DE1503336C3 - Rotationskolbenmotor oder -pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationskolbenmotor oder -pumpe mit einem zentralen Drehkolben, an dessen Stirnseiten Dichtringe anliegen, deren Rückseiten von dem Druckmedium des Arbeitsraumes beaufschlagt sind.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine ist aus der DT-PS 4 10 931 bekannt. Bei dieser bekannten Maschine werden jedoch die Rückseiten der Dichtringe auf dem gesamten Ringumfang von dem Druckmedium des Arbeitsraumes beaufschlagt und daher ständig mit der gesamten Fläche ihrer Vorderseiten an die Stirnseiten des Drehkolbens angepreßt. Dadurch entsteht bei der bekannten Maschine ein unnötig hoher Verschleiß der Dichtringe und zusätzlich auch noch ein beträchtlicher unnötiger Leistungsverlust durch die Reibung der Dichtringe an den Drehkolbenstirnseiten und häufig zudem noch eine unerwünscht hohe Erwärmung der Maschine durch diese in Reibungswärme umgesetzte Verlustleistung, denn erforderlich ist ja nur eine Abdichtung des Arbeitsraumes, weil in den anderen am Umfang des Drehkolbens verteilten Räumen ja praktisch Atmosphärendruck herrscht.

Bekannt ist ferner auch die Abdichtung des Arbeitsraumes am Umfang des Drehkolbens mit Hilfe des Druckmediums des Arbeitsraumes, z. B. aus den US-PS 29 75 766 and 20 44 873, aber auch bei diesen bekannten Rotationskolbenmaschinen werden die an den Stirnseiten des Drehkolbens anliegenden Dichtringe auf ihrem gesamten Ringumfang an die Drehkolbenstirnseiten angepreßt, und zwar meist, wie z. B. aus der US-PS 20 44 873 ersichtlich, in ähnlicher Weise wie bei der aus der obenerwähnten DT-PS 4 10 931 bekannten Rotationskolbenmaschine mit Hilfe eines die Rückseiten der Dichtringe beaufschlagenden hydraulischen Druckmediums.

Bekannt ist schließlich noch, z. B. aus der US-PS 3174 435, bei Zahnradpumpen hinter den seitlichen Abdichtplatten, an denen die beiden zu der Zahnradpumpe gehörenden Zahnräder mit ihren Stirnflächen anliegen, jeweils eine größere Anzahl von über die Plattenfläche verteilten Hohlräumen anzuordnen und jeden dieser Hohlräume durch ein Loch in der seitlichen Abdichtplatte mit den darunterliegenden, mit Druckmedium gefüllten Raum zu verbinden. Die damit bezweckten unterschiedlichen Anpreßkräfte in verschiedenen Bereichen der Plattenfläche der Abdichtplatten sind aber in der Praxis nicht realisierbar, weil sich die genannten über die Plattenfläche verteilten Hohlräume gegeneinander nicht abdichten lassen. Eine solche Abdichtung der Hohlräume gegeneinander wäre nur möglich, wenn die Seitenwände der Hohlräume mit starkem Druck auf die Rückseiten der Abdichtplatten gepreßt würden, und das würde aber bedeuten, daß die Abdichtplatten mit demselben starken Druck dann auf die Zahnräder gepreßt wurden und damit die Anpreßkräfte der Abdichtplatten auf die Zahnräder hauptsächlieh von diesem Druck auf die Seitenwände der Hohlräume und nur noch unwesentlich vom Druck des Druckmediums in den Hohlräumen bestimmt würde, weil die durch das Druckmedium in einem Hohlraum bewirkten Anpreßkräfte ja nicht dem gesamten von

ίο dem Hohlraum eingenommenen Flächenabschnitt der zugeordneten Abdichtplatte sondern nur demjenigen Teil dieses Flächenabschnittes entsprechen, mit dem die Vorderseite der Abdichtplatte in diesem Flächenabschnitt am Zahnrad aufliegt, denn in dem gesamten restlichen Teil des Flächenabschnittes steht dem Druck des Druckmediums vom Hohlraum auf die Rückseite der Abdichtplatte ja ein gleichgroßer Druck des Druckmediums auf die Vorderseite der Abdichtplatte gegenüber. Unterschiedliche Anpreßkräfte würden außerdem, wenn sie in der Praxis realisierbar wären, zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der Abdichtplatten führen und damit innerhalb kurzer Frist gerade in den in erster Linie abzudichtenden Bereichen hohen Druckes des Druckmediums wegen der sich dort ergebenden stärkeren Abnutzung zu Abdichtschwierigkeiten führen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung war nun, einen Rotationskolbenmotor oder -pumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Verschleiß des Dichtringes zwischen Stator und Rotor vermindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Rotationskolbenmotor oder -pumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Dichtringe in Nuten des Drehkolbens untergebracht sind und durch das unter Druck stehende Druckmedium über am Umfang verteilte, voneinander getrennte, in der Mantelfäche des Drehkolbens mündende Kanäle sektorenweise beaufschlagbar sind.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Dichtringe immer nur in jenen Sektoren beaufschlagt werden, in denen mit Druckmedium gefüllte Räume abgedichtet werden müssen, während die restlichen Teile der Dichtringe unbeaufschlagt bleiben und deshalb zufolge der Elastizität der Dichtringe praktisch nicht angepreßt werden und daher ohne Einbuße an Dichtwirkung die infolge der Reibung sonst auftretenden Abnützungserscheinungen und Leistungsverluste erheblich vermindert werden.

In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 einen Rotationskolbenmotor im Querschnitt,
Fig. 2 einen Längsschnitt des Rotationskolbenmotors nach Linie H-II der Fig. 1 ohne Leitungen für das hydraulische Mittel.

Im folgenden soll die Maschine als Rotationskolbenmotor erläutert werden. Im Gehäuse 1 mit den Gehäusedeckeln 2,3 ist eine den Drehkolben 4 tragende Abtriebswelle 5 gelagert. Hierzu sind die Lager 6 vorhanden. Im Gehäuse 1 sind weiterhin vier Dichtrotoren 7 mittels in Lagern 8 steckenden Zapfen 9 drehbar gelagert. Jeder Dichtrotor 7 trägt ein Zahnrad 10. Die vier Zahnräder 10 kämmen mit einem Zahnrad 11 des Drehkolbens 4. Die Dichtrotoren 7 und der Drehkolben 4 rollen sich durch die Zahnräder 10, Jl mit ihren Mantelflächen 17, 19 abdichtend aufeinander ab, ohne zugleiten.

Der Drehkolben 4 weist vier Flügel 12 auf, die an der Gehäuseinnenwandung 13 abdichtend gleiten und sich

über die ganze Länge des Drehkolbens 4 erstrecken (Fig.2). Jeder Dichtrotor 7 weist zwei einander diametral gegenüberliegende Rinnen 14 auf, die sich über die ganze Länge des vom Medium, d. h. vom hydraulischen Mittel (Öl od. dgl.) beaufschlagbaren Dichtrotorteiles erstrecken. Beim Drehen des Drehkolbens 4 und der Dichtrotoren 7 ragen die Flügel 12 ohne Berührung in die Rinnen 14, wobei der vom Medium (Drucköl) beaufschlagte Drehkolben 4 sich drehen kann. Die zwei Rinnen 14 jedes Dichtrotors stehen durch eine Bohrung 15 miteinander in Verbindung. Jeder Dichtrotor 7 ist infolge der zwei Rinnen 14 in zwei Dichtsegmente 16 unterteilt. Die Mantelfläche 17 der Segmente 16 gleitet abdichtend an der Innenwand der Gehäusebohrung 18. Die vom hydraulischen Mittel beaufschlagbaren Längen vom Kolben 4 und von jedem Dichtrotor 7 sind einander gleich (F i g. 2).

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 liegen zwei gegenüberliegende Dichtrotoren 7 mit der Mantelfläche

17 ihrer Dichtsegmerite 16 abdichtend an der Mantelfläehe 19 des Drehkolbens 4 an. Die zwei anderen Dichtrotoren 7 dichten nicht gegenüber der Mantelfläche 19 ab. Zwei gegenüberliegende Flügel 12 dichten an der Gehäuseinnenwandung 13 ab (Fig. 1), und die anderen zwei Flügel 12 ragen mit Abstand in die" Rinnen 14 und dichten nicht ab. Es sind somit vier Flügelkammern A, B, Cund Düber den Umfang des Drehkolbens 4 gebildet. In der Stellung nach F i g. 1 reicht die eine Flügelkammer A von der Dichtkante 20 bis zur Dichtkante 21. Daran schließt sich bis zur Dichtkante 22 die zweite Flügelkammer B an. Die dritte Flügelkammer C reicht von der Dichtkante 23 bis zur Dichtkante 24. Daran schließt sich die vierte Flügelkammer D bis zur Dichtkante 25 an. Die Größe der einzelnen Flügelkammern A bis D und ihre Lage über den Umfang des Kolbens 4 ändert ständig bei Drehung des Kolbens 4. Die Flügelkammer A nimmt einen Dichtrotor 7 in sich auf, in dessen Rotorrinne 14 ein Drehkolbenflügel 12 des Drehkolbens 4 berührungsfrei ragt, so daß das hydraulische Mittel frei zwischen letzterem Dichtrotor 7 und dem Drehkolben 4 mit seinem Flügel 12 zum Druckausgleich strömen kann.

Druckkanäle 27 und Abflußkanäle 26 münden vom Gehäuse 1 unmittelbar in die Flügelkammern A bis D, und nicht über den Drehkolbenschaft. Durch das in den Druckkanälen 27 und Abflußkanälen 26 strömende Medium werden die Mantelflächen 19 des Drehkolbens 4 und der Dichtrotoren 7 über die gesamte zwischen den Gehäusedeckeln 2, 3 liegende Länge beaufschlagt (F i g. 2):

Jede Gehäusebohrung 18 für einen zugehörigen Dichtrotor 7 weist zwei Gehäuserinnen 28, 29 auf (Fig. 1), die sich über die gesamte vom Medium beaufschlagbare Länge jedes Dichtrotors 7 erstrecken. Liegt ein Dichtsegment 16 eines Dichtrotors 7 den zwei Gehäuserinnen 28, 29 einer Gehäusebohrung 18 gegenüber, wie in Fig. 1 rechts unten und links oben dargestellt, so sind die zwei Gehäuserinnen 28, 29 mittels einer am Dichtrotor 7 anliegenden Nase 30 voneinander getrennt. Liegt dagegen eine Rinne 14 den zwei Gehäuserinnen 28, 29 einer Gehäusebohrung 18 gegenüber, wie in Fig. 1 rechts oben und links unten gezeigt, so sind die zwei Gehäuserinnen 28, 29 miteinander verbunden.

Zwei Gehäuserinnen 28 zweier Gehäusebohrungen

18 sind über eine Leitung 31 mit der Flügelkammer A verbunden. Die zwei anderen Gehäuserinnen 28 der anderen zwei Gehäusebohrungen 18 sind ebenfalls über eine Leitung 31 mit dem Flügelraum C verbunden. Alle Gehäuserinnen 29 stehen über Leitungen 32 mit dem Abflußkanal 26 oder mit dem Druckkanal 27 und mit den Flügelkammern A bis Din Verbindung.

Zur stirnseitigen Abdichtung des Drehkolbens 4 weist jede Stirnseite des Drehkolbens 4 einen Dichtring 33 auf. Der Dichtring 33 liegt mit seiner inneren Stirnseite an einer Vielzahl von einzelnen, voneinander getrennten Dichtkammern 35, in denen je ein Gummiring 34 eingelegt ist. An jede Dichtkammer 35 ist ein Kanal 36 angeschlossen. Alle Kanäle 36 sind über dem Umfang des Drehkolbens 4 verteilt und münden an dessen Mantelfläche 19 aus, so daß jeweils nur die druckbelasteten Sektoren der Dichtringe 33 gegen die Gehäusedeckel 2, 3 angepreßt werden. Die druckbelasteten Dichtring-Sektoren S sind in F i g. 1 waagrecht schraffiert bezeichnet. In diesen Sektoren stehen in der gezeigten Lage der Teile nur die beiden Paare S der Kanäle 36 mit dem Druckkanal 27 in Verbindung; im ganzen also acht Kanäle, wenn man die beiden Paare auf der anderen Stirnseite mitzählt.

Die übrigen Kanäle 36 stehen in Verbindung mit dem drucklosen Ablaßkanal 26.

Es stehen also jeweils nicht alle Kanäle 36 sondern nur ein Teil davon unter Druck. Bei Drehung des Drehkolbens 4 werden jeweils Dichtkammern 35 über Kanäle 36 zu- und abgeschaltet.

Der Anpreßdruck der Dichtringe 33 gegen die Gehäusedeckel 2, 3 wirkt sich also nur dort aus, wo Druck ausgeübt wird. Hierdurch wird die Reibung des Drehkolbens 4 an den Gehäusedeckeln 2, 3 auf das Minimum reduziert, so daß bei derartigen Maschinen Gewähr für einwandfreien Lauf und lange Lebensdauer gegeben ist

Die Stirnseiten der Dichtrotoren 7 sind ebenfalls mit Abdichtringen 37 versehen (F ig. 2).

Die als Dicht- und Gleitfläche für den Drehkolben 4 und/oder die Dichtrotoren 7 dienenden Gehäuseinnenwandungen 13, 18, 38, 39 des Gehäuses 1 und der Gehäusedeckel 2, 3 sind mit einer an sich bekannten weichen Werkstoffschicht 40 aus Lagermetall oder Kunststoff versehen, so daß eintretende Fremdkörper sich in diese Schicht einbetten. Diese meist harten Fremdkörper könnten Absplitterungen von den Bauteilen und Unreinheiten des Öles sein. Solche in die Werkstoffschicht 40 eingedrückte Fremdkörper können dadurch keine Reib- und Kratzschäden verursachen.

Bei Drehung des Motors im Uhrzeigersinn bestehen folgende Verhältnisse:

Die an die Flügelkammern B und D angrenzenden Dichtrotoren 7 sind ausgeglichen. Die Gehäuserinnen 29 sind gegen die Gehäuserinnen 28 abgedichtet. In den Gehäuserinnen 29 herrscht über die Leitungen 32 der gleiche Druck wie in den Flügelkammern Bund D. Die an die Flügelkammer B bzw. D angrenzende und vom Medium beaufschlagte Fläche des Rotors 7 ist gleich groß wie die an die Gehäuserinne 29 angrenzende und ebenfalls beaufschlagte Fläche des Dichtrotors 7. Diese Rotorflächen liegen einander diametral und in Querrichtung gegenüber, so daß kein Biegemoment am Dichtrotor 7 auftritt. Sollte etwas Drucköl durch einen eventuell nicht voll dichtenden Dichtrotor 7 in eine Rinne 14 eintreten, so ist mittels Bohrung 15 auch hier ein Druckausgleich am Dichtrotor 7 vorhanden. In den Gehäuserinnen 28 herrscht derselbe Abflußdruck wie in den Flügelkammern A und C. Alle Dichtrotoren 7 sind in jeder Stellung, ob vom Drucköl oder vom Abflußöl beaufschlagt, vollständig ausgeglichen.

Die Dichtringe 33 werden mit unterschiedlichen Drücken an die Gehäusewandungen angedrückt. Die stellenweise auf die Dichtringe 33 wirkenden verschiedenen Öldrücke entsprechen den jeweiligen Drücken in den Flügelkammern A bis D. Der Dichtring 33 wird somit nur über denjenigen Umfangsbereich stark an die Gehäusewandung angepreßt, längs welchem der hohe Druck des Mediums wirkt.

Anstelle der vier Dichtrotoren 7 und der vier Flügel 12 des Drehkolbens 4 können auch z. B. sechs, acht usw. Dichtrotoren 7 und Flügel 12 vorgesehen werden.

Dadurch, daß die gesamte zwischen den Gehäusedekkeln 2, 3 liegende Länge der Dichtrotoren 7 und des Drehkolbens 4 vom hydraulischen Mittel beaufschlagt wird, kann durch einfaches Auswechseln des mittleren Gehäuses 1 die Rotationskolbenmaschine in verschiedener Breite und Leistung gebaut werden. Die Lager 6, 8 für den Drehkolben 4 und die Dichtrotoren 7 sowie die Gehäusedeckel 2, 3 sind als Grundelemente immer vorhanden. Es können dann Dichtrotoren 7 und Drehkolben 4 von verschiedener Länge vorgesehen sein. Unabhängig von der Länge der Dichtrotoren und der Drehkolben sind diese Teile stets statisch und dynamisch ausgeglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Rotationskolbenmotor oder -pumpe mit einem zentralen Drehkolben, an dessen Stirnseiten Dichtringe anliegen, deren Rückseiten von dem Druckmedium des Arbeitsraumes beaufschlagt sind, d a durch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (33) in Nuten des Drehkolbens (4) untergebracht sind und durch das unter Druck stehende Druckmedium über am Umfang verteilte, voneinander getrennte, in der Mantelfläche (19) des Drehkolbens (4) mündende Kanäle (36) sektorenweise beaufschlagbar sind.