CN101960089A - 泵或马达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于液态或气态介质的泵或马达，其包括轴(4)，该轴朝向工作部件(13)并且与工作部件(13)具有共同的倾斜滑动平面(14)，由此使限定泵工作室(12)的工作部件(13)在一位置固定的壳体(10)中摆动。

Description

泵或马达
现有技术及其缺点
本发明从根据独立权利要求所述类型的、用于液态或气态介质的泵或马达出发。在已经公知的这种类型的机器(DE OS 42 41 320)中，通过轴来驱动工作部件，其中，根据一种具有端面齿部的机器来缩小或扩大工作面之间的工作室，以便输送介质。反过来，这种机器也可用作马达，其方式是，在压力作用下将介质输送到工作室中，在此，介质通过扩大工作室来产生对轴的驱动。在任何情况下，两个工作部件在机器壳体中旋转地运动会对旋转轴承以及对轴向轴承产生相应高的要求并且在工作压力方面具有明显的功率限制。
在另一种公知的这种类型的机器(US PS 3,236,186)中，在具有球形内室的壳体中设置两个在端面上通过它们的齿相互啮合的部件，其中，在中央，这些部件上的球形设计构型能够在旋转时产生这些部件相互间的摆动运动。在此，也存在对部件的旋转轴承以及部件的轴向轴承的相应高的要求，从而尤其为工作压力的大小规定了窄的界限。此外，在端面齿部的齿上制造这种凸地或凹地构造的齿根面的耗费是非常高的。
在这些公知的泵或马达中，由结构决定了形成工作室的流入管和排流管的通道径向地分支到这些工作部件，从而由此同样存在对工作部件的、相应于功率压力的径向负荷。由此可见，通过径向棱边的介质流动对于工作部件上的、控制通道的汇合的棱边造成相应的磨损，所述磨损随着功率损耗的相应增大而增加，也随着机器的运行持续时间而增大。由于磨损，在齿的球形面上在该球形面的外部球形区域中存在一个工作室与下一个工作室的不密封，其中，齿的径向端面与相对置的球壁的在其他方面有利的少许重叠是特别不利的。
发明内容
本发明的任务在于，改进用于液态或气态介质的泵或马达，即改进与此有关的机器，通过该机器可以无缺陷地承受高得多的介质工作压力，并且其可以无显著的制造耗费地被制造。
具有独立权利要求和从属权利要求10、13和15的特征的、根据本发明的机器具有以下优点：在结构简单并且成本相应低廉的情况下实现了用于高工作压力的机器，其中，有利的是，在已知的机器中由于径向负荷而不利地起作用的压力现在主要被转换到可被更容易控制的轴向上。通过固定地设置与工作部件相对置的、限定工作室的另一个工作面的位置，也消除了第二工作部件的支承力，从而工作部件仅朝向轴在倾斜滑动平面上具有支承面，并且主要仅轴必须具有轴向轴承并且也仅在很小程度上必须具有受负荷的径向轴承或者根据权利要求15在特殊情况中不具有受负荷的径向轴承。在此，工作部件的摆动对应于轴的转动。由于所述摆动，在轴转动时，这些工作室因此相继地扩大或缩小，由此产生相应的机器功率。在已知的尤其是旋转活塞马达，例如汪克尔机或者偏心蜗杆泵中，在截面中通常考虑，什么导致本发明构型的引言部分中的困难。对发明具有决定性意义的是，位置固定的工作面和摆动的工作部件的工作面具有与球面的良好的形状配合连接，其中，表面稳定性通过运行期间保留的密封性保持，即与工作部件的轴向位置无关。
根据本发明的一种有利构型，位置固定的工作面的中轴线与轴的旋转轴线相同。由此可实现摆动驱动的最优化。
根据本发明的一种附加构型，接收摆动的工作部件的部分球形的内壁过渡到壳体的圆柱形开孔中，所述开孔的直径相应于工作部件的直径。尤其当位置固定的工作面的中轴线与轴同轴地设置时，一方面实现了工作部件在固定的工作面上的适当放置，但也在工作部件和壳体之间形成分割工作室的、大的、部分球形的重合面。
根据本发明的一种附加的有利构型，在工作部件和相对置的、不随同旋转的工作面之间在中央存在共同的、部分球形构造的支承面，该支承面同样用于径向地界定泵工作室。也由此给出了球形的支承面之间的、分割工作室的、大的重合，其对于机器的效率而言具有相应的优点。
根据本发明的一种附加的有利构型，彼此相对置的端面齿部的齿被构造为摆线齿部，其具有带有摆线展开的滑动面的功率部分和锁止部分。这种构型本身是公知的(DE 42 41 320)，尤其是在彼此相对置的工作面分别随同旋转的构型中。然而如在本发明中那样仅一个工作面旋转时，摆线展开的优点得以保留。这种摆线展开的优点可从现有技术中获知。
根据本发明的、在权利要求10要求保护的附加构型，通到工作室的流入管和/或排流管作为固定的通道轴线对称地从位置固定的工作面分支和不受控制地从工作部件分支。由此，在控制棱边本身的磨损无法避免的情况下，在摆动的工作部件和球形的壁之间的锋利的控制棱边避免了相应的质量降低。然而，对于一些功能系统而言，附加的阀控制装置是所期望的，因此，根据本发明的与此相关的附加构型，可在固定的通道中设置可控阀。
根据本发明的、与此相关的附加有利构型，平板阀被用作阀，该平板阀具有一个带有外部的和内部的环的保持部件并且具有设置在这些环之间的、固定在这些环中的一个环上的弹性的阀板。这种平板阀可成本极其有利地被制造并且以止回阀的方式工作。
根据本发明的、在权利要求13中要求保护的附加有利构型，所述轴向着倾斜滑动平面具有相对于所述轴的受支承的区段具有增大的直径，其中，用作流入管和/或排流管的、随同旋转的通道在由此在轴中形成的台阶中延伸。
根据本发明的与此有关的有利构型，在工作部件的工作面中存在对应于随同旋转的通道的开孔，所述开孔受这些通道在倾斜滑动平面中的入口的控制。
根据本发明的、在权利要求15中同样要求保护的可替代的有利构型，为了从工作室中或向工作室传输液态或气态介质，所述轴具有在所述轴中延伸的连接通道，以便避免所述轴因介质输送而对壳体以及对旋转轴承产生径向负荷。尤其是在本发明作为密封式马达的应用中，该构型起到决定性的作用，因为只有通过对轴的支承力的径向卸载才可以相应地提高机器的工作压力并因此可以相应地提高机器的功率范围。
根据本发明的与此有关的有利构型，在工作室的底部存在开孔，这些开孔通到位于倾斜滑动平面和工作部件的背面之间的聚集室，其中，聚集室是径向向外地关闭的并且直接通向连接通道。由此，在轴上的径向力完全卸载的情况下实现工作室和连接通道之间的直接连接。
根据本发明的与此有关的附加构型，在工作部件和轴的倾斜面之间的支承位置上在至连接通道的介质输送的区域中存在材料收缩部，以便由此通过材料收缩部来补偿在形成质量不平衡的倾斜面时产生的单侧的质量积聚。由此避免了由于单侧的质量积聚而在倾斜面的区域中在轴上产生单侧的径向力。
本发明的附加的优点和有利构型可在随后的说明书、附图和权利要求中获知。
具有变型方案的实施例在附图中示出并且在下面进行详细描述。
附图说明
图1示出用于液态或气态介质的泵或马达的根据图2中的剖切线A-A的纵剖面图，
图2示出根据箭头B的图1中的机器的视图，
图3示出机器的立体图，
图4示出具有第一变型方案的工作部件的根据图1的机器的纵剖面图，
图5示出根据图6中的剖切线C-C的贯穿工作部件的纵剖面图，
图6示出根据图5中箭头D的视图，
图7示出轴的与视图D相对的控制面的俯视图，
图8示出根据图9中的线E-E的贯穿泵壳体的纵剖面图，
图9示出根据箭头F的图8中的泵壳体的视图，
图10示出阀板的俯视图，
图11示出图10中阀板的立体图，
图12示出实施例的第二变型方案，以及
图13示出该变型方案中的轴的立体图。
具体实施方式
图1中以纵剖面图示出了本发明的一种实施例，正如其随后在图3中以立体图示出的那样。该实施例在此涉及一种机器，该机器视应用而定可用作用于液态或气态介质的泵或马达，其中，如尤其可从图3中看出的那样，安装壳体1的横截面是圆柱形的，以便能够将机器放入相应的孔中。圆形线环(Rundschnurringe)2向着未示出的孔壁形成安装壳体1相对于接收机器的部件的必需的密封，例如相对于接收机器的装置中的导管和孔的密封。轴4通过径向轴承3可旋转地支承在该安装壳体1中，其中，该轴通过板簧5和保险环6在轴向上被轻轻加载并可相应地移动。轴4和壳体插接件8之间的圆形线环7用于密封，该壳体插接件8通过轴向轴承9支承在安装壳体1上并且板簧5作用在该壳体插接件8上。在轴4旋转期间，由于摩擦的原因，壳体插接件8与板簧5和圆形线环7也随之运动，其中，壳体插接件8在其背离轴向轴承9的端面上具有作为密封装置的迷宫式密封装置，该迷宫式密封装置部分地插入在安装壳体的相应凹槽中。
一个不随同旋转的工作室壳体10与轴4同轴线地设置在安装壳体1中央并且通过圆形线环11向着安装壳体11密封。该工作室壳体10接收工作室12，工作室12另一面由旋转的工作部件13限界。轴4在朝向工作部件13的侧面上具有倾斜滑动平面14，从而轴4的旋转导致工作部件13的摆动。工作部件13的背离滑动平面14的端面以摆线齿部的形式啮合，所述摆线齿部相应地与相对置的工作室12壁面中的、存在于工作室壳体10上的固定的齿部配合。在工作部件13于该位置固定地设置的工作室壳体10内旋转的过程中，工作室12扩大或缩小，这导致所期望的泵作用或马达作用。在此，工作部件13和工作室壳体10的相互对应的齿以线状方式接触于相应的泵室边界。
为了实现在摆动运动过程中的导向，工作部件13被导入到接收该工作部件的工作室壳体10的球形边界中，即被导入到也在径向上形成工作室12的外边界的部分球面区段15中和在径向上向内限定工作室12的、中央的、更小的部分球面区段16中。两个部分球面区段15和16具有相同的中心M。工作部件13在其朝向面16的侧面上同样具有相应的部分球形倒圆17，以及与直径更大的部分球面区段15相应的部分球形倒圆18。由于该球形重合，不仅形成了轴4的轴向力在工作室壳体10上的非常有利的分布，而且形成了工作室与工作室的或者说工作室与其他机器通道的极其有利的分割，这尤其指的是在工作部件13的运行期间，即在工作部件13的摆动期间。
工作室壳体10通过螺旋环19固定在安装壳体1中，其中，在螺旋环19和工作室壳体10之间夹入阀板20。在图2中所示的视图B中示出，用于工作介质的连接通道21如何绕机器的轴线X中央对称地设置在该阀板20中，这些连接通道21通向工作室12。轴线X同时是轴4的旋转轴线并且相应地穿过球面的中心M。
对于工作室12，存在经过控制通道22通至围绕轴的、用于工作介质的环形室23的连接，其中，环形室23视应用而定被用作流入通道或排流通道。在所示的实施例中，如尤其从图3中可以看出的，该环形室23通过径向通道24与外部的环形室25相连接。随后，在安装机器时，该环形室25与用于介质的至少一个通道重合。
图4中所示的实施例的第一变型方案在工作部件上仅具有插入轴的孔27中的耳轴26，其中，该耳轴26与工作部件的轴线同轴线地延伸。此外，机器正如图1至3中所示的那样构造。
图5至图7示出了在根据图1的实施例的倾斜滑动平面14的区域中的控制装置，其中，工作部件13具有从工作室12出发的通道28，这些通道过渡到滑动平面14中。这些通道28与轴4的在图7中所示的向着倾斜滑动平面14的端面上的控制通道22一起作用。轴4在朝向倾斜滑动平面14的侧面上比在其受支承的区段上具有更大的直径，从而控制通道22可以设置在由此形成的台阶上并相应地为了对通道28进行控制而在倾斜滑动平面14中与这些通道28相对置。如在图6中所示，接收这些通道28的边界圆的直径R1和R2与球面区段15和16的直径几乎相同。
在图8至11中示出了介质进入或流出工作室壳体10中的工作室12的管路。进入或流出工作室12的连接通道21由阀板20覆盖，在该阀板上又设置有具有簧片30的阀环29，这些簧片以止回阀的方式控制连接通道21。
在图12和13中所示的第二变型方案中，在其相应的范围内采用图1至图11中的附图标记并如下地对其进行补充。在该变型方案中，尤其争取抑制任何作用在轴4上的径向力。出于这个原因，传输介质的管路不再径向地导出，而是在中央穿过轴导出，即穿过设置在那里的连接通道31。为此，在轴4中与轴线X同轴线地设置相应的孔，该孔在顶端与工作室12连接，即通过倾斜滑动平面14连通，有利的是，该孔在另一面可以接收构造为螺旋弹簧的弹簧5，该弹簧为此可以以简单的方式调节预压力。
如从图13中可以看出的那样，由于倾斜滑动平面14，质量在轴4的头部和尤其是在控制区域中单侧地积聚，从而也产生单侧的径向力。因此，根据本发明，在头部的控制区域中设置凹槽32，从而由此再次形成质量平衡并且因此避免单侧的径向力。由于保留了倾斜滑动平面的径向区段33，所以避免了流过工作部件12的底部和设置在那里的开孔22的介质到达不希望的区域，尤其是到达轴4的头部和工作室壳体10之间。当然，为了将设置在工作部件13底部的通道28(图5)连接到倾斜滑动平面，可以在工作部件13中或者在轴4的朝向工作部件的倾斜滑动平面14中设置径向向外地存在的和起到用于流动的介质的凹槽的凹下。
所有在说明书、随后的权利要求以及附图中描述的特征无论是以单独方式还是以相互的任意组合方式对本发明而言可能都是重要的。
附图标记清单
1     安装壳体              18    部分球形倒圆
2     圆形线环              19    螺旋环
3     径向轴承              20    阀板
4     轴                    21    连接通道
5     板簧                  22    控制通道
6     保险环                23    环形室
7     圆形线环              24    径向通道
8     壳体插接件            25    外部的环形室
9     轴向轴承              26    耳轴
10    工作室壳体            27    孔
11    圆形线环              28    通道
12    工作室                29    阀环
13    工作部件              30    簧片
14    倾斜滑动平面          31    连接通道
15    部分球面区段          32    凹槽
16    部分球面区段          33    径向区段
17    部分球形倒圆

Claims (17)

1.一种用于液态或气态介质的泵或马达，
具有设置在彼此相对置的工作面之间的工作室，所述工作面关于它们各自的旋转轴线对称，
在两个工作面上分别具有端面齿部，所述端面齿部的彼此对应的齿以径向延伸、相互啮合的接触线限定所述工作室(12)，
在两个工作面的各自轴线之间具有确定的、相应的角度，
具有可绕其轴线旋转的、带有端面齿部的工作部件(13)，该工作部件用于接收所述工作面中的一个，
所述工作部件(13)或工作面具有球形的径向边界，以便密封地支承于壳体(10)的部分球形的内壁上，
所述工作室具有径向边界，所述工作部件通过包围所述工作部件的部分球形的壳体内壁可绕工作部件的轴线摆动地支承在所述径向边界上且轴向密封地支承在这些壁上，
具有旋转的驱动装置，或通过轴(4)驱动的从动装置，
具有通道(21，22)，所述通道(21，22)分别用于介质的通到所述工作室(4)的各一个流入管和一个排流管，
其特征在于，
在所述轴(4)和设置有端面齿部及工作面的所述工作部件(13)之间设置有一倾斜滑动平面(14)，使得所述轴(4)的旋转导致所述工作部件(13)的摆动或者所述工作部件(13)的摆动导致所述轴(4)的旋转，并且使得与所述工作部件(13)相对置的、具有与工作部件(13)的端面齿部相对应的端面齿部的另一个工作面(在10上)不随同旋转地并且由此位置固定地设置在所述壳体(10)中。
2.根据权利要求1所述的泵或马达，其特征在于，位置固定的工作面的中轴线(X)与所述轴(4)的旋转轴线相同。
3.根据权利要求1或2所述的泵或马达，其特征在于，接收摆动的工作部件(13)的部分球形的内壁(15)过渡到所述壳体(10)的圆柱形开孔中，所述开孔的直径相应于所述工作部件(13)的直径。
4.根据以上权利要求中任一项所述的泵或马达，其特征在于，所述机器具有用于安装到孔或管道中的圆柱形的外部尺寸。
5.根据以上权利要求中任一项所述的泵或马达，其特征在于，在所述工作部件(13)和所述轴(4)之间在所述倾斜滑动平面(14)上设置有一耳轴(26)，该耳轴插入到相对置的部件(工作部件或轴)的相应的导向孔(27)中(图4)。
6.根据权利要求5所述的泵或马达，其特征在于，所述耳轴(26)设置在所述工作部件(13)上。
7.根据以上权利要求中任一项所述的泵或马达，其特征在于，所述轴(4)包括工作部件(13)在内在位置固定的工作面方向上被弹性地(5)加载并且所述轴可旋转地且可轴向移动地支承在整个壳体中。
8.根据以上权利要求中任一项所述的泵或马达，其特征在于，在工作部件(13)和相对置的、不随同旋转的工作面之间在中央存在共同的、球形构造的支承面(16)，该支承面同样用于泵工作室(12)的径向限界。
9.根据以上权利要求中任一项所述的泵或马达，其特征在于，彼此相对置的端面齿部的齿被构造为摆线齿部，所述摆线齿部具有带有摆线展开的滑动面的功率部分和锁止部分。
10.根据以上权利要求中任一项所述的泵或马达，其特征在于，通到所述泵工作室(12)的流入管和/或排流管作为固定的通道(21)轴线对称地从位置固定的工作面分支并且不受控制地从所述工作部件(13)分支。
11.根据权利要求10所述的泵或马达，其特征在于，所述固定的通道(21)可通过设置在所述工作室壳体(10)中的阀(29，30)控制。
12.根据权利要求11所述的泵或马达，其特征在于，平板阀用作阀，所述平板阀包括一个具有外部的和内部的环(29)的保持部件和设在所述环之间的、弹性地固定在这些环中的一个上的弹簧片(30)。
13.根据以上权利要求中任一项所述的泵或马达，其特征在于，所述轴(4)向着倾斜滑动平面(14)具有增大的直径，并且，用作流入管和/或排流管的、随同旋转的通道(22)在由此形成的台阶中延伸。
14.根据权利要求13所述的泵或马达，其特征在于，在所述工作部件(13)的工作面中存在对应于所述通道的开孔(28)并且所述开孔(28)受到所述通道(22)在倾斜滑动平面(14)中的入口的控制。
15.根据权利要求1至12中任一项所述的泵或马达，其特征在于，为了从所述工作室中或向所述工作室输送液态或气态介质，所述轴(4)具有在所述轴(4)中延伸的连接通道(31)，用于避免所述轴(4)对接收所述轴的壳体(1)或旋转轴承(3)的径向负荷。
16.根据权利要求15所述的泵或马达，其特征在于，在所述工作室的底部存在开孔(图5和6中的通道28)，所述开孔通到位于倾斜滑动平面(14)和所述工作部件(13)的背面之间的聚集室(32)，其中，所述聚集室(32)是径向向外关闭的并且直接通到所述连接通道(31)。
17.根据权利要求15或16所述的泵或马达，其特征在于，在所述工作部件(13)和所述轴(4)的倾斜滑动平面(14)之间的支承位置上在至连接通道(31)的介质输送的区域中存在用于与转动力有关的质量平衡的材料收缩部。
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