-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolbenpumpe oder einen Drehkolbenflüssigkeitsmotor
mit im zylindrischen Hohlraum einer mittleren, »Hubscheibe« genannten, ungefähr
ringförmigen Gehäuseplatte umlaufenden, radial bewegliche Verdrängerorgane tragenden
Rotor, zwischen welchem und der Hubscheibe mehrere, mindestens zwei Förder- bzw.
Arbeitsräume gebildet sind, und mit zwei beiderseits des Rotors angeordneten, die
Förder- bzw. Arbeitsräume stirnseitig abschließenden, in geringem Maße biegeelastischen,
in ihren radial äußeren Bereichen fest zwischen der Hubscheibe und zwei äußeren
Gehäuseseitenteilen eingespannten und in ihren radial inneren Bereichen durch Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung
dichtend gegen die Rotorseitenflächen gedrückten, inneren Seitenwandteilen.
-
Wenn derartige Maschinen bei geringen Umlaufzahlen hohe Leistungen
vollbringen sollen, wie das z. B. bei Hydromotoren, die unter Last anlaufen müssen,
der Fall ist, muß das Übertreten von Druckflüssigkeit an den äußeren und axial seitlichen
Kanten der Verdrängerorgane, z. B. Flügel bzw. Arbeitsschieber, entlang der Hubscheibenkurve
und den seitlichen Begrenzungswänden des Arbeitsraumes von einer Zelle zur anderen
soweit wie möglich eingeschränkt, dabei aber Reibung und Abnutzung verhindert werden,
um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
-
Bei einer bekannten Verdrängermaschine der obenerwähnten Art, bei
welcher aber nur ein inneres Seitenwandteil vorgesehen ist, ist dieses als einfache
runde, mit einer zentrischen Bohrung für den Durchtritt der Rotorwelle versehene
Platte ausgebildet, auf deren dem Rotor abgekehrten Rückseite zwei durch Dichtungen
umgrenzte, etwa nierenförmige Druckfelder vorgesehen sind. In diesen Druckfeldern
wirkt der volle oder fast der volle Arbeitsdruck der Maschine. Wenn beim Betrieb
derselben der Flüssigkeitsdruck stark über ein normales Maß ansteigt, dann könnte
die biegeelastische innere Seitenwand so verformt werden, daß sie an ihrem die Welle
umgebenden inneren Rand übermäßig gegen den entsprechenden Ringbereich der Rotorseitenfläche
gedrückt wird, dabei bremsend wirkt, wobei Abnutzungserscheinungen an der Platte
und am Rotor auftreten, daß sie aber im Bereich der bei dieser Maschine als Verdrängerorgane
verwendeten plattenförmigen Arbeitsschieber nicht ausreichend dichtet.
-
Bei einer anderen bekannten Pumpe mit in Schlitzen des Rotors radial
beweglichen Arbeitsschiebern sind beiderseits des Rotors in einer durchgehenden,
im mittleren Teil mit dem Rotor den Förderraum bildenden, kreiszylindrischen Statorbohrung
axial verschiebliche innere hohle Seitenwandteile vorgesehen, die jeweils aus einem
äußeren und einem darin exzentrisch angeordneten inneren Rohrteil bestehen, welche
Rohrteile durch eine an der betreffenden Rotorseitenfläche anliegenden Stirnplatte
zu einem Stück vereinigt sind. Der zu den äußeren Stirnseiten hin jeweils durch
einen exzentrisch ausgebohrten verschieblichen Kolben abgeschlossene Hohlraum jedes
dieser Seitenwandteile wird mit Druckflüssigkeit aufgefüllt, deren Druck unterhalb
des Förderdruckes liegt, indem der erwähnte Hohlraum mittels einer Leitung mit einem
Druckreduzierventil mit der Pumpendruckseite in Verbindung gebracht wird und dabei
zugleich über zwei Kapillarbohrungen mit einer näher zur Saug-Seite hin gelegenen
Stelle des Förderraumes einerseits und mit dem Spalt zwischen der Rotorseitenfläche
und der Stirnfläche des Seitenwandteiles andererseits verbunden ist. Damit kann
wohl der Druck, mit dem die inneren Seitenwandteile gegen die Rotorseitenflächen
gedrückt werden, weitgehend dem vom Förderraum her auf die Seitenwandteile ausgeübten
Axialdruck angepaßt werden, jedoch besteht die Gefahr, daß sich die kolbenähnlichen
Seitenwandteile schräg stellen und dann in der Gehäusebohrung klemmen könnten; denn
die Druckverteilung auf ihren dem Förderraum zugekehrten Stirnflächen entspricht
nicht der durch die Exzentrizität zwischen den beiden Rohrteilen gegebenen Druckverteilung
an ihren Hohlraumstirnflächen. Der Ein- und der Auslaßkanal zum Förderraum müssen
dabei in der Umfangswand desselben angeordnet sein, was wiederum bei mehreren Förderräumen
zwischen Rotor und Stator sehr ungünstig wäre.
-
Ferner ist noch eine Pumpenkonstruktion mit einem ringförmigen, mit
Schlitzen zur Führung von Arbeitsschiebern versehenen Rotor und mit zwei innerhalb
und außerhalb dieses Ringes mitrotierenden weiteren Ringen zu beachten, bei welcher
zwischen dem Rotor und diesen beiden Ringen zwei sichelförmige Förderräume gebildet
sind, die auf einer Seite der Ringe durch eine als abgestufter Kolben geformtes
Seitenwandteil abgeschlossen sind, das in einer entsprechend abgestuften Gehäusebohrung
axial beweglich angeordnet ist. Sowohl zwischen der ringförmigen rückwärtigen Stirnfläche
des Kolbenteiles größeren Durchmessers und einer entsprechend ringförmigen Gehäusestirnwand
als auch zwischen der kreisförmigen Stirnfläche des Kolbenteiles kleinen Durchmessers
und einer gegenüberliegenden Gehäusewand verbleiben Räume, von denen der eine mit
dem Druckstutzen, der andere mit dem Saugstutzen der Pumpe unmittelbar verbunden
ist. Kanäle führen durch das kolbenförmige Seitenwandteil hindurch zu nierenförmigen
Ausnehmungen an seiner den Förderräumen zugekehrten Stirnfläche. Die Exzentrizität
der beiden, die innere und die äußere Förderraumwand bildenden Ringe gegenüber dem
Rotor kann so weit verstellt werden, daß bei gleicher Rotordrehrichtung die Förderrichtung
umkehrbar wird und dadurch beide Anschlußstutzen wechselweise als Druck- oder Saugstutzen
dienen. Dabei kann die aus dem hinter dem kolbenförmigen Seitenwandteil gerade als
Druckkammer dienenden Raum auf den Rotor wirkende Axialkraft nie genau den aus den
Förderräumen auf das Seitenwandteil ausgeübten Axialkräften angepaßt sein, wodurch
wiederum die Gefahr des Verkantens und Verklemmens dieses Seitenwandteiles gegeben
ist.
-
Außerdem sind Konstruktionen der vorerwähnten Art mit axial verschieblichen
inneren Seitenscheiben nur bei verhältnismäßig klein ausgeführten Pumpen und Motoren
geeignet, bei denen die inneren Gehäuseseitenteile verhältnismäßig sehr steif und
robust ausgeführt werden können, ohne daß dies als untragbarer Aufwand an Baugröße
und Gewicht der Maschine empfunden wird. Man kann solche Konstruktionen aber nicht
ohne weiteres auf Pumpen und Motoren in großen baulichen Ausführungen übertragen,
bei denen darauf geachtet werden muß, daß die Abmessungen der Einzelteile und das
Gewicht der Maschine in relativ zum nutzbaren Förder- bzw. Arbeitsraum vernünftigen
Grenzen bleiben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei
einer Drehkolbenpumpe oder einem Flüssigkeitsmotor der eingangs erwähnten Art die
beiden, beiderseits des Rotors angeordneten inneren Seitenwandteile so zu gestalten,
daß ihre mit Druckflüssigkeit zu beaufschlagenden rückwärtigen Flächen möglichst
so groß gewählt werden, daß die vom Arbeitsraum her auf die Seitenwandteile einwirkenden
axialen Kräfte bestmöglich kompensiert werden können, ohne daß an den erwähnten
Rückflächen der volle Hochdruck der Maschine wirken muß, daß weiterhin an den an
den Rotorseitenflächen anliegenden Wandteilen in deren innerem Bereich eine Steifigkeit
erreicht wird, die das Auftreten einer schmalen ringförmigen Bremsfläche gegenüber
dem Rotor ausschließt, und daß schließlich dabei dennoch axiale Ein- und Auslaßöffnungen
in den Seitenwandteilen möglich sind.
-
Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einer Drehkolbenpumpe
(oder einem Motor) der eingangs erwähnten Art die inneren Seitenwandteile aus auch
die Ein- und Auslaßöffnungen zu den Förder-bzw. Arbeitsräumen enthaltenden, somit
als Steuerscheiben dienenden, sonst aber die Arbeitsräume seitlich abschließenden,
im wesentlichen aus ringförmigen Plattenteilen bestehen, welche je am Innenrand
mit einem rohrförmigen Kragen oder Fortsatz versehen sind, der wiederum an dem dem
Förder-bzw. Arbeitsraum abgelegenen Ende einen in axialer Richtung im Gehäuse nicht
festgehaltenen Flansch trägt, so daß die inneren Seitenwandteile kurzen weiten Rohrstücken
mit je einem größeren und einem kleineren Endflansch gleichen, wobei die entsprechend
dem aus dem Förder- bzw. Arbeitsraum auf die Steuerscheiben ausgeübten Druck dimensionierten
und dabei im Außendurchmesser ungefähr der Weite des Hohlraumes der Hubscheibe entsprechenden
äußeren Flansche auf ihren äußeren Stirnflächen von Flüssigkeit mit einem gegenüber
dem Förder- bzw. Arbeitsdruck reduzierten Druck beaufschlagt sind und dadurch als
Kolbenteile wirken.
-
Vorzugsweise greifen die äußeren Gehäuseteile je mit einem rohrförmigen
Teil in die Kragenteile der inneren Seitenwandteile bis zum Rotor reichend ein,
wobei sie außerdem mittels ihrer äußeren Stirnwände und kurzer zylindrischer Flächen
den Arbeitsraum für die als Kolben dienenden Flansche abschließen, der unter Flüssigkeitsdruck
steht.
-
Dabei bilden in an sich bekannter Weise die Steuerscheiben mit Flansch
und rohrförmigem Fortsatz zusammen mit den Gehäuseseitenteilen Ringräume, zu denen
als Ein- und Auslaßkanal dienende Kanäle in Anschlußstutzen führen.
-
Im einzelnen wird dazu noch vorgeschlagen, das Druckflüssigkeit aus
dem jeweils als Drucksammelraum bzw. Druckkanal dienenden Ringraum über ein Druckminderventil
und dadurch mit einem stark herabgesetzten Druck in einen Spaltraum zwischen dem
Kragenteil sowie dem Flansch. des betreffenden inneren Seitenwandteiles und dem
rohrförmigen Teil sowie der äußeren Stirnwand des betreffenden Gehäuseseitenteiles
geleitet wird.
-
Dabei besteht die Möglichkeit, die Fläche des Endflansches jedes der
inneren Seitenwandteile so zu dimensionieren, daß der erforderliche Kompensationsdruck
sich einstellt. Durch die Erfindung wird auch der Vorteil erreicht, daß in jedem
dieser Seitenwandteile ein Ringkanal gebildet wird, der für störungsfreien Zu- und
Abfluß der Druckmittelmengen ausreicht und die platzgünstige Unterbringung der Druckminder-
und eventuell erforderlicher Rückschlagventile ermöglicht.
-
Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung an einem
Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt F i g. 1. einen Längsschnitt durch eine
Drehkolbenmaschine mit den Merkmalen nach der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt
durch die Maschine, und zwar durch den Rotor und den Arbeitsraum, F i g. 3 eine
Ansicht eines inneren Seitenwandteiles bzw. einer Steuerscheibe vom Rotor her gesehen.
-
Zwei Gehäuseseitenteile 1, 2 werden mit der Hubscheibe
3 durch Schrauben 4 zum Gehäuse der Maschine zusammengefaßt. Zwischen
der Hubscheibe und dem Rotor 5 sind in bekannter Weise mehrere Arbeitsräume
6 mit ebenso vielen Trennstellen 7 vorgesehen, an denen der Rotor
mit Gleitpassung anliegt. In radialen Schlitzen 8 sind die Zellen
6 bildende Arbeitsschieber oder Flügel 10 gleitend gelagert. In Bohrungen
an den Unterseiten 11 der Flügel sind Druckfedern 1.2 angeordnet,
die sich in Längsbohrungen 13 des Rotors 5 abstützen und die Flügel
nach außen drücken. Hubscheibe und Rotor sind zu beiden Seiten mit Steuerscheiben
14, 15 abgedeckt, die jeweils am Innenrand in axialer Richtung in einen rohrförmigen
Kragen oder Fortsatz 16, 17 übergehen, der wiederum außen in einem zur Steuerscheibe
parallelen Flansch 18, 19 endet.
-
Eine plattenförmige Steuerscheibe 14 bzw. 15, der dazugehörige
rohrförmige Fortsatz 16 bzw. 17 und ein Flansch 18 bzw.
19 bilden zusammen jeweils ein im Gegensatz zu den (äußeren) Gehäuseseitenwänden
1, 2 inneres Seitenwandteil, wobei die Steuerscheibe in geringem Maße biegeelastisch
nachgiebig ist. Die dem Rotor 5 abgewandte Außenseite 20, 21 jeder
Steuerscheibe 14, 15 liegt dicht am Gehäuseseitenteil 1, 2 an, da
die Steuerscheibe mit ihren radial äußeren Bereichen zwischen der Hubscheibe
3 und dem Gehäuseseitenteil eingespannt ist. Zwischen den Gehäuseseitenteilen
1, 2 und den Steuerscheiben 14,
15 mit ihren Fortsätzen 16, 17 und Flanschen
18, 19 entstehen dadurch Ringräume 22, 23 außerhalb der Arbeitsräume
6, die der Zuführung und Ableitung der Förder- bzw. Arbeitsflüssigkeit dienen.
Die (äußeren) Gehäuseseitenteile 1, 2 greifen je mit einem rohrförmigen Teil
45, 46 in die Kragen bzw. Fortsätze 16,17 der inneren Seitenwandteile 14,
16, 18 und 15, 17, 19 bis zum Rotor 5 reichend ein und schließen mittels
ihrer äußeren Stirnwände 41, 42 und kurzer zylindrischer Führungsflächen
43, 44 den unter Flüssigkeitsdruck stehenden Arbeitsraum für die als Kolben
dienenden Flansche 18,19 ab. Die Flansche 18, 19 sind gegenüber den
zylindrischen Führungsflächen 43, 44 abgedichtet und um ein sehr geringes
Maß axial verschieblich. Zwischen den äußeren Stirnwänden 42, 41 der Gehäuseseitenteile
1, 2 und den Außenseiten 24, 25 der Flansche 18, 19 sowie zwischen den Innenflächen
der rohrförmigen Fortsätze 16, 17 und den Außenflächen der rohrförmigen Gehäuseteile
45, 46 sind zur Aufnahme von Druckflüssigkeit dienende Spalträume
26, 26', 27, 27' vorgesehen.
-
Die Steuerscheiben 14, 15 sind vollkommen gleich ausgebildet
und werden mit einem Paßstift 28 in ihrer Stellung zur Hubscheibe 3 arretiert.
Sie sind mit Durchtrittsöffnungen bzw. Steuernieren 29, 30 zu den
Arbeitsräumen
6 ausgestattet. Durch die Bohrungen 31 wird die Verbindung von den Ringräumen
22,23
zu den Längsbohrungen 13 im Rotorkörper hergestellt. Die Bohrungen 32
stehen einerseits mit den Längsbohrungen 13 im Rotorkörper, andererseits
über Kanäle 33 mit den Spalträumen 26, 26', 27, 27' in den Gehäuseseitenteilen
1 und 2 in Verbindung.
-
Jede Steuerscheibe enthält ein Druckminderventil 34, das auf seiner
Hochdruckseite über einen Kanal 35 mit dem Ringraum 22,23 und auf
seiner Niederdruckseite mit den Spalträumen 26, 26', 27, 27' verbunden ist. Leckflüssigkeit
kann durch ein Rückschlagventil 36 in den Ringraum 22, 23 zurückkehren.
-
Im folgenden sei angenommen, daß die Maschine als Flüssigkeitsmotor
arbeitet.
-
Die zugeführte Druck- bzw. Arbeitsflüssigkeit fließt vom Einlaufstutzen
38 durch die Arbeitsräume 6 hindurch zum Auslaßstutzen 39 und bewegt den Rotor in
Pfeilrichtung. Sie strömt z. B. vom Ringraum 22 durch die Steuerniere 29 in die
Einlaßzone 6' des Arbeitsraumes 6" sowie durch die Bohrung 31 unter die Unterkante
des Flügels 10' und beaufschlagt die im Bereich der Steuerniere 29 befindlichen
radial äußeren Flächen der Flügel 10" und 10"' sowie auch die Unterseite des Flügels
10'. Ebenso strömt sie durch die entsprechenden Einlaßnieren 29 in die anderen
Arbeitsräume ein. Der Rotor setzt sich in Bewegung und gibt die Kraft der Druckflüssigkeit
als Drehmoment an die Welle 40 der Maschine ab. Der Abfluß der Arbeitsflüssigkeit
erfolgt nach vollbrachter Leistung durch die in F i g. 3 nur nach ihrer Lage angedeuteten
Steuernieren 30 der gegenüberliegenden Steuerscheibe in den Ringraum 23 zum Auslaßstutzen
39. Die Flügel 10" und 10"' befinden sich in einer Trennphase bzw. Zwischenstellung
zwischen Druck-und Niederdruckzone, wobei nur auf ihrer radial äußeren Fläche der
Arbeitsdruck wirkt. Auch diese beiden Flügel müssen von der Unterseite her gegen
die Lauffläche der Hubscheibe angedrückt werden. Der hierfür erforderliche Druck
braucht aber nur einen Teil des Arbeitsdruckes zu betragen und wird ebenfalls dem
Ringraum 22 entnommen. Der dort herrschende Arbeitsdruck wird durch den Kanal 35
dem Druckminderventil 34 zugeleitet und dort auf ein Bruchteil seiner Spannung herabgemindert,
um in den Spaltraum 26, 26' einzutreten. Der gleiche herabgeminderte Druck wirkt
auf die Außenseiten 24, 25 der Seitenwandteilflansche 18,19 und verhindert das Abfedern
der Steuerscheiben 14, 15 von den Rotorseitenflächen, da die Fläche der Flansche,
mit dem verminderten Druck beaufschlagt, ausreichend groß bemessen ist, um dem in
den Arbeitsräumen herrschenden Zellendruck standzuhalten.
-
Das in der Zeichnung nicht dargestellte Druckminderventil im Seitenwandteil
15,17,19 tritt nicht in Tätigkeit, wenn im Ringraum 23 Niederdruck herrscht. Wenn
die Druckflüssigkeit über den Ringraum 22 eingeleitet wird, tritt nur das Druckminderventil
34 im Seitenwandteil 14,16,18 in Tätigkeit und läßt Flüssigkeit unter reduzierten
Druck (Mitteldruck) in den Spaltraum 26, 26' eintreten. über die Kanäle 33 mit ihren
zylindrischen Erweiterungen 32, von denen einer in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet
ist, gelangt durch einige der Längsbohrungen 13, welche momentan mit einer Erweiterung
32 in überdeckung kommen, Flüssigkeit unter reduziertem Druck aus dem Spaltraum
26, 26' in den Spaltraum 27, 27' auf der Niederdruckseite der Maschine. Dazu
sind die betreffenden Längsbohrungen 13 zweckentsprechend über einen nicht dargestellten
Leitungsweg mit dem Spaltraum 26, 26' verbunden.
-
Der Motor kann bei Vertauschung der Druck-und Rücklaufleitung seine
Drehrichtung umkehren. Dank der analogen Ausbildung und Anordnung aller Teile ist
hierbei kein besonderer Umschaltvorgang notwendig. Auch die Umstellung von Motorbetrieb
auf Pumpbetrieb, die z. B. bei Hebezeugen gefordert wird, erfolgt, ohne daß zuvor
Umschaltungen stattfinden müssen.