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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Förderaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Förderaggregat aus der
DE 10 2004 026 048 A1 bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die beide jeweils über eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken und Fluid über einen Eingang in eine die Rotoren aufnehmende Druckkammer ansaugen und druckerhöht über einen Ausgang ausdrücken, wobei der Antriebsrotor einen in einem Antriebslager vorgesehenen Antriebszapfen und der Abtriebsrotor einen in einem Abtriebslager angeordneten Abtriebszapfen hat und wobei das Abtriebslager axial bezüglich des Abtriebszapfens beweglich ausgeführt ist. Bei dem Förderaggregat wird die Fördermenge durch eine Spaltverluststromsteuerung erreicht, bei der der Abtriebsrotor axial in Richtung seiner Drehachse verschiebbar gestaltet ist. Der in den Arbeitsräumen aufgebaute Druck versucht den Antriebsrotor und den Abtriebsrotor mit einer Druckkraft ineinander abgewandter Richtung zu drücken. Dieser Druckkraft wirkt eine variable, auf eine Rückseite des Abtriebsrotors wirkende Gegenkraft entgegen. Abhängig von der Gegenkraft stellt sich ein vorbestimmter Kurzschlussspalt zwischen den Arbeitsräumen und damit eine vorbestimmte Fördermenge ein. Nachteilig ist, dass das Förderaggregat konstruktionsbedingt nur für Drücke bis etwa zehn bar geeignet ist, da darüber hinaus unzulässig hohe Lagerkräfte auftreten, die den Wirkungsgrad stark verringern und zu einer Beschädigung des Förderaggregates führen.
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Weiterhin ist ein Förderaggregat aus der
DE 20 26 889 B bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die beide jeweils über eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken und in einem Gehäuse angeordnet sind. An kugelförmigen Abschnitten des Gehäuses sind Druckausgleichsnuten vorgesehen.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Förderaggregat auch für die Erzeugung von Drücken größer zehn bar einsetzbar ist, indem eine Kompensation der Druckkraft vorgesehen ist. Diese wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Abtriebslager auf seiner dem Abtriebsrotor zugewandten Seite eine vordere Saugtasche und auf der dem Abtriebsrotor abgewandten Seite eine hintere Saugtasche aufweist, die über einen ersten Verbindungskanal strömungsverbunden sind, wobei die vordere Saugtasche mit der Saugseite der Druckkammer strömungsverbunden ist, und indem außerdem das Abtriebslager auf seiner dem Abtriebsrotor zugewandten Seite eine vordere Drucktasche und auf seiner dem Abtriebsrotor abgewandten Seite eine hintere Drucktasche aufweist, die über einen zweiten Verbindungskanal strömungsverbunden sind, wobei die vordere Drucktasche mit der Druckseite der Druckkammer strömungsverbunden ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden definierte Druckfelder beidseitig des Abtriebslagers erzeugt, die die auf den Abtriebsrotor wirkende Druckkraft kompensiert und darüber hinaus eine geringe, den Abtriebsrotor gegen den Antriebsrotor drückende Überschusskraft erzeugt. Auf diese Weise ergibt sich ein geringer axialer Spalt zwischen den Rotoren, eine geringe Reibung zwischen diesen und dadurch ein hoher Wirkungsgrad. Der erfindungsgemäß erreichte Druckausgleich ist sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Drücken von der Viskosität des Fluids unabhängig.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Förderaggregats möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die hintere Drucktasche des Abtriebslagers bezüglich ihrer Fläche größer ausgebildet ist als die vordere Drucktasche, da auf diese Weise die überschüssige Kraft erzeugt wird, die das Abtriebslager und damit den Abtriebsrotor in Richtung des Antriebsrotors drückt.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die vordere Saugtasche gegenüber der vorderen Drucktasche und die hintere Saugtasche gegenüber der hinteren Drucktasche mittels eines Dichtmittels abgedichtet ist, da auf diese Weise eine den Wirkungsgrad verringernde Leckage zwischen Druck- und Saugseite vermieden wird.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Abtriebsrotor einen Kugelabschnitt und der Antriebsrotor einen sich an dem Kugelabschnitt des Abtriebsrotors abstützenden Lagerschalenabschnitt aufweist und dass der Antriebsrotor einen ersten Ausgleichskanal aufweist, der von einer Innenseite des Lagerschalenabschnitts an den Umfang des Antriebszapfens verläuft, und der Abtriebsrotor einen zumindest mittelbar in den ersten Ausgleichskanal des Antriebsrotors mündenden zweiten Ausgleichskanal aufweist, der mit der hinteren Saugtasche strömungsverbunden ist. Mittels der beiden Ausgleichskanäle wird der Antriebsrotor im Bereich des Antriebszapfens druckausgeglichen, damit der dortige Dichtring, beispielsweise Radialwellendichtring, nicht mit Überdruck beaufschlagt wird.
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Auch vorteilhaft ist, wenn das Abtriebslager 14 in der Druckkammer 9 drehfest angeordnet ist, damit die Druck- und Saugtaschen ihre vorbestimmte Winkellage einnehmen und sich nicht gegenüber dem Abtriebsrotor verstellen können.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt im Schnitt ein erfindungsgemäßes Förderaggregat,
- 2 eine Schnittansicht des Förderaggregates entlang der Linie II-II in 1 und
- 3 eine Schnittansicht des Förderaggregates entlang der Linie III-III in 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt im Schnitt ein vereinfacht dargestelltes Förderaggregat.
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Das Förderaggregat 1 hat einen Antriebsrotor 2 und einem vom Antriebsrotor 2 angetriebenen Abtriebsrotor 3, wobei die beiden Rotoren 2,3 jeweils über eine Stirnverzahnung 4 kämmend zusammenwirken. Zwischen der Stirnverzahnung 4 der Rotoren 2,3 sind Arbeitsräume 5 gebildet, in denen durch Volumenverkleinerung ein Druck aufgebaut wird. Das Förderaggregat 1 saugt Fluid über einen Eingang 7 an und drückt dieses druckerhöht über einen Ausgang 8 aus. Die mit dem Eingang 7 verbundenen Arbeitsräume 5 bilden die sogenannte Saugseite und die übrigen die sogenannte Druckseite des Förderaggregates 1.
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Das Förderaggregat 1 hat ein Gehäuse mit einer Druckkammer 9, in der die beiden Rotoren 2,3 angeordnet sind. Die Druckkammer 9 ist über eine Montageöffnung 9.1 zugänglich, die mit einem Deckel 9.2 dicht verschlossen ist.
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Der Antriebsrotor 2 hat einen in einem Antriebslager 10 gelagerten Antriebszapfen 11 mit einer Antriebsachse 12. Der Antriebszapfen 11 wird von einem Aktor 13, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben.
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Der Abtriebsrotor 3 wiederum hat einen in einem Abtriebslager 14 angeordneten Abtriebszapfen 15 mit einer Abtriebsachse 16. Die Antriebsachse 12 und die Abtriebsachse 16 sind zueinander abgewinkelt. Das Antriebslager 10 ist beispielsweise durch eine in die Druckkammer 9 mündende Durchgangsöffnung 18 im Gehäuse gebildet. In der Durchgangsöffnung 18 ist ein Dichtring 17 vorgesehen.
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Das Abtriebslager 14 ist auf einer dem Antriebsrotor 2 abgewandten Seite des Abtriebsrotors 3 in der Druckkammer 9 angeordnet und axial bezüglich des Abtriebszapfens 15 beweglich ausgeführt. Das Abtriebslager 14 hat eine Lageröffnung 19, in die der Abtriebszapfen 15 hineinreicht. Das Abtriebslager 14 ist in der Druckkammer 9 drehfest angeordnet, beispielsweise mittels eines Stiftes 34, der an dem Deckel 9.2 fixiert ist.
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Der erzeugte Druck in den Arbeitsräumen 5 versucht die Rotoren 2,3 jeweils in Richtung ihrer Achsen 12,16 auseinanderzudrücken, wodurch entsprechende Lagerkräfte in den Lagern 10,14 entstehen. Um die Lagerkräfte und die Reibung in den Lagern 10,14 gering zu halten, ist erfindungsgemäß eine Kompensation der auf den Abtriebsrotor 3 wirkenden Druckkraft ausgeführt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Abtriebslager 14 auf seiner dem Abtriebsrotor 3 zugewandten Seite eine vordere Saugtasche 20 und auf der dem Abtriebsrotor 3 abgewandten Seite eine hintere Saugtasche 21 aufweist, die über einen ersten Verbindungskanal 22 strömungsverbunden sind. Die vordere Saugtasche 20 ist über einen ersten, zwischen der Druckkammer 9 und dem Abtriebsrotor 3 gebildeten Radialspalt bzw. - kanal 23 mit der Saugseite des Förderaggregates 1 strömungsverbunden. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Abtriebslager 14 auf seiner dem Abtriebsrotor 3 zugewandten Seite eine vordere Drucktasche 25 und auf seiner dem Abtriebsrotor 3 abgewandten Seite eine hintere Drucktasche 26 aufweist, die über einen zweiten Verbindungskanal 27 strömungsverbunden sind. Dabei ist die vordere Drucktasche 25 über einen zweiten, zwischen der Druckkammer 9 und dem Abtriebsrotor 3 gebildeten Radialspalt bzw. -kanal 28 mit der Druckseite des Förderaggregates strömungsverbunden.
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Die hintere Saugtasche 21 mündet gemäß dem Ausführungsbeispiel in eine Ausnehmung 29 des Deckels 9.2.
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Die Saugtaschen 20,21 und die Drucktaschen 25,26 sind bezüglich ihrer Fläche derart ausgelegt, dass die auf das Abtriebslager 14 wirkende Druckkraft kompensiert, das Abtriebslager 14 mit einer resultierenden Überschusskraft in Richtung des Abtriebsrotors 3 und der Abtriebsrotor 3 in Richtung des Antriebsrotors 2 gedrückt wird.
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Die Saugtaschen 20,21 sind gegenüber den Drucktaschen 25,26 mittels von Dichtmitteln abgedichtet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist in die hintere Drucktasche 26 ein Dichtring eingelegt. Die vordere Saugtasche 20 und die vordere Drucktasche 25 (2) sind beispielsweise kreisabschnittsförmig oder bogenförmig und diametral gegenüberliegend ausgebildet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die vordere Saugtasche 20 und/oder die vordere Drucktasche 25 zentrisch um die Abtriebsachse 16 angeordnet. Sie sind beispielsweise flächengleich und spiegelsymmetrisch ausgeführt. Zwischen der vorderen Saugtasche 20 und der vorderen Drucktasche 25 ist ein ringförmiger Dichtsteg 30 mit zwei radial nach außen abstehenden Dichtabschnitten 31 ausgeführt, der beide Taschen 20,25 gegeneinander abdichtet. Die hintere Saugtasche 21 und die hintere Drucktasche 26 sind beispielsweise nierenförmig, bogenförmig oder kreisabschnittsförmig ausgeführt (3), wobei die hintere Saugtasche 21 und/oder die hintere Drucktasche 26 beispielsweise zentrisch um die Abtriebsachse 16 angeordnet sind. Um die Kompensation der Druckkraft zu erreichen, ist die hintere Drucktasche 26 bezüglich ihrer Fläche größer ausgebildet als die vordere Drucktasche 25. Beispielsweise verläuft diese über einen Winkel von mehr als 180 Grad. Außerdem ist die hintere Drucktasche 26 bezüglich ihrer Fläche größer ausgebildet als die hintere Saugtasche 21.
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Der Abtriebsrotor 3 hat einen Kugelabschnitt 36 und der Antriebsrotor 2 einen an dem Kugelabschnitt 36 des Abtriebsrotors 3 sich abstützenden Lagerschalenabschnitt 37. Der Antriebsrotor 2 weist einen ersten Ausgleichskanal 38 auf, der von einer dem Abtriebsrotor 3 zugewandten Innenseite des Lagerschalenabschnitts 37 bis an den Umfang des Antriebszapfens 11 verläuft. Der erste Ausgleichskanal 38 hat einen Axialabschnitt 38.1 und einen Radialabschnitt 38.2. Außerdem ist an dem Abtriebsrotor 3 ein zweiter Ausgleichskanal 39 vorgesehen, der als Durchgangskanal ausgebildet ist und zumindest mittelbar in den ersten Ausgleichskanal 38 mündet. Auf diese Weise ist der Bereich am Antriebszapfen 11, insbesondere im Bereich des Dichtrings 17, druckentlastet, da dieser über den ersten Ausgleichskanal 38, den zweiten Ausgleichskanal 39, die Ausnehmung 29 des Deckels 9.2, die hintere Saugtasche 21, den ersten Verbindungskanal 22, die vordere Saugtasche 20 und den ersten Radialspalt 23 mit der Saugseite des Förderaggregates 1 strömungsverbunden ist.
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Der erste Radialspalt bzw. -ausnehmung 23 und der zweite Radialspalt bzw. -ausnehmung 28 reichen bis in einen Bereich hinter dem Antriebsrotor 2, um auch am Antriebsrotor 2 eine Druckkompensation zu erreichen. Beide Spalte 23,28 enden vor der Durchgangsöffnung 18, so dass eine gegenüber den Spalten 23,28 erhabene Auflage- und Dichtfläche 40 für den Antriebsrotor 2 gebildet ist, an der nicht dargestellte Dichtstege zum Trennen von Saugseite und Druckseite vorgesehen sind.
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2 zeigt eine Schnittansicht des Förderaggregates entlang der Linie II-II in 1.
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Bei der Schnittansicht nach 2 sind die gegenüber dem Förderaggregat nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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3 zeigt eine Schnittansicht des Förderaggregates entlang der Linie III-III in 1.
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Bei der Schnittansicht nach 3 sind die gegenüber dem Förderaggregat nach 1 und 2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Förderaggregat
- 2
- Antriebsrotor
- 3
- Abtriebsrotor
- 4
- Stirnverzahnung
- 5
- Arbeitsraum
- 7
- Eingang
- 8
- Ausgang
- 9
- Druckkammer
- 10
- Antriebslager
- 11
- Antriebszapfen
- 12
- Antriebsachse
- 13
- Aktor
- 14
- Abtriebslager
- 15
- Abtriebszapfen
- 16
- Abtriebsachse
- 17
- Dichtring
- 18
- Durchgangsöffnung
- 19
- Lageröffnung
- 20
- Vordere Saugtasche
- 21
- Hintere Saugtasche
- 22
- 1. Verbindungskanal
- 23
- 1. Radialspalt
- 25
- Vordere Drucktasche
- 26
- Hintere Drucktasche
- 27
- 2.Verbindungskanal
- 28
- 2. Radialspalt
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Dichtsteg
- 31
- Dichtabschnitt
- 34
- Stift
- 36
- Kugelabschnitt
- 37
- Lagerschalenabschnitt
- 38
- 1. Ausgleichskanal
- 39
- 2. Ausgleichskanal
- 40
- Auflagefläche
