DE102005038273A1

DE102005038273A1 - Maschine mit einem drehbaren Rotor

Info

Publication number: DE102005038273A1
Application number: DE102005038273A
Authority: DE
Inventors: Alexander Glaab; Martin Steigerwald; Bernward Dr. Welschof
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US20070031267A1; FR2890253A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschine (1) mit einem in einem Gehäuse (2) drehbar angeordneten Rotor (3), wobei der Rotor zumindest teilweise in Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit, angeordnet ist. Zur Lösung der Aufgabe, eine Maschine zur Verfügung zu stellen, die bei hoher Kühlleistung geringe Verluste aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Gehäusedruck derart absenkbar ist, dass die Flüssigkeit in den 2-Phasen-Bereich übergeht. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Gehäusedruck mittels einer Absaugeinrichtung (7) absenkbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschine mit einem in einem Gehäuse drehbar angeordneten Rotor, wobei der Rotor zumindest teilweise in Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit, angeordnet ist.
Bei gattungsgemäßen Maschinen wird im Gehäuse mittels geeigneter Widerstände in einer von dem Gehäuse zu einem Behälter geführten Ablaufleitung ein Gehäusedruck von mindestens 1,5 bar aufgestaut. Bei derartigen Maschinen mit einer teilweisen oder vollständigen Füllung des Gehäuses mit Flüssigkeit, beispielsweise Kühlflüssigkeit, wobei der Rotor in der Flüssigkeit teilweise oder vollständig umläuft, kann hierbei eine hohe Wärmeabfuhr und somit eine hohe Kühlleistung erzielt werden und somit die Maschine mit einer hohen Leistung betrieben werden. Bei hohen Drehzahlen ergeben sich jedoch aufgrund der viskosen Reibung der Flüssigkeit hohe Verluste, insbesondere Planschverluste, und somit ein schlechter Wirkungsgrad der Maschine.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die bei hoher Kühlleistung geringe Verluste aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Gehäusedruck derart absenkbar ist, dass die Flüssigkeit in den 2-Phasen-Bereich übergeht. Erfindungsgemäß wird somit der Gehäuseinnendruck derart abgesenkt, beispielsweise auf einen Wert kleiner ca. 0,8 bar, dass die bei Umgebungstemperatur gesättigte Flüssigkeit in Übersättigung übergeht und Gas ausscheidet. Diese entstehende 2-Phasen Flüssigkeit mit einer flüssigen Phase und einer gasförmigen Phase, wobei der Trennbereich der Phasen im Bereich des Rotors ist, weist eine wesentlich verringerte viskose Reibung auf, wodurch an dem drehenden Rotor verringerte Verluste, insbesondere Planschverluste, auftreten und somit die Maschine einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Aufgrund der nahezu gleichbleibenden Flüssigkeitsmenge bleibt hierbei die Kühlleistung nahezu unverändert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Gehäusedruck mittels einer Absaugeinrichtung absenkbar. Mit einer Absaugeinrichtung kann auf einfache Weise ein Unterdruck zur Absenkung des Gehäuseinnendrucks erzeugt werden.

Bevorzugt ist hierbei eine mit dem Gehäuse in Verbindung stehende Ablaufleitung mit einer Saugseite der Absaugeinrichtung verbunden.

Die Förderseite der Absaugeinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Behälter verbunden sein. Hierdurch kann die Absaugeinrichtung auf einfache Weise in die bereits vorhandene Ablaufleitung, die vom Gehäuse zum Behälter geführt ist, angeordnet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Förderseite der Absaugeinrichtung als Förderleitung ausgebildet. Mit einer derartigen Absaugeinrichtung kann somit ein weiterer Verbraucher mit Flüssigkeit versorgt werden. Sofern als Flüssigkeit Hydraulikflüssigkeit verwendet wird, kann somit mit der Absaugeinrichtung ein weiterer Verbraucher mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden, beispielsweise ein Speisekreis oder eine Lenkungseinrichtung.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Ablaufleitung stromab der Absaugeinrichtung ein Sperrventil, insbesondere ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist. Hierdurch kann auf einfache Weise von der Absaugeinrichtung ein Unterdruck zur Absenkung des Gehäusedruckes erzeugt werden.

Zweckmäßigerweise ist eine mit der Ablaufleitung in Verbindung stehende, die Absaugeinrichtung umgehende Umgehungsleitung vorgesehen, wodurch ein Druckausgleich herstellbar ist, falls durch die Absaugeinrichtung ein Leersaugen des Gehäuses auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Absaugeinrichtung eine Pumpe auf. Mit einer Pumpe kann auf einfache Weise und mit geringem Bauaufwand ein Unterdruck zur Absenkung des Gehäusedruckes erzielt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absaugeinrichtung eine Unterdruckbegrenzungseinrichtung aufweist. Mit einer Unterdruckbegrenzungseinrichtung kann ein zu hoher Unterdruck, der zum Verschäumen der Flüssigkeit führt, auf einfache Weise vermieden werden. Hierdurch kann eine ausreichende und sichere Schmierung der den Rotor lagernden Wälzlager durch die Flüssigkeit sichergestellt werden.

Die Unterdruckbegrenzungseinrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung von einer der Pumpe zugeordneten Saugdrossel gebildet ist.

Zweckmäßigerweise ist die Saugdrossel als Steuerventil ausgebildet, das der Saugseite der Pumpe zugeordnet ist und von einer Feder in Richtung einer Sperrstellung und dem Gehäusedruck in Richtung einer Durchflussstellung beaufschlagt ist. Mit einer derartigen Saugdrossel kann durch die Einstellung der Feder der von der Pumpe erzeugte Unterdruck im Gehäuse auf einfache Weise begrenzt und abgesichert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Unterdruckbegrenzungseinrichtung von einer der Pumpe zugeordneten Druckwaage gebildet.

Die Druckwaage ist hierbei bevorzugt als Steuerventil ausgebildet, das in einer Pumpenumgehungsleitung angeordnet ist und von einer Feder in Richtung einer Durchflussstellung und dem Gehäusedruck in Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt ist. Mit der Einstellung der Feder kann bei einer derartigen Druckwaage ebenfalls der von der Pumpe im Gehäuse erzeugte Unterdruck auf einfache Weise begrenzt und abgesichert werden.

Die Absaugeinrichtung kann mit der Maschine in trieblicher Verbindung steht, wodurch zum Antrieb der Absaugeinrichtung keine separate Antriebseinrichtung vorgesehen werden muss.

Zudem ist es möglich, zum Antrieb der Absaugeinrichtung einen separaten Antriebsmotor vorzusehen, insbesondere einen Elektromotor oder einen Hydromotor oder einen Verbrennungsmotor, wodurch auf einfache Weise ein Antrieb der Absaugeinrichtung erfolgen kann.

Die Pumpe der Absaugeinrichtung kann von einer separaten Pumpe gebildet werden, die lediglich zur Erzeugung eines Unterdrucks im Gehäuse verwendet wird.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die erfindungsgemäße Maschine in einem Antriebssystem mit einer Zusatzpumpe eingesetzt ist, wobei die Zusatzpumpe als Pumpe der Absaugeinrichtung ausgebildet ist. Hierdurch kann die bereits vorhandene Zusatzpumpe des Antriebssystems, beispielsweise eine Speisepumpe zur Versorgung eines Speisekreises oder eine Lenkungspumpe zur Versorgung einer Lenkungseinrichtung, zur Erzeugung des Unterdrucks im Gehäuse verwendet werden, wobei sich ein geringer Bauaufwand für die erfindungsgemäße Maschine ergibt.

Zweckmäßigerweise steht hierbei die Pumpe mittels einer Saugleitung mit einem Behälter in Verbindung, wodurch auf einfache Weise ein zusätzlicher saugseitiger Anschluss der bereits vorhandenen Zusatzpumpe an den Behälter erzielt werden kann, um den von der Pumpe versorgten Verbraucher mit Druckmittel zu versorgen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Maschine als elektrische Maschine ausgebildet, beispielsweise als Synchron- oder Asynchronmaschine. Durch die erfindungsgemäße Verringerung der Planschverluste des Rotors ist bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine eine hohe Leistung bei geringen Verlusten und somit einem hohen Wirkungsgrad erzielbar.

Die Maschine kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als hydraulische Maschine ausgebildet sein, beispielsweise als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer den Rotor bildenden Zylindertrommel. Durch die erfindungsgemäße Verringerung der Planschverluste der rotierenden Zylindertrommel ist hierbei ein Betrieb der Axialkolbenmaschine bei hohen Drehzahlen mit geringen Verlusten und somit einem hohen Wirkungsgrad erzielbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine erfindungsgemäße Maschine in einer schematischen Darstellung,
2a eine erste Ausführungsform einer Absaugeinrichtung,
2b eine zweite Ausführungsform einer Absaugeinrichtung und
2c eine weitere Ausführungsform einer Absaugeinrichtung.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße, beispielsweise als elektrische Maschine oder hydraulische Maschine, ausgebildete Maschine 1 mit einem in einem Gehäuse 2 drehbar angeordneten Rotor 3 dargestellt. Der Gehäuseinnenraum ist hierbei zumindest teilweise, bevorzugt vollständig mit Flüssigkeit, beispielsweise als Hydraulikflüssigkeit ausgebildete Kühlflüssigkeit, befüllt. Der Gehäuseinnenraum ist an eine Ablaufleitung 5 angeschlossen, die zu einem Behälter 6 geführt ist.
Der mit dem Gehäuseinnenraum in Verbindung stehende Abschnitt der Ablaufleitung 5 ist an die Saugseite einer Absaugeinrichtung 7 angeschlossen, wobei der an die Förderseite der Absaugeinrichtung 7 angeschlossene Abschnitt der Ablaufleitung 5 zu dem Behälter 6 geführt ist. In der Ablaufleitung 5 ist hierbei stromab der Absaugeinrichtung 7 ein als in Richtung zum Behälter 6 öffnendes Rückschlagventil ausgebildetes Sperrventil 8 angeordnet. Stromab des Sperrventils 8 sind in der Ablaufleitung 5 eine Kühlereinrichtung 9 und eine Filtereinrichtung 10 angeordnet.
An die Ablaufleitung 5 ist zur Umgehung der Absaugeinrichtung 7 eine Umgehungsleitung 5a angeschlossen.
In der 2a ist eine erste Ausführungsform einer Absaugeinrichtung 7 dargestellt. Die Absaugeinrichtung 7 weist eine Pumpe 11 auf, die mit der Saugseite an den mit dem Gehäuse verbundenen Abschnitt der Ablaufleitung 5 angeschlossen ist und mit der Förderseite in den zu dem Behälter geführten Abschnitt der Ablaufleitung 5 fördert.
Der Absaugeinrichtung 7 weist eine Unterdruckbegrenzungseinrichtung 12 auf, die von einer der Pumpe 11 zugeordneten Saugdrossel 13 gebildet ist. Die Saugdrossel 13 ist von einem in Zwischenstellungen drosselnden Steuerventil gebildet, das der Saugseite der Pumpe 11 zugeordnet ist und von einer Feder 14 in Richtung einer Sperrstellung 13a und dem in der Ablaufleitung 5 anstehenden Gehäusedruck in Richtung einer Durchflussstellung 13b beaufschlagt ist. Hierzu ist eine Steuerdruckleitung 14 vorgesehen, die von dem mit dem Gehäuse in Verbindung stehenden Abschnitt der Ablaufleitung 5 zu einer in Richtung der Durchflussstellung 13b wirkenden Steuerfläche der Saugdrossel 13 geführt ist.
Gemäß der 2b ist die Unterdruckbegrenzungseinrichtung 12 von einer der Pumpe 11 zugeordneten Druckwaage 16 gebildet ist. Die Druckwaage 16 ist als in Zwischenstellungen drosselndes Steuerventil ausgebildet, das in einer an die Ablaufleitung 5 angeschlossene Pumpenumgehungsleitung 17 angeordnet ist. Die als Steuerventil ausgebildete Druckwaage 16 ist von einer Feder 19 in Richtung einer Durchflussstellung 16a und dem Gehäusedruck in Richtung einer Sperrstellung 16b beaufschlagt. Hierzu ist an eine in Richtung der Sperrstellung 16b wirkende Steuerfläche der Druckwaage 16 eine Steuerdruckleitung 18 angeschlossen, die an den Abschnitt der Pumpenumgehungsleitung 17 angeschlossen ist, der mit dem mit dem Gehäuse in Verbindung stehenden Abschnitt der Ablaufleitung 5 in Verbindung steht.
Die Pumpe 11 gemäß den 2a, 2b ist als separate Pumpe ausgebildet, die ausschließlich zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Gehäuseinnenraum der Maschine 1 vorgesehen ist.
Gemäß der 2c ist die Pumpe 11 von einer bereits vorhandenen Zusatzpumpe gebildet, beispielsweise einer Speisepumpe zur Versorgung eines Speisekreises oder einer Lenkungspumpe zur Versorgung einer Lenkungseinrichtung oder einer Hydraulikpumpe zur Versorgung weiterer Verbraucher, beispielsweise einer Arbeitshydraulik einer mobilen Arbeitsmaschine. Der an die Förderseite der Absaugeinrichtung 7 angeschlossene Abschnitt der Ablaufleitung 5 ist hierbei als Förderleitung der Pumpe 11 ausgebildet. Zur Verbindung der Pumpe 11 mit dem Behälter 6 ist die Saugseite der Pumpe 11 an eine mit dem Behälter 6 in Verbindung stehende Saugleitung 20 angeschlossen, wobei die Saugleitung 20 mit dem zur Saugseite der Pumpe 11 geführten Abschnitt der Ablaufleitung 5 stromab der Unterdruckbegrenzungseinrichtung 12 verbunden ist.
Der Pumpe 11 ist hierbei eine Unterdruckbegrenzungseinrichtung gemäß der 2a zugeordnet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine Unterdruckbegrenzungseinrichtung 12 gemäß der 2b vorzusehen.
Die Pumpe 11 der Absaugeinrichtung 7 kann zum Antrieb mit der Maschine 1 in trieblicher Verbindung stehen. Zudem ist es möglich, einen separaten Antriebsmotor vorzusehen, beispielsweise einen Elektromotor, einen Hydromotor oder einen Verbrennungsmotor.
Die Maschine kann als elektrische Maschine, beispielsweise als Synchron- oder Asynchronmaschine, oder als hydraulische Maschine ausgebildet sein, beispielsweise als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, wobei die Zylindertrommel den Rotor bildet.

Claims

Maschine mit einem in einem Gehäuse drehbar angeordneten Rotor, wobei der Rotor zumindest teilweise in Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedruck derart absenkbar ist, dass die Flüssigkeit in den 2-Phasen-Bereich übergeht.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedruck mittels einer Absaugeinrichtung (7) absenkbar ist.
Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Gehäuse (2) in Verbindung stehende Ablaufleitung (5) mit einer Saugseite der Absaugeinrichtung (7) verbunden ist.
Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Förderseite der Absaugeinrichtung (7) mit einem Behälter (6) verbunden ist.
Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderseite der Absaugeinrichtung (7) als Förderleitung ausgebildet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ablaufleitung (5) stromab der Absaugeinrichtung (7) ein Sperrventil (8), insbesondere ein in Förderrichtung öffnendes Rückschlagventil, angeordnet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Ablaufleitung (5) in Verbindung stehende, die Absaugeinrichtung (7) umgehende Umgehungsleitung (5a) vorgesehen ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (7) eine Pumpe (11) aufweist.
Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (7) eine Unterdruckbegrenzungseinrichtung (12) aufweist.
Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckbegrenzungseinrichtung (12) von einer der Pumpe (11) zugeordneten Saugdrossel (13) gebildet ist.
Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugdrossel (13) als Steuerventil ausgebildet ist, das der Saugseite der Pumpe (11) zugeordnet ist und von einer Feder (14) in Richtung einer Sperrstellung (13a) und dem Gehäusedruck in Richtung einer Durchflussstellung (13b) beaufschlagbar ist.
Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckbegrenzungseinrichtung (12) von einer der Pumpe zugeordneten Druckwaage (16) gebildet ist.
Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckwaage (16) als Steuerventil ausgebildet ist, das in einer Pumpenumgehungsleitung (17) angeordnet ist und von einer Feder (19) in Richtung einer Durchflussstellung (16a) und dem Gehäusedruck in Richtung einer Sperrstellung (16b) beaufschlagt ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (7) mit der Maschine (1) in trieblicher Verbindung steht.
Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Absaugeinrichtung (7) ein Antriebsmotor vorgesehen ist, insbesondere ein Elektromotor oder ein Hydromotor oder ein Verbrennungsmotor.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Maschine in einem Antriebssystem mit einer Zusatzpumpe eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzpumpe als Pumpe (11) der Absaugeinrichtung (7) ausgebildet ist.
Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (11) mittels einer Saugleitung (20) mit einem Behälter (6) in Verbindung steht.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) als elektrische Maschine ausgebildet ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) als hydraulische Maschine ausgebildet ist.