wenn die Achsen 40 und 42 in einem Winkel von 180º zusammenfallend ausgerichtet sind, befinden sich alle Zähne beider Zahnräder 10 und 20 in vollem Eingriff (in ähnlicher Weise wie bekannte Zahnradkupplungen). Dieser Zustand des vollen Eingriffs ist auch im Abschnitt der Zahnräder 10 und 20 in Fig. 4 zu sehen.
Wenn aber die relative Winkelausrichtung der jeweiligen Achsen der Zahnradzähne außerhalb der 180º-Ausrichtung variabel eingestellt ist (siehe Fig. 1), bewegen sich die Zahnradzähne kontinuierlich in den und aus dem Eingriff, wenn das Zahnrad 20 um die Achse 42 und das Zahnrad 10 schwankt. Diese relative Taumelbewegung der Zahnräder 10, 20 in den und aus dem Eingriff ist schematisch in Fig. 2A, 2B und 2C zu sehen, die jeweils die Wälzkreise der Zahnräder an drei unterschiedlichen Positionen relativer Schwankung darstellen, wenn die Achsen 40, 42 einander in einem bevorzugten Maximalwinkel x schneiden. Fig. 2A, 2B und 2C zeigen die relative Position vier unterschiedlicher Gruppen an Zahnkontaktpunkten, wenn sich die kämmenden Zähne der schwankenden Zahnräder in den und aus dem Eingriff bewegen.
In Fig. 2A steht ein Zahnkontaktpunkt A am Innenrad 10 mit dem Zahnkontaktpunkt A' auf dem Außenrad 20 in Eingriff und gleichzeitig ein Zahnkontaktpunkt C auf dem Innenrad 10 mit einem Zahnkontaktpunkt C' auf dem Außenrad 20 in Eingriff. Fig. 28 zeigt die gleichen Zahnkontaktpunkte auf jedem Zahnrad, nachdem die Zahnräder um 90º geschwenkt worden sind, wobei die Zahnkontaktpunkte D und B des Zahnrads 10 und die Punkte D' und B' des Zahnrads 20 nun in Eingriffskontakt stehen. Nach einem weiteren ¹/&sub4;-Schwenk (siehe Fig. 2C) absolvierte das Zahnrad 20 die Hälfte seines Schwenks um das Zahnrad 10, und die Zahnkontaktpunkte A, A' und C, C' befinden sich wieder in Eingriff usw.
Die in Fig. 2A, 2B und 2C gezeigten Zahnkontaktpunkte befinden sich alle auf den Wälzkreisen ihrer jeweiligen Zahnräder, wobei geometrisch gesehen diese Wälzkreise jeweils Großkreise auf der gleichen Kugel sind. Alle Großkreise schneiden einander an zwei um 180º voneinander beabstandeten Positionen. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der relativen Bewegung zwischen einer der jeweiligen Gruppen an Zahnkontaktpunkten der Fig. 2A, 2B und 2C, d. h. sie verfolgt die relative Bewegung der Zahnkontaktpunkte A, A', wenn die Zahnräder 10, 20 gemeinsam einen vollen Schwenk ausführen. Obwohl die jeweiligen Wälzkreise in Fig. 3. in ebener Projektion zu sehen sind, erkennt man, dass jeder Zahnkontaktpunkt zweimal in jedem Schwenk ein Pol der Wälzkugel wird und dass die relativen Positionen jedes Paars gemeinsamer Kontaktpunkte ein Lemniskaten-haftes Muster nachzeichnen (d. h. eine Achterfigur auf der Oberfläche einer Kugel); wie dies auf dem Gebiet der Universalgelenke allgemein bekannt ist, ist eine solche Lemniskatenbewegung entscheidend, um zwischen zwei Gelenkswellen konstante Geschwindigkeit zu übertragen.
Wie oben erwähnt, ist Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts des Paars schwankender Zahnräder von Fig. 1, aus der das Innenrad 10 und das Außenrad 20 mit ihren jeweiligen zusammenfallend in einem Winkel von 180º ausgerichteten Achsen ersichtlich sind. An dieser Position fallen auch die jeweiligen Wälzkreise 10' und 20' zusammen. Auf den zusammenfallenden Wälzkreisen sind die Zahnmittelpunkte 44 und 45 des Innenradzahns I~ bzw. IZ sowie die Zahnmittelpunkte 46, 47 und 48 des Außenradzahns E1, E2 bzw. E3 zu sehen. Auch die projizierten Sehnenmittelpunktabstände PC zwischen aufeinanderfolgenden Zahnmittelpunkten 46, 47 und Zahnmittelpunkten 47, 48 sind dargestellt.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung etwa des gleichen Abschnitts der Zahnräder 10, 20 wie in Fig. 4. In Fig. 5 jedoch sind die Zahnräder so dargestellt, dass ihre Achsen einander wie in Fig. 1 im ausgewählten bevorzugten Maximalwinkel x schneiden, und die Zahnradzähne sind in modifizierten abgewickelten ebenen Projektionen der Kugelflächen jeder Gruppe an Zahnradzähnen dargestellt. Die ebenen Projektionen sind modifziert, sodass der Mittelpunktabstand zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen auf jeder ebenen Projektion dem projizierten Sehnenabstand PC zwischen Zahnmittelpunkten entspricht.
Man beachte, dass in Bezug auf die ebenen Projektionen und ebenen geometrischen Konstruktionen zur Veranschaulichung der vorliegenden Zahnformen in Erinnerung gerufen werden sollte, dass das erfindungsgemäße Zahnradsystem auf kugelförmiger Geometrie basiert. Die Projektionen auf die ebenen Flächen der Abbildungen stellen Linien auf der Oberfläche der jeweiligen Kugel dar, auf welcher der Wälzkreis des Zahnrads ein Großkreis ist. Bezug nehmend auf die Darstellung der Innen/Außenradkombination von Fig. 5 etwa sind die abgeflachten Projektionen der Zähne der Zahnräder 10 und 20 jeweils auf der Oberfläche einer Wälzkugel.
Wenn die Zahnräder 10, 20 gemeinsam schanken, wobei ihre jeweiligen Achsen einander variabel im vorausgewählten bevorzugten Maximalwinkel x schneiden, folgen ihre zwei Eingriffsmittelpunkte der Linie 32, wenn sie sich um den Schwenkpunkt 28 dreht (siehe Fig. 2A, 2B und 2C); Fig. 5 zeigt, dass selbst bei diesem Maximalwinkel die zwischen den Zahnrädern übertragene Last von zehn Zähnen geteilt wird. Zwar sind nur fünf Zähne in Fig. 5 in Eingriff zu sehen, doch befinden sich - wie oben erklärt - die Zahnräder 10, 20 gleichzeitig zu jedem Zeitpunkt um die zwei 180º voneinander beabstandeten Eingriffsmittelpunkte in Eingriff.
Es ist wichtig, sich vor Augen zu halten, dass sich die erfindungsgemäßen Zahnräder deutlich von herkömmlichen Getrieben unterscheiden; mit ihren zwei gleichzeitigen Eingriffsmittelpunkten schwanken sie nicht in der üblichen Art der Zahnradsysteme des Stands der Technik. Konventionell konstruierte Zahnradzähne sind für die hierin geoffenbarte hydraulische Maschine demnach ungeeignet. Es ist notwendig, die charakteristischen Zahnradzahn-Konstruktionen einzusetzen, welche die Anmelder in ihrer oben erwähnten Erfindung mit dem Titel "Variable-Angle Gear System" entwickelten, wobei solche Konstruktionen nachstehend für die Verwendung mit der hierin geoffenbarten Erfindung beschrieben sind.

Zahnradzahn-Konstruktionen

Die folgenden Zahnkonstruktionen eignen sich für die schwankenden Zahnräder der Erfindung.

(a) Grundlegende Konstruktionselemente

Bezug nehmend auf Fig. 6 ist die Teilkontur der kämmenden Zähne des Zahnradpaars 50, 52 der Erfindung shematisch dargestellt; aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Außenrad 52 nicht im Querschnitt dargestellt. Die Achsen der Zahnräder sind in einem Winkel von 180º ausgerichtet, und die Kontur wird in der radialen Mittelebene der Zahnräder genommen. Zwei Außenradzähne 54, 55 sind in vollem Eingriff mit drei Innenradzähnen 56, 57, 58 zu sehen.
Wie man dies am besten aus Fig. 6 erkennen kann, sind die Arbeitsflächen aller Zahnradzähne geradseitig. Dies ist die bevorzugte Profilform. Wie oben erwähnt, bewegen sich - wenn die Achsen der Zahnräder außerhalb der 180º-Ausrichtung positioniert sind, sodass ein gewisses Taumeln eintritt - die Zahnräder um ihre zwei gemeinsamen Eingriffsmittelpunkte konstant in den und aus dem Eingriff. Diese Bewegung bewirkt, dass die Oberflächen der kämmenden Zähne übereinander gleiten, so wie man dies in etwa beim Gleitkontakt feststellt, der zwischen den kämmenden Zähnen von Hypoidrädern eintritt. Die bevorzugten geradseitigen Zahnflächen schaffen durch den Eingriff eine volle Linie des Gleitkontakts. Zwar können die geradseitigen Zähne so ausgelegt sein, dass sie radialen Linien 60 folgen, wobei eine Keilwellenform (angezeigt durch Linien 62) vorzuziehen ist.
Eine weitere Eigenschaft ist den erfindungsgemäßen Zahnradzähnen gemeinsam, und diese Eigenschaft wird mittels eines Zahnradzahns veranschaulicht, der in Einklang mit der CT-Konstruktion ausgebildet ist. Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Kontur eines CT-Zahnradzahns 64, wobei die Kontur in einer Wälzebene des Zahnrads zu sehen ist. Dieser CT-Zahn weist wie alle erfindungsgemäßen Zähne die folgenden grundlegenden Konstruktionseigenschaften auf: Die Mittelabschnitte 66, 67 der Arbeitflächen des Zahns 64 werden auf jeder Seite der radialen Mittellinie 68 durch den Bogen eines Einzelkreises 70 gebildet, dessen Durchmesser solcherart ausgewählt ist, dass beim Schwanken des Zahnrads unter Last der Schnittpunkt der Achsen der kämmenden Zahnräder von einer 180º-Ausrichtung durch den gesamten Bereich an Winkeln kontinuierlich bis zum vorausgewählten bevorzugten Maximalwinkel auf jeder Seite von 180º variiert werden kann. Die Kreis - Bögen, welche die Mittelabschnitte der zwei Arbeitsflächen jedes CT-, CD- und IC-Zahns darstellen, sind aus dem gleichen Kreis ausgebildet; während allerdings die zwei Arbeitsflächen jedes Möndchenzahns Bögen von Kreisen mit dem gleichen Durchmesser sind, sind sie nicht auf dem gleichen Kreis ausgebildet. Diese Merkmale sind nachstehend ausführlich beschrieben.
Außerdem ist der Durchmesser des erforderlichen Einzelkreises in allen Konstruktionen so ausgewählt, dass sichergestellt ist, dass mehr als zwei kämmende Zähne gleichzeitig um jeden der gemeinsamen Eingriffsmittelpunkte der kämmenden Zahnräder in Eingriff stehen. Die Auswahl des Durchmessers des Einzelkreises wird gemeinsam mit anderen Parametern in den folgenden Erklärungen vier bevorzugter Zahnkonstruktionen der Erfindung erörtert.

(b) CT-Zahnkonstruktion

Wie oben erklärt und am besten aus Fig. 7 ersichtlich, beginnt die Konstruktion des CT- Zahnradzahns mit der Auswahl eines Einzelkreises. Der erste Schritt wird so angegangen, wie dies auf dem Gebiet der Zahnradtechnik üblich ist, d. h. es werden anfangs die Größen- und Stärkenspezifikationen des Zahnradpaars gemäß dem Druck, der Leistung und der jeweiligen Anwendung (z. B. industrieller Antrieb mit konstantem Arbeitszyklus, Automobilantrieb usw.) bestimmt, für die die erfindungsgemäße Schrägplattenanordnung und hydraulische Maschine bestimmt sind. Der Zahnkopfhöhenkreis (maximaler Durchmesser) der Zahnräder kann durch den physischen Raum, in dem das Getriebe betrieben werden muss, eingeschränkt: sein, und ein Diametral Pitch muss so ausgewählt werden, dass die normale Sehnendicke der Zähne (d. h. die Sehnendicke jedes Zahns entlang des Wälzkreises) ausreicht, um das Tragen maximaler erwarteter Last durch die Anzahl der in Eingriff stehenden Zähne zu ermöglichen.
Es ist an dieser Stelle notwendig, sich in Erinnerung zu rufen, dass ein Paar erfindungsgemäßer schwankender Zahnräder gegenüber konventionellen Zahnrädern der gleichen Größe das Doppelte der Last bewältigen kann. Da die erfindungsgemäßen Zahnradpaare gemeinsam zwei Eingriffsflächen besitzen, die 180º voneinander zentriert sind, weisen sie zweimal so viele Zähne im Eingriff auf als ein herkömmliches Zahnrad der gleichen Größe, und es kann ein Diametral Pitch ausgewählt werden, der eine normale Sehnendicke bietet, die deutlich kleiner ist als üblicherweise erforderlich.
Wieder Bezug nehmend auf Fig. 7 wird nach der Auswahl einer geeigneten Zahnkopfhöhengröße und des Diametral Pitch ein Einzelkreis 70 dazu herangezogen, den Mittelabschnitt des Zahns zu bilden. Der Kreis 70 besitzt einen Radius R, der einen Kreis mit der erforderlichen normalen Sehnendicke D entlang der radialen Mittellinie 68 erzeugt.
Ferner ist es vorzuziehen, die längsseitige Stirnseitenbreite jedes Zahnrads sich ausreichend erstrecken zu lassen, damit sichergestellt ist, dass mehr als zwei Zähne um jeden der zwei Eingriffsmittelpunkte, die sich das erfindungsgemäße Zahnradpaar teilt, in Eingriff stehen. Um dies zu erreichen, erfolgt eine anfängliche Bestimmung bezüglich der Winkelvariabilität, die für die jeweilige Anwendung erforderlich ist. Viele Schrägplatten-Spezifikationen können beispielsweise höchstens 15º vorsehen, während für andere Verwendungszwecke sogar mehr als 30º erwünscht sein kann. Wie oben erwähnt, wird diese erwünschte Winkelvariabilität als "bevorzugter Maximalwinkel x" bezeichnet.
Im in Fig. 7 dargestellten Beispiel nimmt man an, dass der bevorzugte Maximalwinkel x 40º beträgt. Der Winkel x ist auf jeder Seite der radialen Mittellinie 68 markiert (angezeigt durch die Konstruktionslinien zwischen Punkten AB und EF), sodass die Punkte A und E jeweilige Zahnoberflächenwinkel x (in diesem Beispiel 40º) auf jeder Seite der Mittellinie 68 auf der Zahnoberfläche 66 messen und die Punkte F und B die gleichen Zahnoberflächenwinkel auf der Zahnoberfläche 67 messen.
Jede jeweilige Zahnoberfläche 66, 67 wird dann verlängert, indem Zahnoberflächen- Erstreckungsabschnitte gebildet werden, deren Konturen durch die geraden Linien 72, 73 bzw. 74, 75 gezogen werden, die alle tangential zu einem jeweiligen Zahnoberflächen-Winkelpunkt A, E, F, B gezogen sind. jede Verlängerungslinie 72, 73 und 74, 75 erstreckt sich von ihrem Tangentialpunkt zu einem projizierten Schnittpunkt mit der axialen Mittellinie 76, wodurch die Konstruktion der Zahnoberflächen- Erstreckungsabschnitte abgeschlossen ist. In der endgültigen Zahnform sind die scharfen Enden dieser Erstreckungsabschnitte vorzugsweise abgeschrägt (durch punktierte Linien angezeigt).
Da jede Verlängerungslinie 72, 73 und 74, 75 senkrecht zur jeweiligen Radiallinie verläuft, die zu ihrem Tangentialpunkt gezeichnet ist, erkennt man durch einfache geometrische Analyse, dass der Winkel zwischen jeder Verlängerungslinie und der axialen Mittellinie 76 auch x entspricht (in diesem Fall 40º).
Zähne, die gemäß der CT-Konstruktion proportioniert sind, gleiten korrekt in den und aus dem Eingriff, während die erfindungsgemäßen Zahnräder in einander variabel schneidenden Winkeln schwanken. Die CT-Konstruktion stellt auch sicher, dass in einem oder beiden Eingriffsmittelpunkten des Zahnradpaars mehr als zwei kämmende Zähne die Last tragen, selbst wenn die Achsen der Zahnräder einander im bevorzugten Maximalwinkel schneiden.
Wenn der Diametral Pitch so ausgewählt ist, dass jedes Zahnrad eine ungerade Zahl an Zähnen aufweist, gewährleistet diese Konstruktion, dass mehr als zwei kämmende Zähne die Last um beide Eingriffsmittelpunkte des Zahnradpaars tragen, wenn die Zahnräder einander im bevorzugten Maximalwinkel schneiden. Dieser Zustand ist schematisch in Fig. 8A und 8B dargestellt, aus denen die Konturen der Eingriffszähne eines Zahnradpaars gemäß der CT-Konstruktion ersichtlich sind, welche Konturen in modifizierten ebenen Projektionen dargestellt sind, wobei das Paar so gezeigt wird, dass ihre Achsen einander im bevorzugten Maximalwinkel x schneiden.
Fig. 8A zeigt eine erste der Eingriffsflächen eines CT-Zahnradpaars, das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ausgelegt ist, während Fig. 8B die zweite Eingriffsfläche des gleichen Zahnradpaars zum gleichen Zeitpunkt darstellt. Wiederum geht man zur Veranschaulichung davon aus, dass die Zahnradzähne für einen bevorzugten Maximalwinkel von xº konstruiert wurden. Wie oben angeführt, führt dies zu einem Winkelbereich, der sich über xº zu jeder Seite der Position erstreckt, an der die Achsen zusammenfallen, wodurch eine gesamte Gelenkigkeit von zweimal xº geschaffen wird.
In Fig. 8A ist der Mittelpunkt des Außenradzahns 80 im Mittelpunkt der ersten Eingriffsfläche positioniert, und der Außenradzahn 80 steht in Kontakt mit den Innenradzähnen 81, 82. Zum gleichen Zeitpunkt befindet sich in der zweiten gemeinsamen Eingriffsfläche von Fig. 8B der Mittelpunkt eines Innenradzahns 83 im Mittelpunkt der Eingriffsfläche, und der Innenradzahn 83 steht in Kontakt mit den Außenradzähnen 84, 85. Wenn somit die durch das Zahnradpaar verbundenen Wellen einander im Maximalwinkel schneiden, teilen sechs Zahnradzähne die Last.
Fig. 8C zeigt die zweite Eingriffsfläche von Fig. 8B zu dem Zeitpunkt, nachdem die Zahnräder jeweils über eine weitere Entfernung von ³/&sub4; des Circular Pitch geschwankt sind. Zum in Fig. 8C gezeigten Zeitpunkt kam die radiale Mittellinie des Außenradzahns 86 mit dem rechten Erstreckungsabschnitt des Innenradzahns 87 in Kontakt, und die Kontaktlinie zwischen diesen zwei Zähnen beginnt ihre Gleitbewegung nach rechts (in der Abbildung betrachtet) entlang der Stirnseite des Zahns 86 sowie nach links entlang der Rückfläche des Zahns 87. Zum gleichen Zeitpunkt gleitet die Kontaktlinie zwischen dem Innenradzahn 87 und dem Außenradzahn 85 nach links entlang der Stirnseite des Zahns 87 und nach rechts entlang der Rückfläche des Zahns 85.
Wie oben erwähnt, stellt die Anzahl an Zähnen, die in Eingriff stehen, wenn die Achsen der Zahnräder im bevorzugten Maximalwinkel x ausgerichtet sind, die minimale Anzahl an in Eingriff stehenden Zähnen für alle erwarteten Betriebsbedingungen dar; wenn sich die Wellen bei 180º im Wesentlichen in Ausrichtung bewegen, stehen die Zähne der zwei Zahnräder wie eine Kupplung in vollkommenem Eingriff. Wenn daher der ausgewählte Diametral Pitch und die normale Sehnendicke der Zähne ausreichend sind, um erwartete Lasten mit der Anzahl an Zähnen zu tragen, die im bevorzugten Maximalwinkel in Eingriff stehen, weist das Zahnradpaar geeignete Festigkeit bei geringeren Winkelausrichtungen auf.
Es ist für Fachleute auf dem Gebiet von Zahnrädern offenkundig, dass der möglichen Kerbmarkierung der Zahnradzahn-Stirnflächen angesichts des Gleitkontakts zwischen den Zahnrädern besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. Der Zahnoberflächenabstand, über den jedes Paar an Eingriffszähnen relativ zueinander gleitet, während sie sich in den und aus dem Eingriff bewegen, wird verringert, je mehr sich der Wellenwinkel 180º annähert. Daher nimmt die Gleitgeschwindigkeit mit sich verringerndem Wellenwinkel zwischen den Zahnrädern ab, und die Möglichkeit von Problemen mit der Kerbmarkierung sollte minimiert werden, wenn der Oberflächendruck und die Gleitgeschwindigkeit zwischen den Zahnradzähnen im bevorzugten Maximalwinkel annehmbar sind.

(c) Konstruktion von CD-Zähnen

Es bestehen zwar andere Möglichkeiten, die Konstruktionsparameter von Zahnradzähnen, die sich für das erfindungsgemäße Taumelsystem mit variablem Winkel eignen, zu bestimmen, doch wendeten die Anmelder allgemeine geometrische Konstruktionsprinzipien an; diese sind für die die CD-Zähne in Fig. 9A und 9B dargestellt:
(1) In gleicher Weise wie oben bezüglich der CT-Zähne beschrieben, beginnt die Konstruktion der CD-Zähne auch mit einer Bestimmung der erforderlichen Größen- und Festigkeitsspezifikationen je nach Anwendung, für die das Getriebe bestimmt ist; auf dieser Grundlage werden die erforderliche Zahnkopfhöhengröße, der Diametral Pitch und die normale Sehnendicke der Zähne ausgewählt.
(2) Nach der ersten Auswahl solcher Grundparameter wird ein Abschnitt des Außenrads in axialer Sicht ausgelegt, wie man dies im rechten Abschnitt von Fig. 9A sieht. Ein Abschnitt seines Wälzkreises a und zumindest zwei Zahnmittelpunkte b und c werden konstruiert. Eine Radiallinie d durch einen Zahnmittelpunkt b wird ausgewählt, um den Mittelpunkt eines "vorgeschlagenen Eingriffs" zu markieren, und eine abgewickelte flache Projektion a' eines Abschnitts des Wälzkreises a des Außenrads senkrecht zur Radiallinie d ausgelegt.
(3) Ein projizierter Zahnmittelpunkt b' wird am Schnittpunkt der Radiallinie d und des abgewickelten Wälzkreises a' markiert, um - wie oben erwähnt - als Mittelpunkt des vorgeschlagenen Eingriffs zu dienen. Dann wird ein zweiter Zahnmittelpunkt c angrenzend an den Zahnmittelpunkt b vom ursprünglich konstruierten Wälzkreis a zum abgewickelten Wälzkreis a' projiziert und als projizierter Zahnmittelpunkt c' identifiziert.
(4) Als nächstes werden die Kreise e und f um die Zahnmittelpunkte b' bzw. c' konstruiert, wobei jeder Kreis einen Durchmesser aufweist, welcher der normalen Sehnendicke des Zahns entspricht, die durch den in obigem Schritt (a) ausgewählten Diametral Pitch ermittelt wird. Wie dies Fachleuten auf dem Gebiet verständlich ist, entspricht dieser Durchmesser auch der Hälfte des projizierten Circular Pitch des Zahnrads (angezeigt durch den punktierten Kreis des gleichen Durchmessers auf halbem Weg zwischen den projizierten Zahnmittelpunkten b' und c').
(5) Die abgewickelte ebene Projektion des Wälzkreises g des Zahnradpaarinnenrads wird dann durch den Mittelpunkt b' des vorgeschlagenen Eingriffs im Winkel x gezeichnet, der so ausgewählt ist, dass er dem erwünschten Maximalschnittwinkel zwischen den Zahnradachsen entspricht. Die zwei neuen Zahnmittelpunkte h und i werden auf dem abgewickelten Wälzkreis g markiert, wobei sich die Zahnmittelpunkte h und i in einem Abstand voneinander befinden, der dem projizierten Circular Pitch entspricht und um den Eingriffsmittelpunkt b' zentriert ist. Die neuen Kreise k und m, die jeweils den gleichen Durchmesser aufweisen wie die Zahnkreise e und 1 werden um die Mittelpunkte h und i gezeichnet.
(6) Es wird nun auf Fig. 9B Bezug genommen, die eine Fortführung der projizierten Eingriffskonstruktion ist, die im linken Abschnitt von Fig. 9A begonnen wurde. Der abgewickelte Wälzkreis g stellt auch die radiale Mittellinie jedes Zahnkreises k und m dar, und der Winkel x (entspricht dem bevorzugten Maximalschnittwinkel zwischen den Zahnradachsen) ist auf jeder Seite der Mittellinie g auf jeder der gegenüberliegenden Stirnflächen des Zahnkreises k markiert, wodurch zwei jeweilige Zahnstirnflächenwinkel (von xº) auf jeder gegenüberliegenden Stirnfläche des Zahnkreises k entstehen. Eine Sehne n wird dann zwischen den äußeren Punkten o und p der jeweiligen Zahnstirnflächenwinkel auf einer Seite des Zahnkreises k gezogen und eine Halbierende q durch den Zahnmittelpunkt h und die Sehne n konstruiert.
(7) Eine Linie wird vom Punkt o tangential zur Oberfläche des Zahnkreises f bei r gezogen und endet am Schnittpunkt mit der Halbierenden q bei s. Eine zweite Linie wird vom Punkt s zum Punkt p am anderen Ende der Sehne gezogen, und die gleich langen Seiten des resultierenden gleichschenkeligen Dreiecks ops bilden die Grundform eines Erstreckungsabschnitts, der die längsseitige Breite des Zahnradzahns in axialer Richtung auf einer Seite des Zahnkreises k vergößert. Die Halbierende q wird nun verlängert, um die axiale Mittelinie des Zahns zu bilden, und ein Dreieck mit identischen Dimensionen gezeichnet, das sich von den äußeren Punkten der jeweiligen Zahnstirnseitenwinkel auf der gegenüberliegenden Seite des Zahnkreises k (siehe Fig. 9B) erstreckt, wodurch der Erstreckungsabschnitt in entgegengesetzter axialer Richtung vervollständigt ist.
(8) Die Kontur dieser offensichtlichen "Kreis-über-Raute"-Zahnform (konstruiert um den Zahnmittelpunkt k in der oben beschriebenen Weise) dient dann für die I = orm der Zähne (betrachtet in einer Wälzebene des Zahnrads) beider Zahnräder in einem kämmenden CD-Paar. Natürlich müssen - wie dies Fachleuten auf dem Gebiet der Zahnradkonstruktion und -herstellung bekannt ist - kleinere Modifikationen betreffend Kopfrücknahme, Zwischenraum, Kante und Oberflächenglätte usw. vorgenommen werden, obwohl die endgültige CD-Zahnform im Wesentlichen nun vorliegt.
Eine Gruppe solcher kämmender CD-Zähne ist schematisch in Fig. 10 dargestellt, wobei die Zahnräder um einen Eingriffsmittelpunkt 88 positioniert und die Achsen der Zahnräder in einem ausgewählten bevorzugten Maximalschnittwinkel von xº ausgerichtet sind. Bei diesem Maximalwinkel kann man erkennen, dass drei Innenradzähne 90, 91, 92 in Kontakt mit zwei Außenradzähnen 93, 94 stehen. Daher stehen wie bei anderen Zahnkonstruktionen der Erfindung mehr CD-Zähne zu jedem Zeitpunkt in Eingriff, um erwartete Lasten zu tragen, als bei herkömmlichen Zahnradsystemen.
Die CT-, CD- und L/IC-Zahnräder weisen ein anderes gemeinsames Konstruktionsmerkmal auf - sie erfordern alle eine sehr geringe Kopfrücknahme für den Zwischenraum. In Fig. 11 ist eine solche Kopfrücknahme in sehr übertriebener Form in schematischer Perspektive dargestellt: eine Zahnstirnseite eines Außenrad-CD-Zahns 114 weist eine leicht abgeschrägte Zahnkopfhöhe jedes seiner jeweiligen Erstreckungsabschnitte 116, 117 auf, wobei die Tiefe der Abschrägung von null an der radialen Mittellinie des Zahns bis zu einem Maximum an der Außenkante der Zahnstirnseite ansteigt, wo sie auf die axiale Mittellinie des Zahns trifft. Um eine Vorstellung für das Ausmaß an erforderlicher Kopfrücknahme zu geben, kann man festhalten, dass die Zähne eines äußeren CT- oder CD-Zahnrads mit einem Außendurchmesser von 10 cm (4 Zoll) etwa 0,2 mm (0,008 Zoll) maximale Kopfrücknahme an ihren Außenkanten benötigen.
Eine solche geringe Kopfrücknahme kann während der Fertigung der vorliegenden Zahnräder problemlos realisiert werden. In einem Verfahren, bei dem die Zahnräder zu einer groben, aber bereits fast fertigen Form bearbeitet werden, können die bearbeiteten groben Zahnräder durch CBN-Schleifen mit einem Schleifwerkzeug endbearbeitet werden, das die Form eines kämmenden Zahnrads ohne jegliche Kopfrücknahme aufweist.

(d) Möndchen-Zahnkonstruktion

Das erfindungsgemäße Zahnradsystem umfasst eine weitere Zahnradzahnkonstruktion, die leicht herzustellen ist und sich besonders für bestimmte Taumelanwendungen eignet. Diese Konstruktion wird als "Möndchen" bezeichnet, da die Kontur der gesamten Längsfläche jeder der gegenüberliegenden Arbeitsflächen jedes Zahns durch den Bogen eines Einzelkreises gebildet wird; von einer Wälzfläche des Zahnrads betrachtet, erzeugt die Kontur der zwei Arbeitsflächen jedes Zahns eine möndchenartige Form. (Geometrisch ist ein "Möndchen" die Fläche, die von zwei einander schneidenden Großkreisen auf der Oberfläche einer Kugel begrenzt wird.) Für die vorliegende Erklärung der Möndchen-Konstruktion wird auf Fig. 12A und 12B Bezug genommen.
Fig. 12A zeigt die geometrische Konstruktion zur Bestimmung des Kreisbogens, der die Längskrümmung jeder Zahnstirnseite bildet. So wie oben in Zusammenhang mit den CT- und CD-Zähnen beschrieben, beginnt die Konstruktion der Möndchenzähne mit der Bestimmung der erforderlichen Größen- und Festigkeitsspezifikationen je nach Anwendung, für die das Zahnradsystem bestimmt ist; auf dieser Grundlage werden die erforderliche Zahnkopfhöhengröße, der Diametral Pitch und die normale Sehnendicke für die Zähne ausgewählt. Mit diesen Informationen wird eine einfache Konstruktion eines radialen Querschnitts des Außenrads 115 vorgenommen, wobei der Zahnkopfhöhenreis 116, der Wurzelkreis 118 und der Wälzkreis 120 gezeichnet werden; auch die Konturen einiger Zähne werden hinzugefügt.
Als nächstes wird der vorausgewählte bevorzugte Maximalwinkel x (in diesem Beispiel 25º) vom Zahnradmittelpunkt 122 zwischen den Radiallinien 124, 125 gezeichnet; eine Sehne 126 wird zwischen den zwei jeweiligen Punkten 127, 128, an denen die Radiallinien 124, 125 den Wälzkreis 120 schneiden, gezogen. Die Länge der Sehne 126 wird gemessen, um das Durchmessermaß X zu liefern, das zur Bildung des Einzelkreises herangezogen wird, der den Bogen bestimmt, der die gesamte Länge der Arbeitsfläche jedes Möndchenzahns für die Zahnräder bildet.
In einer weiteren in Fig. 12B gezeigten Konstruktion sind das Außenrad 115 und ein kämmendes Innenrad 130 in modifizierten ebenen Projektionen (wie oben erklärt) dargestellt, wobei die Achsen der Zahnräder einander im vorausgewählten bevorzugten Maximalwinkel (z. B. 25º) schneiden und der Mittelpunkt 132 eines vorgeschlagenen gemeinsamen Eingriffs markiert ist. Ein Kreis mit einem Durchmesser von X wird um den Mittelpunkt 132 gezeichnet, und die Bögen dieses Kreises bilden die Stirnseite des Außenradzahns 134 und die Rückfläche des Außenradzahns 135. Der Mittelpunkt 132 dient auch dazu, den Mittelpunkt eines Außenzahns zu markieren, und weitere Außenzahnmittelpunkte 137, 138 werden entlang der radialen Mittellinie 136 des Zahnrads 115 in aufeinanderfolgenden Abständen, die dem vorausgewählten Circular Pitch entsprechen, markiert. Anschließend werden unter Verwendung von Kreisen des gleichen Durchmessers X und der aufeinanderfolgenden Mittelpunkte 137, 138 usw. die Vorder- und Rückflächen der anderen Außenradzähne konstruiert.
Beginnend an zwei Punkten, die in einer Entfernung der Hälfte des Circular Pitch auf jeder Seite des Eingriffsmittelpunkts 132 markiert sind, werden aufeinanderfolgende Zahnmittelpunkte 139, 140 entlang der radialen Mittellinie 141 des Innenrads 130 markiert. Dann werden unter Verwendung von Kreisen des gleichen Durchmessers X und der aufeinanderfolgenden Mittelpunkte 139, 140 usw. die Vorder- und Rückflächen der Zahnradzähne des Innenrads 130 konstruiert. Wie dies für Fachleute auf dem Gebiet der Herstellung von Zahnrädern allgemein verständlich ist, können solche Möndchen-Zahnradzähne unter Verwendung zylindrischer Hohlschneidgeräte mit einem Innendurchmesser X geformt werden.
Bei dieser dargestellten Konstruktion erkennt man, dass viele Möndchenzähne (z. B. etwa zehn Zähne in jeder gemeinsamen Eingriffsfläche) auf beiden ihrer jeweiligen Flächen in vollem Kontakt stehen, wenn der Wellenwinkel zwischen den Zahnrädern der Maximalwinkel ist. Die normale Sehnendicke jedes Möndchenzahns ist jedoch nicht so groß wie der Raum zwischen den Zähnen seines kämmenden Zahnrads, sodass - wenn der Wellenwinkel von dieser maximalen Ausrichtung wieder auf eine 180º- Ausrichtung abnimmt - das Zahnspiel zwischen den kämmenden Möndchenzähnen zunimmt und ein recht großes maximales Ausmaß an Zahnspiel erreicht, wenn die Achsen die 180º-Ausrichtung erreichen. Die vorliegende Möndchen-Zahnkonstruktion ist daher für Anwendungen nicht geeignet, in denen minimales Zahnspiel zu jedem Zeitpunkt erforderlich ist, z. B. wenn erwartete Wellen-Drehungsumkehrungen während des normalen Betriebs relativ häufig eintreten.

(d) L/IC-Konstruktion

Fig. 13A und 13B sind schematische Darstellungen der Konturen der kämmenden Zähne eines weiteren erfindungsgemäßen Zahnradpaars. Aus Gründen, die sich aus der folgenden Erkärung ergeben, wird diese Konstruktion als Kombination aus Möndchen und inverser Kurve ("L/IC") bezeichnet. Wiederum sind die Konturen der Zähne in modifizierten ebenen Projektionen des Paars dargestellt, wobei ihre Achsen einander in einem bevorzugten Maximalwinkel schneiden. Natürlich muss man sich in Erinnerung rufen, dass eine solche ebene Projektion lediglich die realen Zahnräder simuliert, deren Wälzflächen kugelförmig sind. Sollten die in Fig. 13A dargestellten Zahnräder also fälschlicherweise in traditioneller Weise auf Wälzzylindern ausgelegt sein, würde beträchtlicher Unterschnitt eintreten. Wenn diese Zähne jedoch auf Wälzflächen ausgelegt sind, greifen sie im gesamten Bereich der Winkeleinstellung ohne Unterschnitt oder übermäßiges Zahnspiel ein.
Wie bei den anderen oben beschriebenen Zahnkonstruktionen werden die Zähne aus Fig. 13A und 138 am leichtesten anhand einer Konstruktion erklärt. Bei diesen L/IC- Zähnen beginnt die Konstruktion mit der üblichen Bestimmung zur Auswahl der geeigneten Zahnkopfhöhengröße, des Diametral Pitch und der normalen Sehnendicke für die Zähne sowie des erwünschten maximalen Winkels x, durch den sich die Zahnradwellen wahrscheinlich zu jeder Seite von 180º variabel schneiden.
Auf der Grundlage dieser vorausgewählten Parameter werden ebene Projektionen der Wälzkreise der zwei Zahnräder so ausgelegt, dass sie einander im maximalen Winkel (im Beispiel von Fig. 13A im Winkel von 45º) schneiden; wie bei der CT- und CD- Konstruktion ist ein Zahnmittelpunkt 80' für eines der Zahnräder am Schnittpunkt zwischen den Wälzkreisen positioniert. Unter Verwendung des ausgewählten Circular Pitch P' werden zusätzliche Zahnmittelpunkte 81', 82' sowie 83', 84', 85' und 86' auf jedem Wälzkreis markiert. Als nächstes wird der Mittelabschnitt jedes Zahns als ein jeweiliger Kreis mit einem Durchmesser ausgelegt, welcher der erwünschten Sehnendicke D' entspricht. Jeder jeweilige Kreis weist einen Radius T auf, der einer Hälfte der Sehnendicke entspricht (d. h. einem Viertel des Circular Pitch).
Die Zähne eines ersten der Zahnräder werden dann mit einer Möndchen-Konstruktion geformt, wobei die gesamte Länge jeder Zahnstirnseite 87', 88', 89', 90' jedes Zahns der Bogen eines Kreises ist, dessen Mittelpunkt sich auf dem Wälzkreis des ersten Zahnrads befindet und einen Radius R' besitzt, sodass:
R' = 3T = 3D'/2 = 3P'/4
wobei der Radius R' das Eineinhalbfache der ausgewählten Sehnendicke ist, und weiters 3/ des Circular Pitch entspricht.
Die Zähne des kämmenden Zahnrads des zweiten Zahnrads werden um die Zahnmittelpunkte 80', 81', 82' in ähnlicher Weise wie oben bei den CT- und CD- Zähnen geformt. Jeder Kreisbogen-Mittelabschnitt 91', 92' jeder Zahnfläche wird mit zwei sich axial erstreckenden Abschnitten 93', 94' versehen, die an jedes ihrer Enden anschließen; die Oberfläche jedes Erstreckungsabschnitts 93', 94' ist eine Linie, die sich (a) vom kreisrunden Mittelabschnitt 91', 92' an einem von zwei Punkten A', E' und B', F' erstreckt, die gegenüberliegend von der radialen Mittellinie 95' des Zahns in jeweiligen vorbestimmten Zahnoberflächenwinkeln x angeordnet sind, und sich (b) zum projizierten Schnittpunkt mit der axialen Mittellinie 96' des Zahns erstreckt. In der L/IC- Konstruktion ist wie bei der CT-Konstruktion die Oberfläche jedes Zahnflächen- Erstreckungsabschnitts tangential zum kreisrunden Mittelabschnitt jeder Zahnstirnseite.
Wie aus Fig. 13A ersichtlich, ist jedoch jeder Zahnflächen-Erstreckungsabschnita 93', 94' eine gekrümmte Linie mit einer Krümmung, die umgekehrt zur Krümmung des kreisrunden Mittelabschnitts 91' ist. Jeder dieser umgekehrt gekrümmten Erstreckungsabschnitte ist ein Kreisbogen mit einem Krümmungsmittelpunkt, der sich auf einer Verlängerung seiner jeweiligen Zahnoberflächen-Winkellinie A', B' und E', F' befindet. Eine solche Konstruktion ist für die Zahnflächen-Erstreckungsabschnitte des Zahns 97' dargestellt, für den die Krümmungsmittelpunkte für die Erstreckungsabschnitte 100', 101', 102' und 103' die Punkte 104', 105', 106' bzw. 107' sind. In dieser Konstruktion entspricht der Radius R' jedes Erstreckungsabschnitts dem Dreifachen des Radius T seines jeweiligen kreisrunden Mittelabschnitts.
Fig. 13B zeigt den gleichen Eingriff des gleichen Paars an L/IC-Zahnrädern wie in Fig. 13A, doch ihre Achsen schneiden einander in einem Winkel von nur 20º und nicht im bevorzugten Maximalwinkel. Man erkennt, dass fünf Zähne nach wie vor in Eingriff stehen. Daher bietet die erfindungsgemäße L/IC-Konstruktion auch mehr Zähne, die jederzeit in Eingriff stehen, als ein herkömmliches Zahnradsystem; wenn die Achsen in einem Winkel von 180º ausgerichtet sind, befinden sich alle Zähne wie in einer Zahnradkupplung in vollem Eingriff.

Hydraulische Maschine mit variabler Verdrängung

Eine bevorzugte Form der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Maschine wird in Bezug auf Fig. 14, 15, 16 und 17 beschrieben. Wie oben angeführt, betrifft die Erfindung hauptsächlich die Schrägplattenanordnung und die Axiallagerabschnitte der Maschine. Da die anderen Elemente der Maschine auf dem Gebiet allgemein bekannt sind, werden diese nur relativ oberflächlich erörtert.
Fig. 14 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht einer hydraulischen Maschine, die in ein dreiteiliges modulares Gehäuse eingesetzt ist, das eine Zylindereinheit 150a und eine Endkappe 150b umfasst, die durch nicht dargestellte Bolzen an jedem Ende einer zentralen Gehäuseeinheit 150c befestigt sind. In der Gehäuseeinheit 150a sind mehrere fixe zylinder 152, 153 ausgebildet, in denen sich eine Vielzahl an hantelförmigen Kolben 154, 155 hin- und herbewegen. Ebenfalls in der Gehäuseeinheit 150a ausgebildet sind geeignete Durchgänge 156, 157 zur Beförderung von hydraulischer Flüssigkeit zu und von den Zylindern 152, 153. Der Flüssigkeitsstrom zu und von den Zylindern 152, 153 wird von mehreren Dreisteg-Radialventilen 158, 159 reguliert, die in der Gehäuseeinheit 150a getragen und synchron durch eine Nocke 160 betrieben werden, die zur Drehung mit einem Antriebselement 162 fixiert ist.
Es ist zu sehen, dass das Radialventil 158 den Durchgang 156 mit dem Zylinder 152 verbindet, während es die Verbindung zwischen dem Zylinder 152 und dem Durchgang 157 verschließt. Es ist zu sehen, dass das Radialventil 159 gleichzeitig den Durchgang 157 mit dem Zylinder 153 verbindet, während es die Verbindung zwischen dem Zylinder 153 und dem Durchgang 156 abschließt. Die Durchgänge 156 und 157 werden verwendet, um Hoch- bzw. Niederdruck-Hydraulikflüssigkeit zu befördern, wenn die Maschine als Motor betrieben wird, oder Nieder- bzw. Hochdruck zu befördern, wenn die Maschine als Pumpe betrieben wird. Der Strom der hydraulischen Flüssigkeit zu und von den Zylindern 152, 153 und der Betrieb der Radialventile 158, 159 sind auf dem Gebiet allgemein bekannt und müssen nicht weiter erläutert werden.
Der Hub der Kolben 154, 155 wird durch die Winkelneigung einer geteilten Schrägplatte bestimmt, die ein Taumelelement 14' und einen Rotor 16' umfasst, der schwankt, während er sich mit dem Antriebselement 162 dreht. Der Rotor 16' ist durch eine kleine Kugellagerstütze am Antriebselement 162 befestigt, aufgrund der die Winkelneigung des Rotors 16' um den Gelenkspunkt 28' eingestellt werden kann. Das Taumelelement 14' empfängt und hält die kugelförmigen Enden 170, 171 der Kolben 154, 155; und während es mit dem Rotor 16' schwankt, wird es durch das schwankende Zahnradsystem der Erfindung, das oben bereits ausführlich beschrieben wurde, an der Drehung gehindert. Ein Außenrad 10' ist an der zentralen Gehäuseeinheit 150c befestigt, während ein kämmendes Außenrad 20' an der äußeren Umfangsfläche des Taumelelements 14' befestigt ist. Die Achse des Innenrads 10' fällt mit der Drehachse 42' des Antriebselements 162 zusammen, und die Achse des Innenrads 20' führt durch den Drehpunkt 28'.
In der schematisch in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise verläuft die Achse des Außenrads 20' senkrecht zur Stirnseite 26' des Taumelelements 14', und die Achse 40 schneidet die Drehachse 42' des Antriebselements 162 am Punkt 28'. Das schwankende Zahnradpaar 10', 20' ist mit kämmenden Zähnen der CT-, CD-, Möndchen- oder UIC-Konstruktionen versehen, wobei das Außenrad 20' um das Innenrad 10' taumelt und die Drehung des Taumelelements 14' in der ausführlich oben beschriebenen Weise einschränkt.
Die Winkelneigung der geteilten Schrägplatte wird durch eine Servosteuerungs- Anordnung justiert, die zwar in Fig. 14 fehlt, aber im Detail in Fig. 15 dargestellt ist, einer relativ schematischen Darstellung des Schrägplattenabschnitts der in Fig. 14 gezeigten Maschine, wobei zahlreiche Teile von Fig. 14 aus Gründen der Einfachheit und Übersichtlichkeit entfernt wurden. Eine Gelenkstange 172 besitzt ein Ende, das mit dem Rotor 16' verbunden ist, und ein anderes, das mit einem Steuerkolben 174 verbunden ist, der das Antriebselement 162 umgibt.
Eine Muffe 176 ist zur Drehung mit dem Antriebselement 162 verkeilt und enthält einen zylindrischen Hohlraum 177, der das Antriebselement 162 umgibt und einen am Ende des Steuerkolbens 174 ausgebildeten Flansch 178 aufnimmt. Ein kleiner an der Außenseite der Zylindergehäuseeinheit 150a befestigter Servomechanismus 180 umfasst einen Servokolben 182 mit zwei Stegen 183, 184 und ist in einem Servozylinder 185 eingesetzt. Ein an einem Ende des Servokolbens 182 ausgebildeter Steuerstab 186 ist händisch oder durch bekannte Mittel (nicht dargestellt) beweglich, um die Neigung des Rotors 16' und dadurch den Winkel des Taumelelements 14' und den Hub der Kolben 1 54, 155 (dargestellt in Fig. 14) einzustellen.
Um die Neigung der Schrägplatte und den Hub der Kolben 154, 155 zu verringern, wird der Steuerstab 186 nach rechts bewegt, wodurch der Steg 183 des Kolbens 182 eine Öffnung 183' freigibt, die innerhalb der Servozylinder 185 ausgebildet ist und den Einlass 188 mit dem Durchgang 189 in der Gehäuseeinheit 150a verbindet. Dies ermöglicht das Strömen von Druckflüssigkeit vom Einlass 188 durch den Durchgang 189 und den Durchgang 190 (im Antriebselement 162) in den linken in der Muffe 176 ausgebildeten Abschnitt des Hohlraums 177, wodurch Druckflüssigkeit in die linke Seite des Flansches 178 des Steuerkolbens 174 eingeleitet wird.
Gleichzeitig öffnet die Bewegung des Stegs 184 des Servokolbens 182 die Öffnung 184' innerhalb des Servozylinders 185, um den Durchgang 192 in der Gehäuseeinheit 150a mit einem nicht gezeigten Flüssigkeitsabfluss zu verbinden, sodass Flüssigkeit durch den Durchgang 192 und 193 (im Antriebselement 162) aus dem rechten Abschnitt des Hohlraums 177 abfließen kann. Das resultierende Druckdifferential über den Flansch 178 bewegt den Steuerkolben 174 und die Gelenkstange 172 nach rechts, wodurch sich ein Folger 195 mit dem Steuerkolben 174 nach rechts bewegt. Der Folger 195 ist am Ende des Servozylinders 185 fixiert, und dieser bewegt sich weiter nach rechts, bis seine Öffnungen 183', 184' wieder durch die Stege 183, 184 des Servokolbens 182 blockiert werden.
Wenn der Steuerstab 186 des Servokolbens 182 nach links bewegt wird, kehrt sich der oben beschriebene Vorgang um: die Öffnung 184' wird zum Flüssigkeitseinlass 188 hin geöffnet und die Öffnung 183' mit dem Flüssigkeitsabfluss verbunden. Auf diese Weise wird Druckflüssigkeit durch die Durchgänge 192, 193 in den rechten Abschnitt des Hohlraums 177 und des Flansches 178 geleitet, und Flüssigkeit im linken Abschnitt des Hohlraums 177 kann abfließen. Dies bewegt den Flansch 178 des Steuerkolbens 174 und der Gelenkstange 172 nach links, wodurch die Neigung des Rotors 16' und der Hub der Kolben vergrößert werden, bis der Folger 195 den Servozylinder 185 und seine Öffnungen 183', 184' zu einer Position bewegt, an der sie wieder durch die Stege 183, 184 des Servokolbens 182 blockiert werden.

Gleitschuhlager-Anordnungen

Wie oben angeführt, ist die erfindungsgemäße hydraulische Maschine bemerkenswert leicht und kompakt, wobei ein Großteil der Gewichts- und Größenreduktion mittels der Druckausgleichs-Gleitschuhlager-Anordnungen erzielt wurde, die zum Tragen der Axialkräfte dienen, die auf die taumelnde Zahnradschrägplatten-Struktur und das Antriebselement durch die sich hin- und herbewegenden Kolben einwirken. An dieser Stelle ist es wichtig, klarzustellen, dass die herkömmliche und allgemein bekannte "Gleitschuh"-Technologie in ganz anderer Weise als bisher angewendet wurde. Die vorliegenden Anordnungen unterscheiden sich von Anordnungen des Stands der Technik, in denen die Gleitschuhe über eine Lagerfläche gleiten, während sie mit Kolben in einem rotierenden Zylinderblock rotieren. Die vorliegenden Gleitschuhe bewegen sich nicht um die Drehachse der Maschine, sondern werden festgehalten, um eine Lagerfläche zu bilden, über die ein sich drehendes Stützelement gleitet. Nur relativ geringe Federvorspannung wird angelegt, um die Gleitschuhe elastisch gegen ihre jeweiligen Lagerflächen vorzuspannen. Es werden gemäß der Erfindung keine schweren Federn der Auslegungen des Stands der Technik verwendet, die eine relativ große Axialkraft auf die Gleitschuhe ausüben und dadurch zum Wirkungsverlust beitragen, da beträchtliche zusätzliche Reibungslasten überwunden werden müssen.
Wieder auf die schematische Schrägplattenanordnung von Fig. 1 Bezug nehmend, wird der axiale Schub der Kolben 18, der gegen das Taumelelement 14 und das Antriebselement 24 wirkt, in herkömmlicher Weise mit bekannten Gruppen an Rollenlagern 197, 198 getragen. Da das Taumelelement 14 durch die schwankenden Zahnräder 10, 20 an der Drehung gehindert wird, während sich der Rotor 16 mit dem Antriebselement 24 dreht, erlauben die Rollenlager 197 seine Drehung relativ zum Taumelelement 14. Der axiale Schub der Kolben 18 wird durch die Rollenlager 197 auf den Rotor 16, dann durch den Rotor 16 auf das Antriebselement 24 und schließlich durch die Muffe 177' des Antriebselements 24 und die Rollenlager 198 auf eine Lagerfläche auf dem Gehäuse 12 übertragen.
Im Gegensatz zu der oben beschriebenen herkömmlichen Verwendung von Rollenlagern zur Abstützung des axialen Schubs der Maschinenkolben verwendet die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Maschine von Fig. 14 zwei Gruppen an Druckausgleichs-Gleitschuhen 200, 201, die unabhängig voneinander zwischen dem Taumelelement 14' und dem Rotor 16' bzw. zwischen der Muffe 176 des Antriebselements 162 und einem zylindrischen Ring 218 montiert sind, der axial durch ein in der zentralen Gehäuseinheit 150c fixiertes Stützelement 202 festgehalten wird.
Fig. 1 6 und 17 sind zwei vergrößerte Details des Schrägplattenanordungs-Abschnitts der hydraulischen Maschine von Fig. 15. Fig. 16 zeigt einen Abschnitt der Druckausgleichs-Gleitschuhlager-Struktur, die zwischen dem Taumelelement 14' und dem Rotor 16' zur Anwendung kommt. Jeder einer Vielzahl an Gleitschuhen 200 ist mit dem kugelförmigen Ende 170 eines jeweiligen Kolbens 154 ausgerichtet, und jeder Schuh 200 besitzt eine Nabe 204, die in einer jeweiligen in der Rückfläche 206 des Taumelelements 14' ausgebildeten Tasche 205 aufgenommen ist.
Fig. 17 ist eine schematische Axialansicht der Rückfläche 206 des Taumelelements 14', aus der eine Vielzahl an in Taschen 205 untergebrachten Gleitschuhen 200 ersichtlich ist jeder Gleitschuh 200 besitzt eine Lagerfläche 208, die in Gleitkontakt mit einer Gegenfläche steht, die auf der Stirnseite des Rotors 16' ausgebildet ist. Jeder Gleitschuh 200 enthält auch einen Druckausgleichshohlraum 211 in der Lagerfläche 208;
Flüssigkeitsdurchgänge 212, 213, 214 sind jeweils durch jeden Kolben 154, das Taumelelement 14' und jeden Gleitschuh 200 ausgebildet, um jeden Druckausgleichshohlraum 211 mit dem Kopf jedes Zylinders 152 zu verbinden. Auf diese Weise wird jeder Gleitschuh 200 auf der sich drehenden Stirnseite 210 des Rotors 16' durch einen Druck gehalten, der dem Druck am Kopf jedes Zylinders 152 entspricht.
Es ist für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung verständlich, dass sich das Kreisformat, in dem die Schuhe 200 angeordnet sind, von Konstruktionen des Stands der Technik unterscheidet, in denen die Gleitschuhe in einem etwas ovalen Muster angeordnet sind; man beachte, dass auf Wunsch in einigen Anwendungen die Taschen 205 in einem solchen geringfügig ovalen Muster positioniert sein können.
Jeder Gleitschuh 200 ist durch eine Vorspannfeder 216 hin zur Vorderfläche 210 des Rotors 16' elastisch vorgespannt. Dies ist notwendig, um während des Ablass/Einfüllhubs des jeweiligen Zylinders den Kontakt zwischen der Lagerfläche 208 und dem Rotor 16' aufrechtzuerhalten.
Wie oben erwähnt, liegt eine sich drehende Muffe 176 des Antriebselements 162 gegen eine zweite Gruppe von Gleitschuhen 201 an, die sich in Taschen in der Vorderfläche eines zylindrischen Rings 218 befinden, der durch das Stützelement 202 axial in der Gehäuseeinheit 150c festgehalten wird. Das Aussehen und die Beziehung der Gleitschuhe 201 und der Vorderfläche des zylindrischen Stützrings 218 sind praktisch identisch mit dem Aussehen und der Beziehung der Gleitschuhe 200 und Rückfläche des Taumelelements von Fig. 17.
In ähnlicher Weise wie oben in Zusammenhang mit den Gleitschuhen 200 beschrieben, sind die jeweiligen Lagerflächen jedes Gleitschuhs 201 elastisch gegen die Gegenfläche der Muffe 176 vorgespannt, und jede Lagerfläche weist einen Druckausgleichshohlraum auf, der in seiner jeweiligen Lagerfläche ausgebildet ist. Flüssigkeitsdurchgänge 220 in der Gehäuseeinheit 150c verbinden jeden dieser jeweiligen Druckausgleichshohlräume mit dem Kopf seines zugehörigen Zylinders 152, 153, um für Stützdruck gegen die sich drehende Oberfläche der Muffe 176 zu sorgen, der dem Druck am Zylinderkopf entspricht. Das Grundformat dieser Gleitschuhanordnung wird in einer weiteren Ausführungsform der hydraulischen Maschine angewendet, die nun ausführlich beschrieben wird.

Hydraulische Maschine mit konstanter Verdrängung

Fig. 18 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schrägplattenanordnung mit fixem Winkel. Wiederum wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit zahlreiche Teile weggelassen, wobei man davon ausgehen kann, dass die wesentlichen Elemente der übrigen Abschnitte dieser Ausführungsform praktisch identisch mit jenen in der Ausführungsform von Fig. 14 sind.
Ein Innenrad 10" ist an einem Gehäuse 12" fixiert und ein kämmendes Außenrad 20" an der äußeren Umfangsfläche eines Taumelelements 14" fixiert, das mit einem Rotor 16" zusammenwirkt, um eine geteilte Schrägplatte zu bilden. Das Taumelelement 14" hält und stützt die Enden der Kolben 18", die in jeweiligen in dieser Abbildung nicht gezeigten Zylindern montiert sind, während sich der Rotor 16" mit einer Welle 22" eines Antriebselements 24" dreht. Die Achse 40" des Außenrads 20" verläuft senkrecht zur Vorderfläche 26" des Taumelelements 14", und die Achse 40" schneidet die Drehachse 42" des Antriebselements 24" am Punkt 28", der auch der eigentliche Mittelpunkt ist, um den der Rotor 16" zur Achse 42" geneigt ist (zwecks Drehung und Schwanken). Die Achse des Innenrads 10" fällt mit der Rotationsachse 42" zusammen. In dieser Ausführungsform ist der Rotor 16" in einem bestimmten bevorzugten Neigungswinkel x (z. B. 30º) am Antriebselement 24" befestigt, und die kämmenden Zähne der Zahnräder 10", 20" sind gemäß einer der oben beschriebenen Konstruktionen geformt.
In ähnlicher Weise wie bei den obigen Anordnungen enthält der Rotor 16" eine Nabe 224, und das Taumelelement 14" wird durch eine Spannmutter 228 und Nadellager 226 festgehalten, wobei es durch Nadellager 227 von der Nabe 224 getrennt ist. Die Rückfläche 206" des Taumelelements 14" besitzt mehrere Taschen 205", in welche die Nabenabschnitte jeweiliger Gleitschuhe 200" eingepasst sind. Jeder Gleitschuh 200" besitzt eine Gleitfläche 208", die durch eine Feder 216" elastisch gegen die rotierende Vorderfläche 210" des Rotors 16" vorgespannt ist. Wie in der Ausführungsform von Fig. 16 ist ein Druckausgleichshohlraum 211" in der Lagerfläche 208" jedes Gleitschuhs 200" durch geeignete Flüssigkeitsdurchgänge mit dem Zylinderkopf des zugehörigen Kolbens 18" verbunden.
Die Rückfläche des Rotors 16" mit fixem Winkel dient als Muffe 230 für das Antriebselement 24", wodurch eine Gegenfläche gebildet wird, die über eine zweite Gruppe an Gleitschuhen 201" gleitet. Jeder Schuh 201" besitzt eine Nabe 204", die in einer jeweiligen Tasche 205" in der Vorderfläche eines zylindrischen Rings 218" ausgebildet ist, der durch ein Stützelement 202" axial im Gehäuse 12" festgehalten wird. Das Aussehen und die Beziehung der Gleitschuhe 201" und der Vorderfläche des zylindrischen Stützrings 218" sind praktisch identisch mit dem Aussehen und der Beziehung der Gleitschuhe 200 und der Rückfläche des Taumelelements 14" von Fig. 17.
Ähnlich wie die oben beschriebenen Gleitschuhe besitzt jeder Gleitschuh 201" eine Lagerfläche 208", die durch eine Feder 216" elastisch gegen die sich drehende Muffe 230" des Antriebselements 24" vorgespannt ist (d. h. gegen die Rückfläche des Rotors 16"). Wie in der Ausführungsform von Fig. 14 ist ein Druckausgleichshohlraum 211 " in der Lagerfläche 208" jedes Gleitschuhs 200" durch geeignete Flüssigkeitsdurchgänge 220" mit dem Zylinderkopf (siehe Fig. 14) jedes zugehörigen Kolbens 18" verbunden, um Stützdruck gegen die rotierende Oberfläche der Muffe 230 zu erzeugen, der dem Druck im Zylinderkopf entspricht.
Wiederum ist zu beachten, dass sich Gleitschuhe 200" und 201 " nicht um die Drehachse 42" bewegen, sondern in ihren jeweiligen Taschen 205" in der Rückfläche 206" des Taumelelements 14" bzw. der Vorderfläche des zylindrischen Rings 218" an der Drehung gehindert werden, wobei nur eine Druckausgleichs-Lagerfläche für die vordere und hintere Gegenfläche des sich drehenden und taumelnden Rotors 16" bereitgestellt wird.
Wie oben erwähnt, sind die Ventil-Zylinder-Kolben-Elemente dieser Maschinen- Ausführungsform mit konstanter Verdrängung in Fig. 18 nicht zu sehen, doch sie sind mit den gleichen Ventil-Zylinder-Kolben-Elementen in der Zylindergehäuseeinheit 150a der Ausführungsform der hydraulischen Maschine von Fig. 14 identisch. Es ist unter Bezugnahme auf die Elemente von Fig. 14 offenkundig, dass - während jeder Kolben 18" durch die alternierenden Drücke seiner repetitiven Druck/Ausstoßhübe hin- und herbewegt wird - jeder der Gleitschuhe 200", 201 ", mit denen er ausgerichtet ist, jederzeit durch genau die gleiche Größenordnung an alternierendem Druck, wie er am Kopf des jeweiligen Zylinders herrscht, ausgeglichen wird.
Die oben beschriebenen nicht-rotierenden Gleitschuhanordnungen ermöglichen es, auf die größeren und schwereren Rollenlageranordnungen hydraulischer Maschinen des Stands der Technik zu verzichten. Wenn die erfindungsgemäßen Schuhanordnungen mit den taumelnden Zahnrädern des neuen hierin geoffenbarten Zahnradsystems kombiniert werden, liefern sie hydraulische Maschinen, die bemerkenswert verringerte Größe und reduziertes Gewicht aufweisen und trotzdem wirkungsvoll und ruhig die schweren Lasten tragen können, die bei Hochgeschwindigkeits/Hochdruck-Automobil- und Industrieanwendungen erforderlich sind.

Claims

1. Hydraulische Maschine, umfassend:

- ein Gehäuse (12), eine Vielzahl von Kolben (18, 154), die hin- und herbeweglich in Zylindern (152) montiert sind, die im Gehäuse befestigt und den Umfang entlang in einem ersten Radialabstand um die Rotationsachse (42, 42') eines Antriebselements (24) angeordnet sind, eine geteilte Schrägplatte, die eine Neigung bis zu einem vorbestimmten Maximalwinkel in Bezug auf die Rotationsachse aufweist, wobei die Kolben einen Hub aufweisen, der durch die Neigung der Schrägplatte bestimmt ist; und die Schrägplatte umfasst:

- ein Taumelelement (14, 14'), das um die Rotationsachse schwankt, sich aber nicht dreht, und das aufweist:

- eine erste Fläche (26, 26'), mit der die Kolben in einem ersten Radialabstand von der Rotationsachse verbunden sind, und

- eine Umfangsaußenfläche; sowie

- einen Rotor (16, 16'), der auf einem Drehgelenk montiert ist und vom Antriebselement angetrieben wird, so dass, wenn er in einem Winkel zur Rotationsachse geneigt ist, der Rotor beim Drehen schwankt;

gekennzeichnet durch

- ein Innenzahnrad (10, 10'), das am Gehäuse befestigt ist und eine Achse aufweist, die so angeordnet ist, dass sie mit der Rotationsachse zusammenfällt;

- ein Außenzahnrad (20, 20'), das an der äußeren Umfangsfläche des Taumelelements (14, 14') befestigt ist und eine Achse (40) aufweist, die senkrecht zur ersten Fläche (26, 26') des Taumelelements ausgerichtet ist;

- wobei das Innenzahnrad (10, 10') und das Außenzahnrad (20, 20') Wälzflächen in Form eines Paares jeweiliger Wälzkugeln aufweisen, die konzentrisch sind und Radii aufweisen, die im Wesentlichen identisch sind, aber ausreichend Zwischenraum zufassen, damit das Außenzahnrad (20, 20') um das Innenzahnrad (10, 10') ohne Drehung taumeln kann; und

- die Zahnräder kämmende Zähne aufweisen, die sich gleichzeitig in zwei Verzahnungsbereichen in Eingriff befinden, die 180º voneinander entfernt zentriert sind, und jeder der kämmenden Zähne von zumindest einem der kämmenden Zahnräder, wenn auf der Wälzkugel seines jeweiligen Zahnrads betrachtet, eine längsgerichtete Oberfläche mit zumindest einem Mittelabschnitt (66, 67; A'-E'; B'-F') aufweist, der ein Bogen eines einzigen Kreises mit vorbestimmtem Durchmesser ist.

2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin die Neigung der Schrägplatte eine aus folgenden ist:

(a) fixiert im vorbestimmten Maximalwinkel zur Rotationsachse, und

(b) einstellbar zwischen einer ersten Position, in der der Hub der Kolben einen Minimalwert hat, und einer zweiten Position, in der die Schrägplatte im vorbestimmten Maximalwinkel zur Rotationsachse geneigt ist und der Hub der Kolben einen Maximalwert hat.

3. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin der vorbestimmte Maximalwinkel 30º ist.

4. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin jeder kämmende Zahn eine Zahndickensehne (D) mit vorbestimmter Abmessung hat und der einzige Kreis einen Durchmesser aufweist, der gleich der vorbestimmten Abmessung ist.

5. Hydraulische Maschine nach Anspruch 4, worin

- der Kreisbogen-Mittelabschnitt einer jeden Zahnfläche von zumindest einem der Zahnräder zwei sich axial erstreckende Abschnitte (72, 73) aufweist, die jeweils an jedem seiner jeweiligen Enden anliegen; und

- die Oberfläche eines jeden jeweiligen Erstreckungsabschnitts auf der Wälzkugel gesehen eine Linie bildet

a) die sich von und tangential zum kreisförmigen Mittelabschnitt an einem jeweiligen von zwei Punkten (A, E) erstreckt, die einander gegenüber in jeweiligen vorbestimmten Zahnflächenwinkeln (x) angeordnet sind, gemessen von einer radialen Mittellinie (68) der Zahnfläche, und

b) die sich zu einer projizierten Schnittstelle mit der axialen Mittellinie (76) des Zahns erstreckt, und

- worin jeder jeweilige Zahnflächen-Erstreckungsabschnitt eine gerade Linie (72, 73; o-s, o-p) oder eine gekrümmte Linie (93', 94') bildet, deren Krümmung invers zur Krümmung des kreisförmigen Mittelabschnitts ist.

6. Hydraulische Maschine nach Anspruch 5, worin jeder Zahnflächenwinkel (x) gleich dem vorbestimmten Maximalwinkel (x) ist.

7. Hydraulische Maschine nach Anspruch 5, worin die inverse Krümmung der Bogen eines Kreises ist, dessen Radius gleich dem Dreifachen des Radius des kreisförmigen Mittelabschnitts ist.

8. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin die gesamte längsgerichtete Oberfläche (87,' 88') eines jeden der kämmenden Zähne des zweiten Zahnrads des Paares, auf der jeweiligen Wälzkugel des zweiten Zahnrads gesehen, durch den Bogen eines Kreises gebildet ist.

9. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin die Zahnflächen eines jeden der kämmenden Zähne von zumindest dem ersten der Zahnräder, in einer radialen Mittelebene des einen Zahnrads gesehen, im Wesentlichen ein geradseitiges Profil aufweisen, wobei das geradseitige Profil entweder (a) keilwellenförmig (62) ist oder (b) einer radialen Linie (60) des einen Zahnrads folgt, und jede Zahnfläche eine obere Zahnkopfhöhe (116, 117) aufweist, die Kopfrücknahme aufweist.

10. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin:

- die Neigung der Schrägplatte zwischen einer ersten Position, in der der Hub der Kolben einen Minimalwert aufweist, und einer zweiten Position einstellbar ist, in der die Schrägplatte im vorbestimmten Maximalwinkel geneigt ist und der Hub der Kolben einen Maximalwert aufweist;

- die Neigung der Schrägplatte durch eine Gelenkstange (172) eingestellt wird, die in Bezug auf das Antriebselement axial beweglich ist; und

- ein Ende der Gelenkstange (172) mit dem Rotor (16') verbunden ist und das andere Ende der Gelenkstange mit einem Steuerkolben (174) verbunden ist.

11. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin:

- das Taumelelement (14') eine zweite Fläche aufweist, die sich in großer Nähe zu einer Gegenfläche des Rotors (16') befindet;

- ein erster Satz Gleitschuhe (200) jeweils in Taschen angeordnet ist, die sich auf der zweiten Fläche des Taumelelements in direkter Ausrichtung mit den Positionen befinden, in denen die Kolben mit der ersten Fläche des Taumelelements verbunden sind, wobei eine Oberfläche eines jeden der Gleitschuhe in Gleitkontakt mit der Gegenfläche des Rotors angeordnet ist;

- wobei der Rotor eine Hinterfläche (176) aufweist, die in großer Nähe zu einer Lagerfläche angeordnet ist, die im Gehäuse ausgebildet ist;

ein zweiter Satz Gleitschuhe (201) jeweils in Taschen angeordnet ist, die sich auf der Lagerfläche des Gehäuses befinden, wobei eine Oberfläche eines jeden Gleitschuhs des zweiten Satzes in Gleitkontakt mit einer Gegenfläche angeordnet ist, die an der Hinterfläche des Rotors ausgebildet ist;

wobei jeder Gleitschuh eines jeden Satzes elastisch zu seiner Gegenfläche vorgespannt ist und jeder Schuh einen Druckausgleichshohlraum umfasst, der in der Oberfläche ausgebildet ist, die sich mit der Gegenfläche in Gleitkontakt befindet; und

- ein jeweiliger Fluiddurchgang zwischen dem jeweiligen Kopf eines jeden Zylinders und dem Druckausgleichshohlraum eines jeweiligen Gleitschuhs eines jeden Satzes ausgebildet ist.

12. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, worin:

- das Gehäuse eine Zylindereinheit (150a) und eine Endkappe (150b) umfasst, die jeweils abnehmbar an einem jeweiligen Ende einer Zentraleinheit (150a) (150a) mit einer axialen und einer radialen Abmessung befestigt sind;

- die Kolben (154, 155) vorbestimmte radiale und axiale Abmessungen haben und in Zylindern (152, 153) mit radialer dazupassender Abmessung aufgenommen sind, die in der Zylindereinheit ausgebildet sind; wobei das Antriebselement eine vorbestimmte axiale Abmessung aufweist und von einem Lager getragen wird, das angrenzend an die Endkappe montiert ist; und die Schrägplatte innerhalb der Zentraleinheit montiert ist; und

- die hydraulische Maschine modular veränderbar ist, ohne die Endkappe und ihr angrenzendes Lager oder die Schrägplatte oder irgendeinen Abschnitt der Zylindereinheit mit Ausnahme der axialen Abmessung der Zylinder zu ändern, und durch Ersetzen:

(a) der Zentralgehäuseeinheit (150c) durch eine ähnliche Zentraleinheit mit identischer radialer Abmessung aber einer modifizierten axialen Abmessung; und

(b) des Antriebselements und der Kolben durch ein Antriebselement und Kolben, die jeweils nur in Bezug auf ihre jeweiligen axialen Abmessung modifiziert sind.