DE1281713C2 - Hydraulisches Dynamometer oder hydraulische Pumpe - Google Patents

Description

weise einer Pumpe verwendet wird, wie dies bereits bekannt ist, oder zur Steuerung eines Druckerzeugers, was ebenfalls bekannt ist, wird ein ähnlicher umlaufender, den Umfang der Steuerpumpe oder des Druckerzeugers ummantelnder Hydraulikring angeordnet sein. Der Auslaßkanal von der Steuerpumpe oder dem Druckerzeuger wild direkt mit dem umlaufenden Hydraulikring verbunden. Auf diese Weise ist der Auslaßkanal und irgendein Steuersystem den unstabilen Bedingungen des Durchflusses ausgesetzt und dem Druck, der in dem Hydraulikring herrschen kann. Hierdurch entstehen bei den bekannten Geräten erhebliche Nachteile, und es ist daher Aufgabe der Erfindung, verbesserte Durchflußverhältnisse zu schaffen und gleichzeitig eine bessere Druckstabilität im Flüssigkeitsauslaß der Kreisläufe hydraulischer Dynamometer und ihrer zugeordneten Steuervorrichtungen, sofern rotierende Hydraulikringe eingebaut sind, zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der den Rotor oder die Rotor-Stator-Anordnung wenigstens teilweise umgebende Raum gegen den Rotor oder die Rotor-Stator-Anordnung durch ein mit Durchbrechungen versehenes Element abgegrenzt ist, dessen Durchbrechungen Randschlitze umfassen.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß das mit Durchbrechungen versehene Element als den Rotor oder die Rotor-Stator-Anordnung ummantelnder Zylinder ausgebildet ist und daß der den Rotor oder die Rotor-Stator-Anordnung umgebende Raum als mit dem Auslaß in Verbindung stehender Ringraum ausgebildet ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in dem Ringraum ein das mit Durchbrechungen versehene Element mit dem Gehäuse verbindendes Element angeordnet ist.

Um eine besonders günstige Betriebsbedingung der Vorrichtung nach der Erfindung zu schaffen, wird im Bereich des Auslasses an dem mit Durchbrechungen versehenen Element ein den Ringraum in den Auslaß kontinuierlich überleitender Schwanzteil angeordnet.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, daß das mit Durchbrechungen versehene Element als der Auslaß abdeckender Fortsatz der Gehäuseinnenwand ausgebildet ist. Um eine besonders einfache Ausbildung und Herstellung zu ermöglichen, kann die Erfindung zweckmäßig noch dadurch weiter ausgestaltet werden, daß das mit Durchbrechungen versehene Element Längsschlitze enthält.

Um darüber hinaus noch die Wirkung einer Vorrichtung nach der Erfindung auch unter hohen Anforderungen besonders zuverlässig und wirkungsvoll zu gestalten, kann die Erfindung dadurch noch eine besonders zweckmäßige Ausführungsform erhalten, daß die radiale Dicke des mit Durchbrechungen versehenen Elementes die in Umfangsrichtung verlaufende mittlere Abmessung der Durchbrechungen um das l,5fache übersteigt.

Zweckmäßigerweise kann man bei jeder Rotor-Stator-Anordnung, wobei der Statorteil den Rolorteil umgibt, das mit Durchbrechungen versehene Element am Außenumfang des Statorteils befestigen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann vorteilhafterweise ein Teil eines Dynamometers oder einer drehmoment-gesteuerten Pumpe oder eines Druckerzeugers sowie einer anderen hydrokinetischen oder hydraulischen Vorrichtung sein, wobei Turbulenz, Wirbel oder Druckfluktuationen in einem rotierenden Hydraulikring entstehen können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen einzigen ίο Rotor eines Dynamometers,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in F i g. 1 mit der Darstellung eines zusätzlichen Merkmals,

F i g. 3 a bis 3 f eine abgewandelte Ausführungsform einer Einzelheit des in den F i g. 1 und 2 veranschaulichten Dynamometers,

F i g. 4 a ein rechtwinkliger Querschnitt zur Achse einer abgewandelten Ausführungsform des Dynamometers,

F i g. 4 b eine Draufsicht auf eine in der F i g. 4 a ao verwendete Platte,

F i g. 4 c eine Draufsicht einer abgewandelten Ausführungsform der Platte nach F i g. 4 b,

F i g. 5 einen Axialschnitt durch ein Dynamometer mit zwei Rotoren,

»5 Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 5, F i g. 7 einen Axialschnitt durch ein Dynamometer mit zwei Rotoren, welches sich in einer Einzelheit von den Dynamometern nach F i g. 5 unterscheidet, F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie C-C in F i g. 7, F i g. 9 einen Axialschnitt durch ein mit nur einem Rotor ausgestattetes Dynamometer mit einem unterschiedlich geformten Rotor,

Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie D-D nach Fig.9,

F i g. 11 einen Axialschnitt durch einen mit nur einem Rotor ausgestattetem Dynamometer, das sich in einer Einzelheit von dem Dynamometer nach F i g. 9 unterscheidet,

Fig. 12 einen Schnitt nach der LinieE-E in Fig.ll,

Fi g 13 einen Schnitt im rechten Winkel zur Achse einer Dynamometersteuerpumpe,

F i g. 14 einen Schnitt im rechten Winkel zur Achse einer Dynamometersteuerpumpe, welche sich in einer Einzelheit von der Pumpe nach Fig. 13 unterscheidet,

F i g. 15 einen Schnitt im rechten Winkel zur Achse eines Scheibendruckgenerators und

F i g. 16 einen Schnitt im rechten Winkel zur Achse eines Scheibendruckgenerators, welcher sich in einer Einzelheit von dem Druckerzeuger nach Fig. 15 unterscheidet.

Das in den Fi g. 1 und 2 veranschaulichte Dynamometer zeigt einen Rotor 1, der mit einer Welle 2 verbunden ist, die drehbar in einem Gehäuse 3 gehalten ist. Symmetrisch beidseitig des Rotors 1 sind Statoren 4 an dem Gehäuse 3 angeordnet. Der Rotor 1 und die Statoren 4 weisen kraftabsorbierende Komponenten 5 im Inneren auf. Um den Rotor und an dem Gehäuse 3 fixiert ist ein ringförmiges mit Durchbrechungen versehenes Element 6 angeordnet. Der Spalt 7 zwischen dem mit Durchbrechungen versehenen Teil 6 und dem Rotor 1 ist auf ein Minimum reduziert gehalten. Das mit Durchbrechungen versehene Element 6 ist mit länglichen Umfangsschlitzen 8 ausgestattet, die radia! angeordnet sind und eine Verbindung zwischen dem Spalt 7 und dem Ringraum 9 herstellen. Der Ringraum 9 ist an einer

Stelle am Umfang des Gehäuses 3 durch einen nach außen führenden Kanal 10 unterbrochen.

Bei der Erprobung eines Dynamometers der beschriebenen Art ist festgestellt worden, daß dadurch, daß der Spalt so schmal wie möglich gehalten wird, und zwar im Toleranzbereich des Rotors 1 und des Elementes 6, die Tendenz zur Wirbelbildung auf ein Minimum reduziert wird. Darüber hinaus ist festgestellt worden, daß die die Schlitze 8 vom Arbeitsraum des Dynamometers zum Auslaßkanal 10 durch- to strömende Flüssigkeit ihre tangential gerichtete Geschwindigkeitskomponente verliert, da die Schlitze radial liegen. Auf diese Weise wird die hohe Umlaufgeschwindigkeit des Hydraulikringes vermieden, während die Flüssigkeit sich in Abwesenheit des mit Durchbrechungen versehenen Elementes in der Nähe des Auslaßkanals befinden würde. Als Folge hiervon wird die unerwünschte Turbulenz im Bereich des Auslasses weiterhin reduziert. Der Auslaßkanal wird darüber hinaus von irgendeiner Möglichkeit der ao Wirbelbildung isoliert, die in einem Schließen des Abstandes um den Rotor durch die Gegenwart des mit Durchbrechungen versehenen Elementes verursacht sein könnte.

Ein in F i g. 2 veranschaulichtes Brückenstück 11 kann in dem äußeren Ringraum 9 angeordnet sein, um diesen Raum in zwei gleiche Hälften zu unterteilen. Hierdurch wird die Gabelung des Stromes im Ringraum 9 unterstützt, so daß die Flüssigkeit sich dem Auslaßkanal 10 von beiden Richtungen her mit im wesentlichen gleichen Mengen nähert. Der Kanal 10 zeigt konvergierende in Flußrichtung angeordnete Seiten und mit Radien ausgestattete Eingangskanten, obwohl es sich hierbei nicht um wesentliche Merkmale handelt. Wenn ein besonders hoher Grad von Druck und Flußstabilität im Auslaßraum 9 und im Auslaßkanal 10, d.h. bei entsprechenden Versuchen gefordert wird, ist es wünschenswert, daß jedes durch den Raum 9 fließende Partikel von der Eintrittsstelle im Raum 9 zum Austritt in dem Kanal 10 beschleunigt wird. Dies wird erreicht, indem das Schwanzstück 12 (s. F i g. 2) in der Nähe des konvergierenden Auslaßkanals 10 angeordnet ist.

Die Schlitze 8 in dem mit Durchbrechungen versehenen Element 6 sind in F i g. 3 a veranschaulicht. Das mit Durchbrechungen versehene Element kann aber auch in irgendeiner der Formen gemäß den F i g. 3 b, 3 c, 3 d, 3 e und 3 f gehalten sein, wobei die Funktion der Schlitze 8 in F i g. 1 und 3 a durch die öffnungen 8 α der verschiedenen veranschaulichten Formen durchgeführt wird. Die Anzahl der öffnungen 8 α ist vorzugsweise derart gehalten, daß die gesamte Durchflußzone der öffnungen größer als das Minimum des Durchflusses durch den Auslaßkanal 10 ist.

Eine abgewandelte Ausführungsform des Dynamometers ist in Fig.4a veranschaulicht. Ein Gehäuse 13 stützt eine axiale Welle 2 ab, auf der ein Rotor 14 mit einem minimalen Spalt 17 zwischen seinem Außenumfang und dem Gehäuse 13 angeordnet ist. Eine Platte 15 mit Schlitzen 18 ist zwischen dem Spalt 17 und einem Außenkanal 16 angeordnet. Die Platte 15 ist als eine Fortsetzung des Gehäuses 13 ausgebildet und erstreckt sich in Achsrichtung über die volle Länge des Rotors, aber am Umfang nur über einen begrenzten Teil des Rotors 14. Die Schlitze von der Platte 15 sind vorzugsweise wie in Fig.4b veranschaulicht, aber sie können auch in irgendeinem symmetrischen, asymmetrischen oder winkligen Verhältnis zueinander angeordnet sein. Die Platte 15 (s. F i g. 4 b) kann durch eine solche ersetzt werden, wie sie in Fig. 4c veranschaulicht ist und in jedeni Fall können an Stelle der Schlitze 18 und 18 α Öffnungen angeordnet sein, wie sie in den F i g. 3 c, 3 b, 3 e oder 3 f veranschaulicht sind. Es ist festgestellt worden, daß in diesen Fällen ein auf diese Weise hergestellter Dynamometer gleichfalls die bei der Beschreibung der Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 erwähnten Vorteile zeigt.

Die F i g. 5 und 6 veranschaulichen eine Dynamometerkonstruktion mit zwei Rotoren 1 α und 1 b. Als eine abgewandelte Ausführungsform zu den mit einem einzigen Auslaßkanal 10 ausgestatteten Ausführungsbeispielen sind nunmehr zwei Auslaßkanäle 29 angeordnet, die in strichpunktierten Linien angedeutet sind. Die^e Auslässe 29 sind axial in der Nähe der Teile 6 angeordnet. In den F i g. 7 und 8 ist veranschaulicht, wie zwei Rotoren eines Dynamometers mit einem mit Durchbrechungen versehenem Element 15 ausgestattet sind, wie dies bereits mit Bezug auf die F i g. 4 a beschrieben worden ist.

Die Fig.9 und 10 zeigen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Dynamometers mit einem Rotor 1 mit einer anderen Form mit Bezug auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Statorteil 30 mit kraftabsorbierenden Ergänzungsräumen zu den Räumen 5 im Stator vorgesehen. Das mit Durchbrechungen versehene Element 6 mit den Schlitzen 8 ist wie zuvor mit Bezug auf die F i g. 1, 2, 5 und 6 beschrieben, starr an dem Statorteil 30 angeordnet. Die Flüssigkeit muß jetzt in Längsrichtung des Spaltes zu den Ringräumen 7 hindurchfließen, wobei der Statorteil 30 in zwei Spalte aufgeteilt ist, von denen eine auf jeder Seite angeordnet ist, von denen ein einzelner Spalt 7 in F i g. 1 veranschaulicht ist.

Die Fig. 11 und 12 veranschaulichen ein Dynamometer der den in den F i g. 9 und 10 veranschaulichten Ausführungsformen ähnlich ist, wobei aber das mit Durchbrechungen versehene Element 6 durch eine geschlitzte oder mit öffnungen ausgestattete Platte 15 ersetzt ist, wie sie bereits mit Bezug auf die F i g. 4 a, 4 b und 4 c beschrieben worden sind.

Die Anwendung des Prinzips nach der Erfindung bei Dynamometersteuerpumpen der erwähnten bekannten Art ist in den Fig. 13 und 14 veranschaulicht. In Fig. 13 ist ein Pumpenelement mit Gebläseflügel 20 ausgestattet, welche zwecks Drehung um eine Achse 23 innerhalb eines Gehäuses 24 angeordnet sind. Ein mit Durchbrechungen ausgestattetes Element 21 mit Schlitzen 22 ummantelt den Umfang des Pumpenelementes und unterteilt die Arbeitskammer der Pumpe, welche Flüssigkeit durch einen nicht veranschaulichten Einlaß zu einem Auslaß 19 fördert. Aus Gründen, die in Verbindung mit dem Dynamometer selbst angegeben worden sind, erzeugt diese Steuerpumpe einen Flüssigkeitsstrom durch den Auslaß 19, der im wesentlichen frei von Wirbeln und Druckschwankungen ist, obwohl diese sogar in dem Arbeitsraum auftreten kann.

Fig. 14 veranschaulicht, wie das mit Durchbrechungen versehene Element 21 der Pumpe nach Fig. 13 durch eine Platte 25 mit öffnungen 26 ersetzt werden kann, wobei die Platte 25 nur einen Teil des Umfanges des Arbeitsraumes abdeckt.

Die Anwendung des Grundgedankens der Erfin-

dung bei Dynamometer-Scheibendruckgeneratoren der erwähnten bekannten Art ist in den Fig. 15 und 16 veranschaulicht. In F ig. 15 a ist der Scheibendruckerzeuger mit Flügeln 27 und 28 ausgestattet, die zwecks Drehung auf einer Welle 23 im Gehäuse 24 angeordnet sind. Wie im Fall der in F' g. 13 veranschaulichten Steuerpumpe ummantelt ein zylin-

drisches mil Durchbrüchen ausgestattetes Element 21 den Scheibendruckgenerator und wie im Fall de; Sleuerpumpe nach Fig. 14 kann das mit Durch brechungcn versehene Element 19 durch irgendeine mit öffnungen ausgestattete Platte 25 bei der ab gewandelten Ausführungsform nach Fig. 16 ersetz werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Dynamometer oder hydraulische Pumpe mit einem einen Arbeitsraum bildenden Gehäuse und mit einem Rotor oder einer Rotor-Stator-Anordnung, die symmetrisch um die Rotorachse angeordnet ist, und mit einem derartigen Flüssigkeitsauslaß aus dem Gehäuse, daß das Gehäuse zusammen mit dem Rotor oder der Rotor-Siator-Anordnung einen die Anordnung wenigstens teilweise umgebenden Raum bildet, von dem durch eine Trennwand eine Auslaßkammsr abgetrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der den Rotor oder die RotorDie Erfindung betrifft eine hydraulische Pumpe oder ein hydraulisches Dynamometer mit einem einen Arbeitsraum bildenden Gehäuse und mit einem Rotor oder einer Rotor-Stator-Anordnung, die symmetrisch um die Rotorachse angeordnet ist, und mit einem derartigen Flüssigkeitsauslaß aus dem Gehäuse, daß das Gehäuse zusammen mit dem Rotor oder der Rotor-Stator-Anordnung einen die Anordnung wenigstens teilweise umgebenden Raum bildet, von dem durch eine Trennwand eine Auslaßkammer abgetrennt ist.

Bei den meisten hydraulischen Dynamometern ist, unabhängig davon, ob sie zum Messen oder Steuern eines Drehmomentes vorgesehen sind, ein Hydraulik-

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Stator-Anordnung (1, 4 oder la, Ib, 4 oder 1, 4, 15 ring mit verhältnismäßig großem Durchmesser an-

30) wenigstens teilweise umgebende Raum (9) geordnet, der den Rotor oder die Kotoren um-

gegen den Rotor oder die Rotor-Stator-Anord- mantelt. Dieser Hydraulikring «auftm der gleichen

nung durch ein mit Durchbrechungen (8, 18, 22 Richtung um wie der Rotor oder die Kotoren und

oder 26) versehenes Element (6, 15, 21 oder 25) hat eine Geschwindigkeit, die der Um.angsgescnwin-

abgegrenzt ist, dessen Durchbrechungen Rand- »o digkeit des Rotors oder der Rotoren proportional ist. schlit f Ghidikikt eigen komplexe W

schlitze umfassen.

2. Dynamometer oder Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Durchbrechungen (8) versehene Element (6) als den Rotor oder die Rotor-Stator-Anordnung ummantelnder Zylinder ausgebildet ist und daß der den Rotor oder die Rotor-Stator-Anordnung umgebende Raum als mit dem Auslaß in Verbindung stehender Ringraum (9) ausgebildet ist.

3. Dynamometer oder Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum (9) ein das mit Durchbrechungen versehene Element (6) mit dem Gehäuse verbindendes Element (11) angeordnet ist.

Die Geschwindigkeitsvektoren zeigen komplexe Wirbel in der Flüssigkeit, die von dem Volumen der Flüssigkeit in dem Ring und seiner Geschwindigkeit abhängen, wobei sie eine wesentliche Stärke erreichen können.

Unter bestimmten Bedingungen kann diese Wirbelbildung einen unsteten Fluß und einen verhältnismäßig großen Durchflußdruck erzeugen, der seinerseits schwerwiegende hydraulische Schwingungen und/oder eine Unstabilität des Drehmoments oder der Drehgeschwindigkeit des Gerätes hervorrufen können. Es kann außerdem ein erheblicher Austausch des Kraftmomentes zwischen dem fest angeordneten oder beinahe fest angeordneten Gehäuse und dem

4. Dynamometer oder Pumpe nach Anspruch 2 ₃₅ Umfang des Rotors oder der Rotoren stattfinden, der oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich das hydraulische Drehmoment erhöhen kann,das der des Auslasses (10) an dem mit Durchbrechungen

versehenen Element (6) ein den Ringraum (9) in den Auslaß (10) kontinuierlich überleitender Schwanzteil (12) angeordnet ist.

5. Dynamometer oder Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Durchbrechungen versehene Element als den Auslaß abdeckende Fortsetzung (15) der Gehäuseinnenwand ausgebildet ist.

6. Dynamometer oder Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Durchbrechungen versehene Element (6,15, 21 oder 25) Längsschlitze enthält.

7. Dynamonieter oder Pumpe nach einem der ₅„ vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke des mit Durchbrechungen versehenen Elementes (6,15, 21 oder 25) die in Umfangsrichtung verlaufende mittlere Drehung des Rotors oder der Rotoren Widerstand entgegensetzt. Da dieses hydraulische Drehmoment mchi durch die normale Meßgerätesteuerung variiert werden kann, wird irgendein Ansteigen des Wertes den steuerbaren Bereich des Dynamometers reduzieren. Darüber hinaus wird irgendein zur Steuerung des Drehmomentes verwendetes Auslaßventil durch das Gerät beeinflußt, unabhängig von seiner Bauart, da es der hohen Durchflußgeschwindigkeit ausgesetzt wird und somit unstabilen Durchflußbedingungen, wenn es, wie üblich, direkt in die hydraulischen Umlaufringe eingebaut ist, welche den Rotor oder die Rotoren ummanteln.

Es ist auch bekannt, daß sich der hydraulische Ring auf Grund der Zentrifugalkraft ausbildet, und man hat bereits verbucht, die schwerwiegenden hydraulischen Schwingungen, die sich auf einen verhältnismäßig großen Durchflußdruck zurückführen

Abmessung der Durchbrechungen um das i,5fache ⁵⁵ lassen, durch Umwandlung des Strömungsdruckes in

übersteigt.

8. Dynamometer oder Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Rotorteil (1) jeder Rotor-Stator-Anordnung umgebender Statorteil (30) vorgesehen ist und daß das mit Durchbrechungen versehene Element (6,15, 21 oder 25) am Außenumfang des Statorteils (30) befestigt ist.

statischen Druck zu beseitigen. Dabei hat man eine Trennwand zwischen dem hydraulischen Ringraum und dem Austrittsraum in geeigneter Weise so ausgebildet, daß durch Düsenwirkung Strömungsdruck in statischen Druck umgesetzt wird. Diese Vorkehrung hat sich zwar bei allen seither erprobten Umfangsgeschwindigkeiten bewährt, die Düsen erfassen hierbei aber einzig und allein den radial nach außen gerichteten Strömungsdruck und verwandeln ihn in einen statischen Druck. (Zeitschrift »Die Technik«, Bd. 3, Nr. 3, März 1948, S. 135 und 136.)
Wenn ein Dynamometer zur Steuerung beisoiels-