DE1812818B - Radialflugelmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialflügelmaschine. vorzugsweise Pumpe, mit einem den Rotor umgebenden Nockenring, der zwischen sich und dem Rotor Arbeitskammern bildet, die mit der Förderdruck- und der Ansaugseite in Verbindung stehen und mit an beiden Seiten des Rotors angeordneten durch Druckbcaiifschlagung in abdichtender Berührung stehenden Druckplatten, die biegbar sind, um den Leckstrom bei unterschiedlichen Drucken möglichst gering zu halten.

Eines der Hauptprobleme bei Radialflügelmaschinen besteht darin, einen geeigneten Abstand zwischen den Rotorflächen vorzusehen. Es soll ein geringer Zwischenraum vorgesehen sein, damit der Rotor sich unbehindert drehen kann, aber dieser Zwischenraum soll wiederum nicht zu groß sein, damit nicht durch Leckverluste der volumetrische Wirkungsgrad zu sehr ίο abnimmt. Auch nichtbewegte, aufeinanderliegende Flächen müssen auf sehr enge Toleranzen bearbeitet werden und trotz der Einhaltung von engen HersteKungstoleranzen steigt der Leckverlust an, wenn die Betriebsdrücke erhöht werden und Änderungen in der Viskosität des Mediums auftreten.

Bei Einrichtungen, die eine festgeklemmte Seite aufweisen, steigt die Leckage an. sogar wenn di Laufzwischenräume sehr gering sind und wenn c möglich ist, sehr geringe Laufzwischenräume unter Hochdruck-Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten Tatsächlich hat bei extremen Hochdruck-Betrieb-bedingungen der längs der Außenflächen des Rotor·; herrschende hohe Druck die Neigung, die Innenfläche der Anlaufscheibe nach außen von dem Roto·· weg zu biegen, wodurch der Laufzvvischenraum zwischen dem Rotor und den Anlaufscheiben vergrößert wird und die Leckage sich erhöht.

Bei Radialflügelpumpen oder -motoren der druck-

belasteten Art. die nur eine einzige Anlaufscheibe benutzen, kann die Leckage zwischen der Rotorflächc auf der einen Seite eivva konstant oder durch die Verwendung einer biegbaren Anlaufplatte (USA.-Patentschrift 2 544 988) sogar bei ansteigendem Druck verringert werden. Dadurch wird jedoch nicht der Leckagefaktor auf der gegenüberliegenden Seite der Roiorflächc verringert. Bei Einrichtungen, die eine einzige druckbelastcte Anlaufplatte aufweisen.

besteht bei extremen Hochdruckbedingungen, wenn die Einrichtung mehrere Tage einer hydraulischen Beaufschlagung ausgesetzt ist. für die Innenfläche der festen Anlaut'platte auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors die Neigung sich nach außen zu biegen.

wodurch die Leckagebahn vergrößert wird, womit sich die Schwierigkeiten erhöhen, mit dem Ergebnis, t-laß sich der volumetrische Wirkungsgrad wesentlich verringert.

Es ist daher bei hohen Drücken erforderlich, die Leckagebahnen auf beiden Seiten des Rotors entsprechend zu steuern, sowie einen sachgemäßen Zwischenraum zwischen den Rotorflächen und den Wandllächen vorzusehen.

Es i'i an sich bekannt (deutsche Patentschrift I 155 339), in Druckplatten tiefe Ringnuttn vorzusehen, um die den Rotoren zugekehrten NS andteile nachgiebig auszubilden. Die dadurch gebildeten Räume sind jedoch nicht der Saug- oder der Druckseite zugeordnet.

Eine Möglichkeit zur Verringerung oder Kontrolle der Leckagebahn auf jeder Seite des Rotors (und damit der Erhöhung des volumetrische Wirkungsgrades) besteht darin (USA.-Patentschrift 3 187 678), eine ausbalancierte bewegbare Hülseneinheit vorzusehen, die ein symmetrisches schwimmendes Doppeldruckplattensystem aufweist, welches so ausgelegt ist. daß ein gegebener Rmgrotorzwischcnratim aufrechterhalten wird, unabhängig von dem Belasttingsclruck. Die Pumpen mit einer solchen schwimmenden llülscnanordnung stellen eine große Verbesserung

gegenüber den festen Arten und denen mit einer Platle dar.

Das Ausmaß des Zwischenraums zwischen dem Rotor und der Anlaufplatte hängt ah von verschiedenen Faktoren, wie die Beziehung zwischen den wirksamen Druckbereichen, die wirken, um die Druckplatten in einer Abdichtungsberührung mit dem Ring und Rotor zu halten, die Gestaltung und das Material der Druckplatten, die den Betrag der Verbiegung der Platten bestimmen und der Anfangszwischenraum zwischen der Druckplatte und dem Rotor, bevor Druck zugeführt wird. Durch Veränderungen eines oder aller dieser Faktoren kann ein sachgemäßer Laufzwischenraum erzielt werden.

Nachteilig an dieser bekannten Einrichtung ist der Umstand, daß die Verbiegung der Druckplatte zu .lern Rotor stärker als der Betriebsdruck ansteigt. in diesem Anstieg der Druckplattenverbiegung M. igt die Gefahr der Rotor-Druckplatten-Abnutzung und des Fressens.

Wenn der Betriebsdruck erhöht wird, kann die Verhiegung durch die Verwendung eines Materials größerer Festigkeit, durch die Vergrößerung der Dicke des Materials, durch die Veränderung der Konstruktion, wie Anbringung von Rippen an der Druckplatte, oder durch Verringerung des Bereichs tier Druckplatte, die dem Druck ausgesetzt wird. Heiner gemacht werden. Solche Maßnahmen sind jedoch unerwünscht, da sie entweder zu einer Verteuerung oder Vergrößerung der Einheit oder abtr zu einer Abnahme des volumetrische!! Wirkungsgrades führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Maschinen der eingangs angegebenen Art die Leck-Mrömung zwischen Rotor und Druckplatte einerseits möglichst gering zu halten und andererseits den Verschleiß, der beim Anpressen durch zu hohen Druck und vor ailem durch ungleichmäßiges Andrücken entsteht, in möglichst geringen Grenzen zu halten.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Bereich der mittigen Innenbohrung der Druckplatten an sich bekannte Ringausnehmungen vorgesehen sind, die mit der Ansaiigseite in Verbindung stehen und daß im radial außen liegenden Bereich d'^r Druckplatten, mit dem sie sich seitlich am Nockenring abstützen, außenlicgcnde Druckkammern vorgesehen sind, die mit der Förderdruckseitc verbunden sind.

Bei de erfmdungsgcmäß ausgebildeten Maschine ist der Betrag der Verbiegung der Druckplatte kontrollierbar und einstellbar. Vorteilhaft ist ferner, daß der Verschleiß zwischen der Druckplatte und dem Pumpmechanisrnus bei steigendem Druck nicht ansteigt und daß der volumetrische Wirkungsgrad nicht abnimmt. Hin weherer Vorteil besteht darin, daß die Maschine klein b;.uit 'incl daß keine teuren Korrekturmrißniihmcn erforderlich sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispicls unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigt

F i g. I einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung längs der Linie 1-1 in Fig.2,

F i g. 2 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in F i g. 4 eine Teilansieht nach Fig. 1, wobei der Rotorzwischenraum in übertriebener Form dargestellt ist,

F i g. 5 eine Teilansiclu entsprechend der nach F i g. 4, wobei aber der Rotorzwischenraum hei einer Verhiegung der Anlaufplatte dargestellt ist.

In F i g. 1 ist eine Radialflügelmaschine dargestellt, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Das Gehäuse 11 umfaßt einen topfförmigen Körper 12 und einen

ίο Deckel 14, der an dem Körper 12 mittels Schraubholzen 16 befestigt ist.

Wie Fig.2 zeigt, ist der Körper 12 mit einem Einlaß- oder Zuführanschluß 18 versehen, von dem zwei Durchgänge 22 bzw. 24 abzweigen, und zwar in entgegengesetzten Richtungen, .!ede," Zweig endigt in einer Vielzahl von Einlaßöffnungen 25, die in einem Ring 26 angeordnet sind, und in einem Paar Einlaßöffnungen 27. die in einem Druckplattenpaur 32, 33 vorgesehen sind. Das Gehäuse 11 besitzt eine zylindrische Bohrung 28, in der ein symmetrisch angeordneter F.insatz 30 schwimmend montiert ist.

Der Einsatz 30 weist einen Nockenring 26. einen Pum;.enmechanismus oder Rotor 34. der in dem Nockenring 26 drehbar ist, und ein Paar identischer und auswechselbarer elastisch verbiegbarer Druckplatten 32 und 33 auf, von denen eine an jeder Seite des Rotors 34 und des Ringes 26 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Flügeln 38 sind in und aus Schlitzcn 40 bewegbar, die in dem Rotor 34 angeordnet sind, wenn der Rotor um den Nockenring 26 sich dreht. Jede Druckplatte 32 und 33 besitzt übereinstimmende Innenflächen 42 und 43 sowie identische Außenflächen 44 und 45, wobei die Innenfläche 42 direkt gegenüber der Rotorfläche 46 und die Innenfläche 43 direkt gegenüber der Rotorfläche 48 angeordnet ist, um einen kleinen Laufzwischeniaum zwischen den Platten 32 und 33 und den Seitenflächen auf den Flächen des Rotors 34 zu bilden. Jede Druckplatte 32 und 33 besitzt ringförmige Ausnehmungen 35 bzw. 36. die sich von dem Umfang der Innenbohrungen 51 durch jede Platte erstrecken. Der Zweck dieser Ausnehmungen soll nachfolgend noch erläutert werden. Schraubbolzen 50 erstrecken sich durch die Platten 32 und 33 sowie den Ring 26 und halten mittels Muttern 52 den Einsatz 30 zusammen, welcher aus dem Ring 26. dem Rotor 34 und den Platten 32 und 33 besteht, um den Einbau zu erleichtern. Ferner wird eine radiale Drehung der Platten 32 und 33 in der Bohrung 28 verhindert. Die Muttern 52 sind gewöhnlich ohne Anpressung auf den Bolzen 50 aufgeschraubt, so daß die Anlaufplatten als schwimmend montiert angesehen werden können.

Der Rotor 34 wird durch eine Welle 54 angetrieben.

die sich durch die Bohrungen 51 erstreckt und allein in dem Körpe-12 durch ein Lager 56 getragen wird, das naiv; dem einen Ende der Bohrung 28 im Körper 12 angeordnet ist, und durch ein Lager 58, das sich in dem Deckel 14 am anderen Ende der Bohrung 28 befindet. Die Welle ist mit dem Rotor 34 durch eine Keilverbindung 60 verbunden. Ferner ist eine Wellendichtung SS voi gesehen, die eine Leckage an der Verbindungsstelle der Welle 54 von dem Pumpenkörper 12 verhindert.

Ein abgestuftes Teil 62 an jeder Außenfläche 44 und 45 der Druckplatte bildet ein inneres ringförmiges Nabenteil 64.

Der Einsatz 30 begrenzt mit dem Gehäuse 11 und

den Außenenden der Bohrung 28 ein Paar Betriebsdruckkammern 66 und 68. deren Drücke gegen den ringförmigen Zwischenraum an den Außenrändem wirken, die an dem Außenumfang einer jeden Anlaufplatte beginnen und sich nach innen zu den Naben 64 erstrecken, so daß die Druckplatten 32 und 33 in Abclichtungsberührung mit einem Teil der Außenflächen des Rotors 34 und des Nockenringes 26 in einer weiter unten beschriebenen Weise gedrängt werden. Die Platten 32 bzw. 33 liegen an den Nockenringseitenflächen 67 und 69 in einem allgemein ringförmigen Bereich 65 an, der in der Nahe des Umfangs einer jeden Plattenfläche 42 und 43 angeordnet ist.

Je eine Niedcrdruckkammer 70 oder 72 ist am Linde der Bohrung angeordnet und mit der Einlaßseite der Pumpe 10 verbunden. Die Kammern 70 und

72 stehen mit den Ausnehmungen 35 und 36 über einen ringförmigen Raum in Verbindung, der zwischen dem Außen- und Inncnumfang der Welle 54 bzw. der Bohrungen 51 ausgebildet ist. Die Niederdruckkammern 70 und 72 werden durch einen Nabenteil 64 und der unmittelbar gegenüberliegenden Gehäuseflächc gebildet. Jede der Niederdruckkammern 70 und 72 besitzt eine l'mfangsfläche 71 in dem Gehäuse 11. in das das abgestufte Teil 62 der schwimmenden Druckplatten 32 und 33 teleskopartig eingreift.

Hin rechteckiger Schlitz oder eine Kammcrbohruns:

73 i^t in dem Ring 26 vorgesehen. Ein Fcstlegebolz.cn 75 ist verstellbar in dem Gehäuse 11 eingesetzt, um mit der Bohrung 73 in Eingriff zu kommen und dabei zu verhindern, daß sich der Ring 26 in der Bohrung 28 dreht. Der Durchmesser der Bohrung 73 ist so gewählt, daß der Nockenring 26 und damit der Einsatz 30 sich axial in der Bohrung 28 bewegen kann, und zwar entsprechend auf die Summe der auf sie wirkenden lndraulischen Kräfte. Der Einsatz 30 ist als in der Bohrung 28 frei schwimmend anzusehen.

Indem der Rotor 34 in dem Nockenring 26 montiert ist. sind zwei gegenüberliegende Arbeitskammern 74 und 76 ausgebildet, durch welche die Flügel 38 gehen, wenn der Rotor 34 umläuft. Diese Kammern können in Druckmitteleinlaßzonen und Druckmittelauslaßzonen unterteilt worden, wobei die erstere das Teil der Kammern 74 und 76 umfaßt, das mit der Vielzahl der F.inlaßdurchgänge 25 fluchtet, die im Ring 26 \orcesehen sind und mit dem Paar ceccnüherlicgender Druckmittelöffnungen 27. die in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehen sind. Die AuOaßzonen umfassen das Teil der Kammern, das mit dem Paar diametral gegenüberliegend angeordneter Flüssigkeitsair-laßöffnungen 80 und 82 in jeder Platte 32 und 33 fluchtet.

Der schwimmende Einsatz. 30 ist bei beliebiger Art von Radialflügelkonstruktion anwendbar. Zum Zweck der Veranschaulichung besitzt der Rotor 34 InnenfUiiiel 38. deren Betrieb und Druckübertragungsanordnunc bekannt ist.

Bei dem in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehenen Einlaßöffnungspaar 27 handelt es sich um Ausschnitte 32 und 33. die an einem Punkt auf dem Außenumfans des Flansches in der Nähe des Mittelabsdiniüe-s besinnen und sich radial nach innen erstrecken und" dann in radialer Richtung zu der nahen Fläche 42 und 43 einer jeden Platte reichen. In jeder der Einlaßöffnungen Π sind Ansätze 84 angeordnet und fluchten mit den Innenflächen der Druckplatte 32 und 33. um mit dem Ring 26 in Berührung zu kommen.

Die Flüssigkeitsauslaßöffnungen 80 und 82 stehen mit den Druckkammern 66 und 68 in Verbindung. Ein Paar auseinanderlaufender Hoehdruckauslaßdurchgänge 90 und 92 verbinden jede der Druckkammern mit der Auslaßverbindung 94, die in dem Gehäuse 11 vorgesehen ist. An bestimmten Stellen ist eine Vielzahl von O-Ringen 96 vorgesehen, um

ίο eine Leckage zu verhindern.

Wie bereits erwähnt wurde, wirkt der hydraulische Druck in den Kammern 66 b/w. 68 gegen einen Teil der Außenflächen 44 und 45 einer jeden Druckplatte 32 bzw. 33. um die Druckplatten in eine abdichtende Berührung und mechanische Auflage mit den gegenüberliegenden Seitenflächen 46 und 48 des Rotors 34 und mit den gegenüberliegenden Seitenflächen 67 bzw. 69 des Nockenrings zu drängen und zu biegen. Wie in übertriebener Weise in F ig. 4 dargestellt ist.

besitzt der Ring 26 eine etwas größere Breite als der Rotor 34. um einen geeigneten Laufzwischenraum /wischen den Innenflächen der Druckplatten und den gegenüberliegenden Seitenflächen des Rotors herzustellen. W'-nn die Druckplatten sich etwas verbiegen, wie übertrieben in F i g. 5 dargestellt, hängt das Ausmaß ui's Laufzwischenraumes von der Gestalt der Druckplatte und dem Material, aus dem es konstruiert ist. ab. Eine elastische biegbare Anlaufplatte aus geeignetem Material, wie Gußeisen, kann Verwendung finden. In der dargestellten Einrichtung liegt der Laufzwischenraum im Bereich eines Tausendstels eines Zolls.

Es ist zu bemerken, daß das alleinige Lager gegen eine nach innen gerichtete Bewegung der Druckplatte das Teil des Nockenringes ist. gegen den die Umfangskante der Druckplatte durch das Druckmittel in den Kammern 66 und 68 gedrückt wird. Das übrige der Druckplatte innerhalb des Nockenringes ist vollständig ungelagert gegen eine nach innen gerichtete Axialbewcgung auf Grund des Zwischenraumes zwischen dem Rotor und der Druckplatte. Somit ist die Druckplatte derart gestaltet, daß eine vorhestimmte Biegung ihrer nichtgelagcrten Fläche als Funktion des Druckes ausgeführt wird, der über den Rotorflächen 46 und 48 und in den Kammern 66 und 68 herrscht. Wenn der Druck in den Kammern 66 und 68 ansteigt, biegen sich die Druckplatten /u dem Rotor und verringern den Rotorzwischenraum.

Durch ringförmige Ausnehmungen 35 und 36 jede:

Druckplatte kann das Ausmaß der Verbiegung dei Druckplatte begrenzt werden. Wie bereits erwähn wurde, wird die Druckplatte in Richtung des Rotor: cebogen. wenn zu den Außenflächen der Platts Druck zugeführt wird, wobei jedoch das Ausmai der Biegung der Flächen 98 und 99, die den Aus nehmungen 35 und 36 zugeordnet sind, größer ist n\ der Innenflächen 42 und 43.

Die durch den auf die Außenfläche einer jedei Platte wirkenden Druck erzeugte Biegebewegun

wird nicht vollständig auf den Teil der Platte über tragen, der an dem Rotor anliegt, sondern sie wir teilweise absorbiert durch die Abschnitte der PIatt< die den Flächen 98 und 99 zugeordnet sind. Som können die Druckplatten, die eine ringförmige Au?

nehmung haben, bei einem höheren Drucknivea arbeiten als die Platten, die nicht eine solche Au^! nehmung aufweisen, während das Ausmaß der Bii gung der Innenflächen der Platte nicht erhöht win

tv :

1999

Das Ausmaß der flüssigkeitsabdichtenden Berührung /.wischen der Anlaufplatte und den Rotorflächen kann genau gesteuert werden durch die Oestalitung der Größe der ringförmigen Ausnehmungen in Bähung auf die Gestalt, die Dicke, das Material und den Druck, dem sie ausgesetzt werden wird.

Es ist daraus zu ersehen, daß die vorliegende Erfindung eine Radialflügelmaschine verfügbar macht, die bei hohen Drücken arbeiten kann, ohne daß die Abnutzung zwischen der Druckplatte und dem Rotor ansteigt und ohne daß der volumetrische Wirkungsgrad verringert wird oder teure Korrekturmaßnahmen erforderlich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 5a

1999

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Radialflügelmaschine, vorzugsweise Pumpe, mit einem den Rotor umgebenden Nockenring, der zwischen sich und dem Rotor Arbeitskammern bildet, die mit der Förderdruck- und der Ansaugseite in Verbindung stehen und mit an beiden Seiten des Rotors angeordneten durch Druckbeaufschlagung in abdichtender Berührung stehenden Druckplatten, die biegbar sind, um den Leckstrom bei unterschiedlichen Drücken möglichst aering zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der mittigen Innenbohrung (51) der Druckplatten (32.33) an sich bekannte Ringausnehmungen (35, 36) vorgesehen sind, die mit der Ansaugseite in Verbindung stehen, und da:^:.> im radial außenliegenden Bereich (84) der Druckplatten (32. 33). mit dem sie sich seitlich am Nockenring (26) abstützen, außenliegende Druckkammern (66. 68) vorgesehen sind, die mit der Förderdruckscite verbunden sind.

2. Radialflügelmaschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenring (26) eine größere Weite als der Rotor (34) aufweist.

ν Radialflügelmaschine nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung \on 7\vei Druckplatten (32. 33) der Xockenring (26) axial verschiebbar ist.

4. RadialflügdmasJ'iiK nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Niederdruckkammern (70. 72, und ein Paar Hochdruckkammern (66. 68) vorgesehen sind, von denen je eine an den äußeren Enden der Bohrung (28) angeordnet ist. daß ein Paar Nabenbereiche (62) an den Außenflächen der Druckplatten ausgebildet sind, die teleskopartig in die Niederdruckkammern (70. 72) hineinragen, ansprechend auf den Flüssigkeitsauslaßdruck in den Hochdruckkamniern. der gegen die übrigen Bereiche der Außenflächen der Druckplatten wirkt, daß Verbindungen zwischen jeder Hochdruckkammer (66. 68) zu der Arbeitskammer bestehen, die mit dem Hochdruckbetricbsdurchgang verbunden ist und daß jede Ringausnehmiing (35. 3d) mit einer der Niederuruckkammern (70. 72) verbunden ist.

5. Radialflügelmaschine nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ringausnehmungen (35.36) sich zwischen den Innen- und Außenflächen einer jeden Druckplatte erstrecken, auspeilend von dem Umfang einer Bohrung, die sich axial durch die Platten und den Rim: erstreckt, um die Welle für den Rotor aufzunehmen.