DE1503333C3 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine, Pumpe oder Flüssigkeitsmotor, mit einem mindestens zwei nockenartige Erhebungen aufweisenden, sonst zylindrischen Motor, mit in Schlitzen einer den Rotor umgebenden zylindrischen Statorwand radial beweglichen Trennschiebern, welche die durch umfangsseitige, von Nocken zu Nocken reichende Ausnehmungen des Rotors gebildeten Arbeitsräume in Verdrängerzellen unterteilen.

Bei einer nach der DT-PS 2 69 532 bekannten Pumpe dieser Art führen die Zufluß- und Ablaufkanäle für das Arbeitsmedium durch die Trennschieber in die Arbeitsräume.

Bei einer ähnlichen Maschine nach der US-PS 25 83 633 führen die Zufluß- und Abflußkanäle tangential durch die Statorwand in die Arbeitsräume.

Bei einer wiederum ähnlichen Maschine nach der US-PS 31 28 708 führen die Zufluß- und Abflußkanäle aus Statorkammern axial in die Arbeitsräume.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch geschickte Ausbildung der Zufluß- und Abflußkanäle für einen erhöhten Wirkungsgrad der Maschine bei möglichst geringer Verschleißbeanspruchung der Trennschieber ohne großen konstruktiven Aufwand zu sorgen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Rotationskolbenmaschine eingangs genannter Art dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig neben den Arbeitsräumen noch Ringkanäle in den Rotor eingelassen sind, welche als Zu- und Ableitungskanäle für die Förder- bzw. Arbeitsflüssigkeit zu den Arbeitsräumen dienen, in welche Ringkanäle Anschlußkanäle in der Statorwand radial ausmünden, wobei Trennwände des Rotors zwischen den Ringkanälen und den Arbeitsräumen noch bis zu ihrem Außenumfang reichende Ausnehmungen aufweisen, die je nach einer Richtung, aber bezüglich der beiden Rotorseiten einander entgegengesetzt, der Nockenkontur angepaßt sind und als unmittelbare Einbzw. Auslaßöffnungen in die Arbeitsräume dienen.

Die Ringkanäle sind zu den Anschlußkanälen stets offen, so daß durch die Anschlußkanäle praktisch kontinuierlich das Arbeitsmittel in die Ringkanäle oder aus den Ringkanälen strömen kann. In den Ringkanälen erhält das Arbeitsmedium die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors, so daß es ohne zu starke Wirbelbildung in die Arbeitsräume oder aus den Arbeitsräumen strömen kann. Durch die Anordnung der Ausnehmungen wird eine verlustarme Füllung und Entleerung der Arbeitsräume erreicht. Die Nocken dienen - wie an sich bekannt - sowohl zur Steuerung der Trennschieber als auch zur Trennung der Arbeitsräume voneinander. Ein erheblicher Aufwand für die konstruktive Gestaltung des Rotors ist nicht gegeben.

Die zur Auf- und Entnahme der Flüssigkeit dienenden Leitungen stehen mit axial geführten Kanälen in Verbindung, die mehrere radial gerichtete Leitungen kreuzen, welche zu einem Paar im Rotor ausgebildeter und durch den Stator abgeschlossener Ringkanäle führen. Diese Ringkanäle sind in Abständen mit ringförmig angeordneten Arbeitsräumen zwischen dem Rotor und dem Gehäuse, verbunden. Diametral einander gegenüber liegend sind am einen Ende der Arbeitsräume zwei Ausnehmungen für den Durchtritt der Druckflüssigkeit vorgesehen. Mit dem Auslaßkanal in Verbindung stehende Ausnehmungen sind einander diametral gegenüberliegend am hierzu entgegengesetzten Ende der Arbeitsräume angeordnet. Die Arbeitsräume sind um 90° gegenüber dem Durchmesser versetzt, auf dem die Ausnehmungen für die Flüssigkeitszufuhr angebracht sind.

Um den Austritt von Flüssigkeit aus den Leitungen zu vermeiden sind Dichtungen vorgesehen und schließlich noch weitere Vorkehrungen getroffen, um eventuell noch austretende Flüssigkeit zu sammeln. Soweit im Stator Schlitze vorgesehen sind, werden diese beginnend vom einen Stirnende des Stators in diesen eingefräst. Das hierbei aus Gründen der Vereinfachung des Fräsvorganges im Bereich der entsprechenden Statorstirnseite entfernte Material wird durch sorgfältig in den Schlitz eingefügte Einsatzstücke ersetzt. Zur Schaffung von Auflagerschultern von im wesentlichen axialer Ausdehnung, sind die Einsatzstücke mit entsprechenden Ausnehmungen versehen. Diese Ausnehmungen sind dabei mit einer am einen Stirnende des Stators angebrachten ringförmigen Ausnehmung deckungsgleich. Ein auf dieses Ende des Stators aufgeschrumpfter Ring, der die Ausnehmungen der Einsatzstücke ebenfalls umschließt, vervollständigt die zylindrische Gestalt des Stators.

Mit einem Schraubgewinde versehene Öffnungen, die durch das Gehäuse zu den als Führungen für die Trennschieber dienenden Schlitzen führen, dienen zur Aufnahme von Abschlußschrauben, die gleichzeitig als Auflager für kompressible Schraubenfedern ausgebildet sind. Unter der Wirkung dieser Federn werden die Trennschieber bei Rotation des Rotors gegen die entsprechenden Rotor- sowie Nockenflächen ahgedrückt. Die Nocken werden zweckmäßigerweise ge- ^ trennt gefertigt und auf den zylinderförmigen Rotor aufgeschraubt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Rotationskolbenmaschine dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt gemäß der Linie 1-1 durch die in F i g. 2 dargestellte Rotationskolbenmaschine,

F i g. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie 2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 in F i g. 1, in teilweise gebrochener Darstellung,

F i g. 4 einen Schnitt gemäß der Linie 4-4 in F i g. 2 in teilweise gebrochener Darstellung,

F i g. 5 den Stator der Rotationskolbenmaschine in auseinandergezogener perspektivischer und vergrößerter Darstellung, g₀

F i g. 6 eine perspektivische Teilansicht des Rotors.

Das Gehäuse 8 der Rotationskolbenmaschine weist eine zylinderförmige Gehäusewandung 10 auf, deren Stirnenden mit kreisringförmigen Stirnwänden 12 und 14 verschlossen, z. B. verschraubt sind. Das Gehäuse 8 ist über einen flanschartig ausgebildeten Träger 16 mit einem in F i g. 1 gebrochen dargestellten Rahmen 18 fest verbunden, z. B. verschraubt.

Der in Fig.5 auseinandergezogen dargestellte Stator 20 kann - obgleich er für gewöhnlich nicht einstückig mit dem Gehäuse 8 verbunden ist — als Teil des Gehäuses 8 betrachtet werden. Der Stator 20 weist eine hohlzylindrische Statorwand 22 auf, die zur Schaffung einer kreisringförmigen Auflagerschulter 24 im Bereich ihres einen Stirnendes 26 in ihrem Durchmesser verjüngt ist.

Die Statorwand 22 ist mit mehreren Schlitzen 28 versehen, die zum Stirnende 26 hin randoffen und an das hierzu abgekehrte Stirnende 30 der Statorwand 22 dicht herangeführt sind. Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sind in jeweils 90° Abstand zueinander vier Schlitze 28 angeordnet. Die Schlitze 28 sind dabei mit Ausnehmungen versehen, in denen radial zur Mittelachse der Statorwand 22 gerichtete Trennschieber 32 geführt sind. Die gefrästen Schlitze 28 sind an ihren dem Stirnende 26 zugekehrten randoffenen Enden mit Einsatzstücken 34 verschlossen (s. F i g. 5). Jedes dieser Einsatzstücke 34 weist eine im eingesetzten Zustand mit der Umfangsfläche der Auflagerschulter 24 der Statorwand 22 deckungsgleiche Ausnehmung 36 auf. Nach Einsetzen der Einsatzstücke 34 in den jeweils entsprechenden Bereich der Schlitze 28 wird ein Kreisring 38 über das Stirnende 26 der Statorwand 22 aufgeschoben und zur Halterung der Einsatzstücke 34 gemäß F i g. 1 mit den Ausnehmungen 36 der Einsatzstücke 34 in formschlüssigen Eingriff gebracht. Die Gehäusewandung 10 ist jeweils an den zu den Schlitzen 28 benachbarten Bereichen mit Bohrungen 40 versehen, die zur Aufnahme von Schrauben 42 dienen, in welchen Federn 44 geführt sind. Die Federn 44 stützen sich mit ihren einen Enden gegen die ihnen zugekehrten Seitenflächen vor Ausnehmungen 46 ab, die wechselweise in den Schlitzen 28 der Trennschieber 32 angeordnet sind. Unter der Wirkung der Federn 44 wird jeweils jeder einzelne Trennschieber 32 gegen die entsprechende Rotoroberfläche angedrückt. Unter der Wirkung eines Nockens 90 des Rotors 50 wird dabei der einzelne Trennschieber 32 entgegen der Wirkung der Feder 44 nach außen gedrückt. Eine Reihe von Kanälen 48, welche radial durch die einzelnen Trennschieber 32 geführt sind, sorgt für den Druckausgleich, so daß die Bewegungsfreiheit jedes einzelnen Trennschiebers 32 gewahrt bleibt, ohne daß Flüssigkeit in äußere Bereiche der Schlitze 28 eingeschlossen bzw. dort ein Vakuum entwickelt wird.

Gemäß F i g. 6 weist der Rotor 50 einen hohlzylindrisch gestalteten Teil 72 auf, der beispielsweise mittels eines Keiles 52 mit einer Nabe 54 drehfest verbunden ist. Die Nabe 54 ist bei 56 mit dem einen Ende einer Welle 58 verbunden. Mit Ausnahme des Keils 56 ist zwischen der Nabe 54 und der Welle 58 keine weitere Berührung gegeben, so daß eventuelle Ausrichtprobleme auf ein Minimum herabgesetzt sind. Eine auf das verjüngte Stirnende 62 der Welle 58 aufgeschraubte Mutter 60 drückt die Nabe 54 mit ihrem einen Teil 64 gegen eine Auflageschulter 66 der Welle 58 an. Die Nabe 54 kann im Bereich ihres einen Endes 68 verjüngt ausgebildet und mit diesem Bereich in einem als Lager ausgestatteten Teil 70 der Gehäusestirnwand 12 drehbar angeordnet sein. Der ringförmige Ansatz des Rotors 50 weist abgeflachte Stirnflächen 74 und 76 auf, welche zur Führung der Lippen von Dichtungen 78 und 80 dienen.

An die äußere Umfangsfläche des Rotorteils 72 schließen ein breiter zentraler, zylindrischer Arbeitsraum 84 und zwei enge Ringkanäle 86 und 88 an, welch letztere vom Arbeitsraum 84 dienen zur Aufnahme der

Arbeitsflüssigkeit. Die Ringkanäle 86 und 88 dienen wahlweise als Ein- und Auslaßkanäle für diese Flüssigkeit.

Bei dem mit vier Trennschiebern 32 versehenen Ausführungsbeispiel sind bevorzugt jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Nocken 90 vorgesehen, welche beim Betrieb der Maschine als Pumpe die Flüssigkeit verdrängen und beim Betrieb der Maschine als Motor die Drehung des Rotors 50 unter Ausnützung des Druckes der Flüssigkeit bewirken. Hinzukommt, daß die Nocken 90 die Trennschieber 32 in ihren Schlitzen 28 anheben und deren Rückstellung synchron mit der relativen Drehung zwischen dem Rotor 50 und dem Stator 20 steuern.

Aus fertigungstechnischen Erwägungen heraus empfiehlt es sich, die Nocken 90 getrennt herzustellen, wobei eine dem Rotorteil 72 angepaßte innere Uinfangsfläche 92 und tangential verlaufende Nockenflächen 94 und % geschaffen werden, welche radial nach außen hin zu einer gewölbten Außenfläche 98 konvergieren.

Mit diesen Außenflächen 98 liegt der Rotor 50 dicht an der Innenumfangfläche der Statorwand 22 an. Gemäß Fig. 1 ist dabei die Länge des vorgefertigten Nockens 90 der Breite des Arbeitsraumes 84 angepaßt. Die Nocken 90 werden mittels Schrauben 100 auf das Rotorteil 72 aufgeschraubt.

Eine flanschartig ausgebildete Trennwand 102, die den Arbeitsraum 84 vom Ringkanal 88 trennt (s. F i g. 1 und 6), ist derart bearbeitet, daß eine normalerweise dreieckförmig ausgebildete Ausnehmung 104 entsteht, die deckungsgleich mit der Fläche 94 der einen Nocke 90 ist. Die gleiche Trennwand 102 weist eine weitere dreieckförmig gestaltete Ausnehmung 106 auf, die diametral zur Ausnehmung 104 angeordnet und mit der Fläche 96 der anderen Nocke 90 deckungsgleich ist.

Die Anordnung der Ausnehmungen 104 und 106 ist insbesondere aus F i g. 6 zu ersehen. In gleicher Weise ist eine flanschartig gestaltete Trennwand 108 mit entsprechenden Ausnehmungen 110 versehen. Die Ausnehmung 110 ist mit der Fläche 94 deckungsgleich.

Die gemäß Fig. 1 als Rohre 112 und 114 dargestellten Flüssigkeitszufuhr- und Ablaßleitungen sind in ihrer Funktion vertauschbar und zwar derart, daß die unter Druck stehende Flüssigkeit wahlweise der einen oder der anderen der vorgenannten Leitungen zugeführt und durch die entsprechende andere Leitung abgeführt werden kann. Die Rohre 112 und 114 stehen mit Anschlußkanälen 116 bzw. 118 in Verbindung. Diese Anschlußkanäle 116 bzw. 118 schneiden Kanäle 120 und 122. Gemäß Fig.2 sind vorzugsweise je zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Anschlußkanäle 116 bzw. 118 angeordnete Kanäle 120 bzw. 122 vorgesehen, die mit den Anschlußkanälen 116 bzw. 118 in Verbindung stehen.

Die Längsachsen der parallel zur Längsachse der Statorwand 22 geführten Kanäle 120 bzw. 122 fallen zusammen, wobei die jeweils zur einen Stirnseite der Statorwand 22 hin offenen Leitungen bei 124 verschlossen sind. Leitungen 126 sind in der Statorwand 22 in radialer Richtung gebohrt und bedürfen infolge des satten Sitzes der Statorwand 22 im Gehäuse 8 keines besonderen Verschlusses. Die Leitungen 126 führen unmittelbar zum Ringkanal 86.

Weitere, gemäß der Darstellung nach Fig. 1

linksseitig angeordnete und ähnlich gestaltete Bohrungen 128 führen zum Ringkanal 86. Diese Bohrungen 128 werden durch den Ring 38, der die Einsatzstücke 34 gegen Lösen aus ihren entsprechenden Schlitzen 28 sichert, dicht verschlossen.

Gemäß Fig.4 sind bei 130 und 132 zwischen den Gehäusestirnwänden 12 und 14 und den entsprechenden Enden des Rotorteils 72 und der Statorwand 22 Räume geschaffen. Wenigstens eine Querleitung 134 verbindet diese beiden Räume miteinander. Die Leitung 134 wird von einer Bohrung 136 geschnitten, die mit einem Abflußrohr 138 versehen ist. Gemäß Fig. 2 ist das Rohr 138 im Winkel versetzt zu den Ein- bzw. Auslaßrohren 112 und 114 angeordnet. Die Rohre 112 und 114 sind normalerweise Seite an Seite auf gleicher Ebene angeordnet. Tritt durch das Rohr 114 unter Druck stehende Flüssigkeit in den die in F i g. 2 gezeigte Stellung einnehmenden Rotor 50 ein, so dringt die im Ringkanal 88 befindliche Flüssigkeit gleichzeitig durch die Ausnehmungen 104 und 106 in den Ringkanal 84 ein. Die durch die Ausnehmung 106 in den Ringkanal 84 4i eindringende Flüssigkeit ist außerstande, den in F i g. 2 rechts unten dargestellten Trennschieber 32 wesentlich anzuheben. Dementsprechend wird der Druck der Flüssigkeit auf den in Fig.2 rechts oben dargestellten • Nocken 90 ausgeübt und hierdurch die Rotation des Rotors 50 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn ausgelöst. In gleicher Weise drückt die durch die Ausnehmung 104 eindringende Flüssigkeit gegen den in F i g. 2 links oben dargestellten Trennschieber 32, wodurch die unter Druck stehende Flüssigkeit gegen den in F i g. 2 links unten dargestellten Nocken 90 gedrückt und damit ebenfalls eine Rotation des Rotors 50 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn ausgelöst wird.

Bei Rotation des Rotors 50 werden die in F i g. 2 rechts ■oben und links unten dargestellten und einander gegenüberliegenden Nocken 90 aus ihren Stellungen unterhalb der Trennschieber 32 herausgedreht.

Die Nocken 90 werden somit aus einer Stellung herausgedreht, in der die Trennschieber 32 auf der der Nockenmitte entsprechenden Umfangsfläche der Nokken 90 aufliegen. Unter Wirkung ihrer zugehörigen Federn 44 werden die Trennschieber 32 zum Rotor 50 hingedrückt, wobei die Nocken 90 — nahezu unmittelbar nachdem die Trennschieber 32 die Bodenfläche des Ringkanals 84 berühren — unterhalb die in F i g. 2 links oben und rechts unter dargestellten Trennschieber 32 gedreht und diese Trennschieber 32 entgegen der Wirkung ihrer entsprechenden Federn 44 angehoben werden. Die von den entsprechenden Nocken 90 verdrängte Flüssigkeit entweicht durch die am hierzu entgegengesetzten Ende befindlichen Ausnehmungen 110, um schließlich zur Entleerung des Rohres 112 in den Ringkanal 86 einzudringen. Wenn die unter Druck stehende Flüssigkeit durch das Rohr 112 geleitet wird, rotiert der Rotor 50 in Uhrzeigerrichtung, wobei der Abfluß der Flüssigkeit durch das Rohr 114 erfolgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenmaschine, Pumpe oder Flüssigkeitsmotor, mit einem mindestens zwei nockenartige Erhebungen aufweisenden, sonst zylindrischen Rotor, mit in Schlitzen einer den Rotor umgebenden zylindrischen Statorwand radial beweglichen Trennschiebern, welche die durch umfangsseitige, von Nocken zu Nocken reichende Ausnehmungen des Rotors gebildeten Arbeitsräume in Verdrängerzellen unterteilen, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig neben den Arbeitsräumen (84) noch Ringkanäle (86, 88) in den Rotor eingelassen sind, welche als Zu- und Ableitungskanäle für die Förderbzw. Arbeitsflüssigkeit zu den Arbeitsräumen (84) dienen, in welche Ringkanäle (86,88) Anschlußkanäle (116, 118) in der Statorwand (22) radial ausmünden, wobei Trennwände (102, 108) des Rotors (50) zwischen den Ringkanälen (86, 88) und den Arbeitsräumen (84) noch bis zu ihrem Außenumfang reichende Ausnehmungen (104, 106, 110) aufweisen, die je nach einer Richtung, aber bezüglich der beiden Rotorseiten einander entgegengesetzt, der Nockenkontur angepaßt sind und als unmittelbare Ein- bzw. Auslaßöffnungen in die Arbeitsräume (84) dienen.

2. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (90) als gesonderte Elemente an dem sonst zylindrischen Rotor (50) mittels Schrauben (100) befestigt sind. .

3. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken (90) tangential zur Bodenfläche der Arbeitsräume (84) verlaufende Flächen (94, 96) aufweisen, die in Richtung zur Statorwand (22) bis zu einer der Tiefe der Arbeitsräume (84) entsprechenden Höhe konvergieren.

4. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwand (22) hohlzylindrisch ausgebildet und in einem stirnseitig geschlossenen Gehäuse (8) angeordnet ist.

5. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwand (22) zur Aufnahme der Trennschieber (32) axial verlaufende und zu einem ihrer Stirnenden (26) hin randoffene Schlitze (28) aufweist.

6. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (28) radial zur Mittelachse der Statorwand (22) verlaufen.

7. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (28) in ihrem randoffenen Bereich durch Einsatzstücke (34) verschlossen sind.

8. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzstücke (34) randoffene Ausnehmungen (36) aufweisen und daß ein Ring (38) vorgesehen ist, der diesen Ausnehmungen (36) angepaßt ist und die Statorwand (22) im Bereich der Einsatzstücke (34) umschließt.

9. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (38) und die Statorwand (22) mit geringem Spiel im Gehäuse (8) angeordnet sind.

10. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

net, daß der Rotor (50) hohlzylindrisch ausgebildet und an einem Ende innen mit einer drehbar gelagerten Nabe (54) drehfest verbunden ist.

11. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (54) zur Aufnahme einer Welle (58) und mit ihrem dem mit dem Rotor (50) verbundenen Ende abgewandten Ende auf die Welle (58) aufgeschoben und mit der Welle (58) drehfest verbunden ist.

12. Rotationskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) an einer Stirnwand (14) mit einem Träger (16,18) verbunden ist.