DE1812818C3 - Radialflügelmaschine - 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 Hochdruck-(Förderdruck-) bzw. Niederdruckseite (Ansaugseite) in Verbindung stehen und mit an beiden Seiten des Rotors angeordneten, durch Druckbeaufschlagung in abdichtender Berührung a.i der Rotorseitenfläche stehenden Druckplatten, die sich zur möglichst geringen Einstellung des Leckstroms bei unterschiedlichen Drücken durchbiegen können, und von der Antriebswelle der Maschine durchsetzte mittige Innenbohrungen aufweisen, wobei sich die Druckplatten in ihren radial außenliegenden Bereichen mit ihrer Innenseite seitlich am Nockenring abstützen, während an ihrer Außenseite jeweils eine mit der Hochdruckseite verbundene

Druckkammer gebildet ist

Eines der Hauptprobleme bei Radialflügelmaschinen besteht darin, einen geeigneten Abstand zwischen den Rotorflächen und den Wandflächen vorzusehen. Es soll ein geringerer 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 abnimmt Auch nichtbewegte, aufeinander-

to liegende Flächen müssen auf sehr enge Toleranzen bearbeitet werden und trotz der Einhaltung von engen Herstellungstoleranzen 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 die Laufzwischenräume sehr gering sind und wenn es möglich ist, sehr geringe Laufzwischenräume unter Hochdruck-Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Tatsächlich hat bei extremen Hochdruck-Betriebsbedingungen der längs der Außenflächen des Rotors herrschende hohe Druck die Neigung, die Innenfläche der Anlaufscheibe nach außen von dem Rotor weg zu biegen, wodurch der Laufzwischenraum zwischen dem Roter und den Anlaufscheiben vergrößert wird und die Leckage sich erhöht.

Bei Radialflügelpumpen oder -motoren der druckbelas'.eten Art, die nur eine einzige Anlaufscheibe benu'zen, kann die Leckage zwischen der Rotorfläche

■io auf der einen Seile etwa konstant oder durch die Verwendung einer biegbaren Anlaufplatte (US-PS 25 44 988) sogar bei ansteigendem Druck verringert werden. Dadurch wird jedoch nicht der Leckagefaklor auf der gegenüberliegenden Seite der Rotorfläche verringert. Bei F.inrichtungen, die eine einzige druckbelastete Anlaufplatlc aufweisen, besteht bei extremen Hochdruckbedingungen, wenn die Einrichtung mehrere Tage einer hydraulischen Beaufschlagung ausgesetzt ist. für die Innenflache der festen Anlaufplatte 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, daß 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 Rolorflächen und den Wandflächen vorzusehen.

Es ist an sich bekannt (DE-PS 1155 339), in Druckplatten tiefe Ringnuten vorzusehen, um die den Rotoren zugekehrten Wandteile 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 volumetrischen Wirkungsgrades) bestellt darin (US-PS 31 87 678), eine ausbalancierte bewegbare Hülseneinheit vorzusehen, die ein symmetrisches schwimmendes Doppeldruckplattensystem aufweist, welches so ausgelegt ist, daß ein gegebener Ringrotorzwischenraum aufrechterhalten wird, unabhängig von dem Belastungsdruck. Die Pumpen mit einer solchen schwimmenden Hülsenanordnung stellen eine große Verbesserung gegenüber den festen Arten und denen mit einer Platte dar.

Das Ausmaß des Zwischenraums zwischen dem Rotor und der Anlaufplatte hängt ab 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 Platien 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. K)

Nachteilig an dieser bekannten Einrichtung ist der Umstand, daß die Verbiegung der Druckplatte zu dem Rotor stärker als der Betriebsdruck ansteigt. Mit diesem Anstieg der Druckplattenverbiegung steigt die Gefahr der Rotor-Druckplatten-Abnutzung und des Fressens. ι ^r<

Wenn der Betriebsdruck erhöht wird, kann die Verbiegung 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 der Druckplatte, die dem Druck ausgesetzt wird, kleiner gemacht werden. Solche Maßnahmen sind jedoch unerwünscht, da sie entweder zu einer Verteuerung oder Vergrößerung der Einheit oder aber zu einer Abnahme des volumetrischen Wirkungsgrades führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Maschinen dei eingangs angegebenen Art die Leckströmung zwischen Rotor und Druckplatte einerseits möglichst gering zu halten t'nd andererseits den Jo Verschleiß, der beim Anpressen durch zu hohen Druck und vor allem ungleichmäßiges Andrücken entsteht, in möglichst geringen Grenzen zu halten.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost, daß im Bereich der mittigen Innenbohrungen der Druckplatten s"> an sich bekannte, sich in Radialrichtung in die Druckplatten erstreckende Ringausnehmungen vorgesehen sind, die mit der Niederdruckseite (Ansaugseite) in Verbindung stehen.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine ist Aa der Betrag der Verbiegung der Druckplatte kontrollierbar und einstellbar. Vorteilhaft ist ferner, daß der Verschleiß zwischen der Druckplatte und dem Pumpmechanismus bei steigendem Druck nicht ansteigt, und daß der volumetrische Wirkungsgrad nicht abnimmt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Maschine klein baut, und daß keine teuren Korrekturmaßnahmen erforderlich sind.

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

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

F i g. 2 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, längs der Linie2-2 in F ig. 1, «

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in F i g. λ

Fig. 4 eine Teilansicht nach Fig. 1. wobei der Rotorzwischenraum in übertriebener Form dargestellt ist, 6ü

F i g. 5 eine Teilansicht entsprechend der nach F i g. 4, wobei aber der Rotorzw'.dietvaum bei einer Verbiegung 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 Deckel 14, der an dem Körper 12 mittels Schraubbolzen 16 befestigt ist.

Wie Fi g. 2 zeigt, ist der Körper 12 mit einem Einlaßoder Zuführanschluß 18 versehen, von dem zwei Durchgänge 22 bzw. 24 abzweigen, und zwar in entgegengesetzten Richtungen. Jeder Zweig endigt in einer Vielzahl von Einlaßöffnungen 25, die in einem Ring 26 angeordnet sind, und in einem Paar Einlaßöffnungen 27, die in einem Druckplattenpaar 32, 33 vorgesehen sind. Das Gehäuse 11 besitzt eine zylindrische Bohrung 28, in der ein symmetrisch angeordneter Einsatz 30 schwimmend montiert ist.

Der Einsatz 30 weist einen Nockenring 26, einen Pumpenmechanismus 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 Schlitzen 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 Rotorfläcne 46 und die Innenfläche 43 direkt gegenüber der Rotorfläche 48 angeordnet ist, um einen kleinen Laufzwischenraum 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 Sl durch jede Platte erstrecken. Der Zweck dieser Ausnehmungen soll nachfolgend noch erläuter; 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 besieht, um den Einbau zu erleichtern. Ferner wird eine radiale Drehung der Platten 32 und 33 in der Bohrung 28 verhindert. Die Muttern 52 sind gewohnlich ohne Anpressung auf den Bolzen 50 aufgeschraubt, so daß die Anlaufplatten als schwimmend montiert angeseher, werden können.

Der Rotor 34 wird durch eine Welle 54 angetrieben, die sich durch die Bohrungen 51 erstreckt und allein in dem Körper 12 durch ein Lager 56 getragen wird, das nahe dem einen Ende der Bohrung 28 im Körper 12 angeordnet ist, und durch ein Lager 58, das sich in dem Deckel 14 cm anderen Ende der Bohrung 28 befindet. Die Welle ist mit dem Rotor 34 durch eine Keilverbindung 60 verbunden. Ferner ist eine Wellendichtung 55 vorgesehen, die eine Leckage an der Verbindungsstelle der Welle 54 von dem Purnpenkörper 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 Außenrändern 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 Abdichtungsberührung mit einem Teil der Außenflächen des Rotors 34 und des Nockenringes 26 in einer witer unten beschriebene Weise gedrängt werden. Die Platten 32 bzw. 33 liegen an den Nockenriingseitenflächtn 67 und 69 in einem allgemein ringförmigen Bereich 65 an, der in der Nähe des Umfangs einer jeden Plattenfläche 42 und 43 angeordnet ist.
Je eine Niederdruckkammer 70 oder 72 ist am Ende

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 Innenumfang der Welle 54 bzw. der Bohrungen 51 ausgebildet ist. Die Niederdruckkammern 70 und 72 werden durch einen Nabenteil 64 und der unmittelbar gegenüberliegenden Gehäusefläche gebildet. Jede der Niederdruckkammern 70 und 72 besitzt eine Unifangsfläche 71 in dem Gehäuse 11, in das das abgestufte Teil 62 der schwimmenden Druckplatten 32 und 33 teleskopartig eingreift.

Ein rechteckiger Schlitz oder eine Kammerbohrung 73 ist in dem Ring 26 vorgesehen. Ein Festlegebolzen 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 hydraulischen 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 werden, wobei die erstere das Teil der Kammern 74 und 76 umfaßt, das mit der Vielzahl der Einlaßdurchgänge 25 fluchtet, die im Ring 26 vorgesehen sind und mit dem Paar gegenüberliegender Druckmittelöffnungen 27, die in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehen sind. Die Auslaßzonen umfassen das Teil der Kammern, das mit dem Paar diametral gegenüberliegend angeordneter Flüssigkeiisauslaßöffnungen 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 Innenflügel 38. deren Betrieb und Druckübertragungsanordnung bekannt ist.

Bei dem in jeder Druckplatte 32 und 33 vorgesehenen Einlaßöffnungspaar 27 handelt es sich um Ausschnitte, die an einem Punkt auf dem Außenumfang des Flansches in der Nähe des Mittelabschnittes beginnen 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 27 sind Ansätze 84 angeordnet und fluchten mit den Innenflächen der Druckplatten 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 Hochdruckauslaßdurchgänge 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 eine Leckage zu verhindern.

Wie bereits erwähnt wurde, wirkt der hydraulische Druck in den Kammern 66 bzw. 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 Seilenflächen 67 bzw. 69 des Nockenrings zu drängen und zu biegen. Wie in übu-tricbencr Weise in F i g. 4 dargestellt ist, besitzt der ^r) Ring 26 eine etwas größere Breite als der Rotor 34, um einen geeigneten Laufzwischenraum zwischen den Innenflächen der Druckplatten und den gegenüberliegenden Seitenflächen des Rotors herzustellen. Wenn die Druckplatten sich etwas verbiegen, wie übertrieben in

κι F i g. 5 dargestellt, hängt das Ausmaß des 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 I ausendstels eines Zolls.

F.s 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 Teil der Druckplatte innerhalb des Nockenringes ist vollständig ungelagert gegen eine nach innen gerichtete Axialbewegung auf Grund des Zwischenraumes zwi-

2ί sehen dem Rotor und der Druckplatte. Somit ist die Druckplatte derart gestaltet, daß eine vorbestimmte Biegung ihrer nichtgelagerten Fläche als Funktion des Druckes ausgeführt wird, der über den Rotorflächen 46 und 48 und in den Kammern 66 und 68 herrscht. Wenn

in der Druck in den Kammern 66 und 68 ansteigt, biegen sich die Druckplatten zu dem Rotor und verringern den Rotorzwischenraum.

Durch ringförmige Ausnehmungen 35 und 36 jeder Druckplatte kann das Ausmaß der Verbiegung der

r· Druckplatte begrenzt werden. Wie bereits erwähnt wurde, wird die Druckplatte in Richtung des Rotors gebogen, wenn zu den Außenflächen der Platte Druck zugeführt wird, wobei jedoch das Ausmaß der Biegung der Flächen 98 und 99. die den Ausnehmungen 35 und 36 zugeordnet sind, größer ist als der Innenflächen 42 und 43.

Die durch den auf die Außenfläche einer jeden Platte wirkenden Druck erzeugte Biegebewegung wird nicht vollständig auf den Teil der Platte übertragen, der an

Ίί dem Rotor anliegt, sondern sie wird teilweise absorbiert durch die Abschnitte der Platte, die den Flächen 98 und 99 zugeordnet sind. Somit können die Druckplatten, die eine ringförmige Ausnehmung haben, bei einem höheren Druckniveau arbeiten als die Platten, die nicht

si) eine solche Ausnehmung aufweisen, während das Ausmaß der Biegung der Innenflächen der Platte nicht erhöht wird.

Das Ausmaß der flüssigkeitsabdichtenden Berührung zwischen der Anlaufplatte und den Rotorflächen kann

v> genau gesteuert werden durch die Gestaltung der Größe der ringförmigen Ausnehmungen in Beziehung auf die Gestalt, die Dicke, das Material und den Druck, dem sie ausgesetzt werden wird.

Es ist daraus zu ersehen, daß die vorliegende

fao 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

μ erforderlich sind

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. RadialflOgelmaschine, vorzugsweise Pumpe, mit einem den Rotor umgebenden Nockenring, der zwischen sich und dem Rotor Arbeitskammern bildet, die mit der Hochdruck- (Förderdruck-) bzw. Niederdruckseite (Ansaugseite) in Verbindung stehen, und mit an beiden Seiten des Rotors angeordneten, durch Druckbeaufschlagung in abdichtender Berührung an den Rotorseitenflächen stehenden Druckplatten, die sich zur möglichst geringen Einstellung des Leckstroms bei unterschiedlichen Drücken durchbiegen können, und von der Antriebswelle der Maschine durchsetzte mittige Innenbohrungen aufweisen, wobei sich die Druckplatten in ihren radial außenliegenden Bereichen mit ihrer Innenseite seitlich am Nockenring abstützen, während an ihrer Außenseite jeweils eine mit der Hochdruckseite verbundene Druckkammer gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der mittigen Innenbohrungen (51) der Druckplatten (32, 33) an sich bekannte, sich in Radialrichtung in die Druckplatten (32, 33) erstrekkende Ringausnehmungen (35, 36) vorgesehen sind, die mit der Niederdruckseite (Ansaugseite) in Verbindung stehen.

2. Radialflügelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenring (26) in der axialen Erstreckung eine größere Weite als der Rotor (34) au fweist.

3. Radialflügelmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenring (26) axial verschiebbar im Gehäuse (10) angeordnet ist.

4. Radialflügelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten der Druckplatten (32, 33) radial innenliegenae Nabenleile (62) ausgebildet sind, die teleskopartig in passende, mit der Niederdruckseite (Ansaugseite) der Maschine verbundene Ausnehmungen des Gehäuses (10) hineinragen und so Niederdruckkammern (70, 72) bilden, wobei jede Ringausnehmung (35,36) mit einer der Niederdruckkammern (70,72) verbunden ist und der in den radial außenliegenden Hochdruckkammern (66, 68) herrschende Druck die Nabenteile (62) mehr oder weniger in den Niederdruckkammern (70, 72) verschiebt.