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Drehkolbenpumpe und/oder -motor Die Erfindung bezieht sich auf eine
Drehkolbenpumpe und.'oder -motor, insbesondere in einem Flüssigkeitsgetriebe, mit
in Schlitzen eines zylindrischen Rotormittelteils radial beweglichen Arbeitsschiebern
und einem exzentrisch zum Rotormittelteil angeordneten, vorzugsweise mitumlaufenden
Kapselring, der die Außenumfangswand des zwischen Rotormittelteil und Kapselring
gebildeten und von den Arbeitsschiebern in Förderzellen unterteilten Arbeitsraumes
darstellt, wobei der Rotormittelteil mit den den Förderraum bzw. Arbeitsraum stirnseitig
abschließenden Seitenscheiben fest verbunden ist, welche mit die Ergänzung der Schlitze
des Rotormittelteils bildenden, radialen Schlitzen versehen sind, in denen die über
die Arbeitsraumlänge vorstehenden axialen Enden der Arbeitsschieber gleiten und
die von zu den Seitenscheiben gehörigen Teilen in axialer und radialer Richtung
nach außen abgeschlossen sind.
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Bei bekannten Drehkolbenmaschinen der vorgenannten Art werden in dem
in radialer Richtung nach außen abgeschlossenen, in den Seitenscheiben gebildeten
Schlitzen kammerartige Räume gebildet, welche sich mit dem Umlauf des Rotors abwechselnd
vergrößern und verkleinern. Hierdurch können, sofern in den Kammern ein gasförmiges
Medium eingeschlossen ist, außerordentliche Druckschwankungen entstehen, die unerwünschte
Schwingungen in der Maschine erzeugen, abgesehen davon, daß ein Arbeiten der Maschine
bei mit Flüssigkeit gefüllten Kammern nicht möglich wäre.
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Aber auch dann, wenn die in den einzelnen Schlitzen gebildeten Kammern
in Ulmfangsrichtung miteinander verbunden sind, entstehen Volumenänderungen der
Kammern, deren Größe sich nach der Anzahl der Arbeitsschieber richtet und ebenfalls
erhebliche Werte annehmen können. Ein ordnungsmäßiges Arbeiten mit Flüssigkeiten
-ist auch in diesem Fall ausgeschlossen. Die Arbeitsschieber könnten höchstens durch
den starken Druck der radial von außen auf sie ausgeübt wird, radial nach innen
gedrängt und vom Kapselring abgehoben werden, was jedoch mindestens die Abdichtuncr
zwischen den einzelnen Arbeitsräumen aufheben und damit die Maschine praktisch außer
Funktion setzen würde.
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Außerdem sind Drehkolbenmaschinen bekannt, bei denen ebenfalls die
Arbeitsschieber in radialen Schlitzen der Seitenscheiben gleiten. Die Schlitze sind
in diesem Fall radial nach außen geöffnet, so daß sie mit der Außenluft in unmittelbarer
Verbindung stehen. Hierdurch ergeben sich große Druckdifferenzen zwischen dem Druck
des radial von innen auf die Arbeitsschieber wirkenden Druckmittels und dem von
außen her auf die Schieberenden einwirkenden Außendruck. Auch ist die Abdichtung
zwischen den Arbeitsräumen und der Außenluft an den axialen Enden der Außenräume
infolge des großen Druckgefälles gefährdet, insbesondere dann, C, wenn die Maschine
mit sehr hohen Drücken arbeiten soll.
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Es sind des weiteren Drehkolbenmaschinen bekannt, die mit Liderungsringen
arbeiten. Letztere werden bei der Umdrehung des Rotors abwechselnd mit den Arbeitsräumen
in Verbindung gebracht, so daß bei jeder Umdrehung der Druck in den Kammern sich
erhöht und wieder erniedrigt, was bei für sehr hohe Drücke bestimmte Maschinen zu
baldigen Zerstörungserscheinungen Anlaß geben kann. Darüber hinaus arbeitet diese
Maschine mit nachgiebigen Stopfbuchsen. Derartige Stopfbuchsen sowie die unter Federkraft
anaedrückten Liderungsringe sind jedoch ebenfalls für Hochdruckmaschinen nicht geeignet.
Die Arme der Liderungsringe bilden keine stabilen, mit dem Rotor fest verbundenen
Teile und damit stabile Lagerflächen für die Arbeitsschieber, die in Umlaufrichtung
eine unnachgiebige feste Ebene benötigen. Es tritt also ein für eine Niederdruckmaschine
zwar unwesentliches, für eine Höchstdruckmaschine dagegen entscheidendes Spiel zwischen
Flügel und Deckel ein. Wie die Erfahrung zeigt, genügt bereits ein Spiel von
0,03 mm zwischen den Arbeitsschiebern
und den zu
ihnen beweglichen Teilen, daß bei Drücken von 100 atii und einer Betriebstemperatur
von 50' C der Leckverlust bereits über 10 % der Fördermenge steigt.
Ein solcher Leckverlust würde eine Maschine, die für mehr als 100 atü Arbe.'tsd:uck
bestimmt ist, unbrauchbar machen.
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Alle diese Schwierigkeiten der bisherigen Konstruktionen haben dazu
geführt, daß Drehkolbenmaschinen der eingangs erwähnten Art mit über die Arbeitsraumlän-e
axial vorstehenden Schieberenden in der Regel nur für Drücke in begrenzter Höhe
verwendet werden konnten. Entweder waren die Leckverluste so hoch, daß der Wirkungsgrad
der Maschine in unerträglicher Weise herabgesetzt wurde, oder es entstanden Reibverluste,
die nicht nur ebenfalls den Wirkungsgrad herabsetzen, sondern auch die Lebensdauer
der Maschine infolge von Abnutzungserscheinungen wesentlich verringern.
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Die Erfindun- bezweckt vor allem eine Beseitigung aller dieser Nachteile
und Schwierigkeiten der bekannten Drehkolbenmaschinen und besteht im wesentlichen
darin, daß bei einer Drehkolbenmaschine der im Einleitungsabsatz angegebenen Art
an beiden Seiten des Rotors Deckscheiben, die mit dem Rotormittelteil und den Seitenscheiben
drehfest verbunden und mit axial vorstehenden Ringrändern versehen sind, die geschlitzten
Seitenscheiben abdekken, daß ferner die in Schlitzen der Seitenscheiben radial außerhalb
der eingreifenden Enden der Arbeitsschieber verbleibenden Räume durch Außenringkammern
und die in den Schlitzen der Seitenscheiben und des Rotormittelteils radial innerhalb
der Arbeitsschieber verbleibenden Räume durch innere Ringkammern in den Seitenscheiben
bzw. Deckscheiben miteinander verbunden sind, und daß ferner auf jeder Seite des
Rotors durch Kanäle Verbindungen zwischen den inneren und äußeren Ringkammern hergestellt
sind, so daß die Arbeitsschieber an den radialen Außenseiten ihrer in die Schlitze
der Seitenscheiben eingreifenden Schieberenden und den zur Rotorachse hin gerichteten
radialen Unterseiten nahezu dem gleichen Flüssigkeitsdruck bzw. Mediumsdruck ausgesetzt
sind.
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Ein solcher Druckausgleich verhindert plötzlichen Druckwechsel an
den axialen Schieberenden und damit Stöße und Geräusche. In Verbindung mit der unnachgiebigen
Lagerung der Schieberenden in den Schlitzen der Seitenscheiben ist dadurch eine
außerordentlich hohe Stabilität in der Führung und Lagerung der Arbeitsschieber
gegeben. Da gleichzeitig auch die Schwierigkeiten zu den unter hohen Drükken stehenden
Kammern der Maschine und den Ringkammern infolge der Größenanordnung etwa gleichen
Drücke vermieden werden, kann die Maschine ohne die Gefahr einer Überbeanspruchung
und mit bestem Wirkungsgrad auch bei außerordentlich hohen Arbeitsdrücken betrieben
werden. Gleichzeitig ist hiermit eine außerordentliche Leistungssteigerung sowie
eine entsprechende Erhöhung des spezifischen Leistungsgewichtes gegenüber bekannten
Maschinen ermöglicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen
mindestens auf einer Seite des Rotors die geschlitzten Seitenscheiben mit dem Mittelrohr
aus einem Stück.
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Eine weitere verbesserte Ausführung, insbesondere eine Verbesserung
der Abdichtung der Verdrängerzellen untereinander, wird dadurch erzielt, daß die
in radialen Schlitzen des Rotors geführten Arbeitsschieber an'ihren axialen Enden
gegenüber ihrer die Innenfläche des Kapselringes berührenden Schieberkante radial
vorstehende Endteile aufweisen und daß die Arbeitsschieber mit in diesen vorstehenden
bzw. abgesetzten Endteilen schwenkbar gelagerten und gegen Heraustreten aus den
Lagerstellen gesicherten halbzylindrischen, d. h. je eine Abflachung
aufweisenden Gleitschuhen versehen sind, welch letztere an der Innenfläche des Kapselringes
anliegen und auch zur Dichtung zwischen den Arbeitsschiebern und dem Kapselring
dienen. Gegenüber bekannten Ausführungsformen mit Gleitschuhen wird dadurch erreicht,
daß während an den axialen Enden der Arbeitsräume die Arbeitsschieber infolge ihrer
Absetzung auf größeren Durchmesser zur zusätzlichen Abdichtung beitragen, die Gleitschuhe
in den Arbeitsschiebern sicher gehalten werden, so daß sie auch durch einwirkende
Drücke oder Stöße nicht von den Arbeitsschiebern abgehoben werden können.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsdungsgemäß
ausgebildete Maschine, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i
g. 1,
F i g. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, F i g. 4 einen Teillängsschnitt durch eine Ausführungsform
der Erfindung, etwa entsprechend der Fig. 3,
F i g. 5 einen
Schnitt nach Linie V-V der F i g. 4. Bei der Ausführungsform nach F i
g. 1 und 2 ist mit der Welle 125 der aus den Seitenwänden
127,
128 und 129, 130 und dem Mittelteil 126 bestehende
Mittel- oder Ringrotor durch Schrauben 151 fest verbunden. Auf dem in der
Mittelwand 113 des Gehäuses 101 fest eingesetzten Steuerzapfen 120
ist einerseits der Rotormittelteil 126 der Getriebepumpe und andererseits
der Rotormittelteil 126a des Getriebemotors drehbar aufgesetzt. Der Rotormittelteil
126 bzw. 126 a bildet gleichzeitig auch den Teil 128
der äußeren
Seitenscheibe, während der Teil 130 der gegenüberliegenden Seitenscheibe
gesondert hergestellt ist, gegebenenfalls jedoch ebenfalls einen Teil des Rotormittelteils
bilden kann, insbesondere dann, wenn der Kapselring 134 seinerseits aus zwei schalenförmigen
Teilen zusammengesetzt ist. Gegebenenfalls können auch beide Wandteile vom Rotormittelteil
gesondert hergestellt werden. Der Rotor mit der Welle 125 ist einerseits mittels
eines Rollenlagers 116 im Gehäuse 101 und andererseits mittels der
Rollenlager 114, 115 auf dem feststehenden Steuerzapfen 120 gelagert; der
Kapselring 134 wird (in hier nicht näher dargestellter Weise, z. B. entsprechend
F i g. 3) von dem Verstellring 137 getragen, welcher durch einen Hebel
152 und einer mit diesem fest verbundenen Verstellhülse 153 mittels Gewinde
154 in axialer Richtung x verstellt werden kann und hierdurch den Kapselring 134
in eine mehr oder weniger exzentrische Lage zum Rotormittelteil 126
bringen
kann.
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In entsprechender Weise wie die beschriebene Getriebepumpe ist auch
der Getriebemotor ausgebildet, indem mit der Abtriebswelle 125 a der Rotormittelteil
126a zusammen mit den zugehörigen Seitenwänden durch die Schrauben 151a fest verbunden
und die Abtriebswelle 125 a mittels des Rollenlagers 117 im Gehäuse
101 sowie mittels der Rollenlager
114 a und 115
a auf dem feststehenden Steuerzapfen 120 gelagert ist. Der Kapselring 134 a
wird von einem Verstellring 137a getragen, der durch den Hebel 152a und die Verstellbüchse153a
mittels des Gewindes 154 a ebenfalls in Pfeilrichtung x verstellbar ist.
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Die Arbeitsschieber 133 sind in Schlitzen 131 des Rotorrnittelteils
gelagert und in den Seitenscheiben 128 und 130 geführt. Die genannten
Seitenscheiben sind zu diesem Zweck, wie im unteren Teil des Schnittes durch den
Getriebemotor dargestellt ist, mit Schlitzen 132, 132a versehen, in denen
die seitlichen Enden der Arbeitsschieber 133 in radialer Richtung gleiten.
Die mit vorstehenden Rändern versehenen Scheibenteile 127 und 129
dienen als Deckscheiben für die geschlitzten Scheiben 128 und 130
und
decken deren Schlitze nach außen ab.
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Die Enden der Arbeitsschieber 133 sind auf größeren Durchmesser
abgesetzt, wie z. B. bei 155
(F i g. 2) angedeutet ist, so daß eine
Dichtungskante 156 gebildet wird. Die hierdurch von den Förderzellen
136 getrennten äußeren Raumteile der Schlitze 132, 132 a stehen mit
Ringkammern 157 bzw. 157 a
in Verbindung, während die in den
Schlitzen der Seitenscheiben 128, 130 und des Rotormittelt#ils
126
bzw. 126a radial innerhalb der Arbeitsschieber verbleibenden Räume durch
entsprechende Ringkammern 158 bzw. 158a untereinander verbunden sind.
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Die äußeren Kammem 157 und 157a stehen außerdem mit den inneren
Kammern 158 und 158a durch Bohrungen 159 und 159
a in Verbindung, so daß jeweils im äußeren und inneren Ringkanal in den äußeren
und inneren Räumen der Schlitze 132, 132a stets gleicher Druck herrscht.
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Die Zu- und Ableitung des Förder- bzw. Arbeitsmediums zu den einzelnen
Förderzellen erfolgt durch den hohlen Steuerzapfen 120, und zwar je nach der Drehrichtung
der Welle 125 durch die Kanäle 121, 122. Außerdem wird es in die Schlitze
131 radial innerhalb der Flügel 133 zugeleitet. Zu diesem Zweck ist
in einer die beiden Kanäle 121, 122 verbindenden Querbohrung 160 ein Umsteuerventil
161 angeordnet, welches als Gleitschieber in der Bohrung 160
gleiten
kann und durch das Druckmittel, je nachdem, ob dieses durch die Leitung 121
oder 122 geführt wird, in die eine oder andere Endstellung verschoben wird. Der
Zutritt des Druckmittels erfolgt jeweils durch eine der beiden in der Zeichnung
um 901 versetzt dargestellten Öffnungen 162 bzw. 163, je nachdem,
welche Zellenhälfte sich im Druckhub befindet. Eine Mittelbohrung 164 führt zu einem
Querkanal 165, der mit einer Ringnut 166 in Verbindung steht und das
Druckmittel in die inneren Schlitzteile radial innerhalb der Arbeitsschieber
133 leitet. In entsprechender Weise ist für die Ringnut 166a eine (der Mittelbohrung
164 entsprechend) gesteuerte Mittelbohrung vorgesehen. Die Ringnut ist durch Bohrungen
166a mit den Schlitzen 131 verbunden. Bewegen sich je nach der Einstellung
der Verstellringe 137 bzw. 137a die Arbeitsschieber 133 in den Schlitzen
132 bzw. 132a, so kann die in den Schlitzenden befindliche Luft sich über
die äußeren Ringkanäle 157, 157 a und die inneren Ringkanäle 158, 158
a
ausgleichen. Die über die Ringkanäle 166 unter die Arbeitsschieber
tretende Druckflüssigkeit bewirkt ferner zusätzlich zur Fliehkraft, daß die Arbeitsschieber
133 ständig unter dem Druck an den Kapselringen 134 bzw. 134 a anliegen.
In F i g. 2 ist die rechte untere Ecke des Getriebemotors in vergrößertem
Maßstabe dargestellt, wobei jedoch der Kapselring 134 a eine tiefere Stellung als
in F i g. 1
einnimmt.
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Die Ausführung nach F i g. 3 unterscheidet sich von derjenigen
nach F i g. 1 und 2 im wesentlichen nur dadurch, daß die Arbeitsschieber
233 mittels zylindrisch in ihnen gelagerter Gleitschuhe 275 auf dem
Kapselring 234 gleiten, derart, daß bei exzentrischem Lauf des Rotors
226 relativ zum Kapselring 234 infolge der Gleitschuhe eine zuverlässige
Ab-
dichtung zwischen den einzelnen Förderzellen 236
der Getriebepumpe
bzw. des Getriebemotors erhalten wird.
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F i g. 3 zeigt des weiteren die Lagerung des Kapselringes 234
im Verstellring 237, in dem der Kapselring zwischen vier dickwandigen Rollen
276 gelagert ist, die ihrerseits mittels verhältnismäßig kleiner Rollenlager
264 auf Zapfen 265 des Verstellringes 237
gelagert sind. Infolge der
starken übersetzung Rlr wird erreicht, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen
eines jeden Rollenlagers 264 verringert wird und man infolgedessen mit verhältnismäßig
kleinen Rollenlagern auskommt. Der Verstellring 237 ist zwischen Gleitbacken
277, 267 gelagert, welche sich in Kugelflächen 268, 269 im Gehäuse
201 einstellen können.
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Der Zufluß und Abfluß des Druckmittels erfolgt wieder-um durch öffnungen
262, 263 im feststehenden Steuerzapfen 220, wobei bei Drehung des Rotors
in Pfeilrichtung a durch die Öffnung 262 im Fall der Pumpe angesaugte, gegebenenfalls
unter Vordruck stehende Flüssigkeit eintritt, während die Öffnung 263 zur
Ableitung des in den Förderzellen komprimierten Mediums, hauptsächlich Flüssigkeit,
dient. Bei umgekehrter Drehrichtung des Rotors sind die Verhältnisse entsprechend
umgekehrt. Im Fall des Getriebemotors wird bei Drehrichtung a die von der Getriebepumpe
verdichtete Flüssigkeit über die Öffnung 262 eingedrückt, während sie nach
Arbeitsleistung durch Abgabe ihrer Energie an die Abtriebswelle über die Öffnung
263 abfließt.
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Die Schlitze 231 sind durch Bohrungen 266' mit einer
Ringnut 266 verbunden, welche in der in F i g. 1
dargestellten (in
F i g. 3 nicht näher gezeigten) Weise durch Umsteuerventile (entsprechend
161 in F i g. 1)
gesteuert werden.
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Bei der Ausführung nach F i g. 4 und 5 weist der Rotormittelteil
320 radiale Schlitze 331 für die Arbeitsschieber 333 auf. Zylindrisch
gelagerte Gleitschuhe 375 dienen (wie in F i g. 3) dazu, die Arbeitsschieber
333 gegen die Lauffläche 334 am Gehäuse 301 abzudichten. Ein Kippen
der Arbeitsschieber wird durch die seitliche Führung derselben in den seitlichen
Schlitzen der Seitenscheiben entsprechend den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen
verhindert. Ein besonderer miturnlaufender Kapselring ist bei diesem Ausführungsbeispiel
nicht vorgesehen, so daß die Arbeitsschieber 333 bzw. die Gleitschuhe
375 mit voller Drehzahl in der Innenwand des als Gehäusemittelteil
301 ausgebildeten, feststehenden Kapselringes entlanggleiten, was jedoch
für geringere Gleitgeschwindigkeiten zulässig ist.
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Zur Lagerung der Gleitschuhe 375 in den Arbeitsschiebern
333 weisen die Flügel Bohrungen 370 auf, welche bei 371 radial
nach außen geöffnet sind, wobei an den auf größeren Durchmesser abgesetzten bzw.
radial über die die Innenfläche des Kapselringes
334 berührenden
Außenkanten der Arbeitsschieber 333 vorstehenden und in den seitlichen Schlitzen
oder Nuten 332 geführten Teilen 355 der Arbeitsschieber Randleisten372
und 373 nach innen umgebogen sind und dadurch ein Herausfallen der Gleitschuhe
auch bei einem eventuellen Abheben der Arbeitsschieber von der Lauffläche334 infolge
von Stößen od. dgl. verhindern. Die mit dem Rotormittelteil 320 zusammen
umlaufenden Seitenscheiben sind zweckmäßig wieder ähnlich wie im Ausführungsbeispiel
nach F i g. 1 in einzelne Scheiben 327,
328 bzw. 329, 330
unterteilt, wobei die Schlitze 332
bzw. 332a in den Scheiben 328 und
330 angeordnet sind.
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In der Ausführung nach F i g. 4 und 5 sind ähnlich wie
im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 innere und äußere Ringkammern
357 bzw. 358 in den zur Führung der Arbeitsschieber dienenden Seitenscheiben
328, 330 und Deckscheiben 327, 339
vorgesehen. Radiale Kanäle
359 stellen jeweils die Verbindung zwischen den Ringkammem 357 und
358 her.
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« Die Erfindung ist in erster Linie für Flüssigkeitsgetriebe,
d. h. deren Pumpen und Flüssigkeitsmotoren bestimmt. Sie könnte theoretisch
auch für Verdichter und Expansionsmotoren angewendet werden.