DE19631974C2 - Flügelzellenmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Flügelzellenmaschine entsprechend der Gattung des Anspruchs 1 aus.

Eine derartig ausgebildete Flügelzellenmaschine in Verbindung mit der Erkenntnis, daß ein Abheben der Flügel von der huberzeugenden Wandung durch Beaufschlagen der inneren Flügelenden mit Systemdruck vermeidbar ist, ist bereits allgemein bekannt.

Die Beaufschlagung der Flügel mit Systemdruck hat jedoch den Nachteil, daß die wirksamen hydraulischen Kräfte auf die Flügel den maximal möglichen Systemdruck für die Flügelzellenmaschine einschränken. Höhere Systemdrücke erzeugen zwischen den Außenkanten der Flügel und der huberzeugenden Wandung eine Reibung, die die Belastbarkeitsgrenze der Werkstoffe der beiden Bauteile überschreitet. Verschleiß und damit eine Verkürzung der Lebensdauer der Flügelzellenmaschine sind die Folgen.

Bei der in der DE-OS 17 28 268 offenbarten Flügelzellenmaschine wird deshalb vorgeschlagen, den Druck auf die Flügel mittels eines Druckregelventils auf einen von den Betriebsbedingungen unabhängigen konstanten Zwischendruck abzusen­ ken, sobald die Flügel in ihre Saugphase eintreten. Das Druckregelventil, das über einen mit der Ventilfeder zusammenwirkenden und deshalb relativ langsam auf Veränderungen der Druckverhältnisse reagierenden Ventilschieber verfügt, ist in das Gehäuse der Flügelzellenmaschine integriert. Deren Betriebsbedingungen werden dadurch zu höheren Systemdrücken hin erweitert. Allerdings ist der fest­ gelegte Zwischendruck lediglich auf einen Betriebspunkt der Flügelzellenmaschine abgestimmt. Dieser Betriebspunkt darf dementsprechend nur wenig streuen, ohne Nachteile bezüglich Reibung, Verschleiß oder Wirkungsgrad zu verursachen.

Aus der DE 23 24 002 B2 ist eine doppelhubige Flügelzellenkonstantpumpe be­ kannt, deren Flügel in den Hochdruckbereichen, in denen sie sich nach innen be­ wegen, durch eine Differenzdruckkraft zwischen der Flügelinnenseite und der Flü­ gelaußenseite gegen einen Hubring gedrückt werden. Dabei wird eine Druckerhö­ hung an der Flügelinnenseite durch eine Drosselung des Druckmittelabflusses aus den an den Flügelinnenseiten befindlichen Druckräumen erhalten. Für eine Beein­ flussung der Druckverhältnisse in den Umsteuerphasen der Flügel sind keine Maßnahmen getroffen.

Eine doppelhubige Flügelzellenkonstantmaschine ist auch aus der DE 21 32 465 C2 bekannt. Die Flügel dieser Maschine durchlaufen in ihren Umsteuerphasen mit ihren aus dem Rotor herausragenden, äußeren Flügelenden eine Zwischendruck­ zone, durch die die Druckmittelleckage zwischen der Hochdruck- und der Nieder­ druckseite der Flügelzellenmaschine vermindert und ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad erreicht werden soll. Während eines großen Teils der Umsteuer­ phasen und in der Hochdruckphase sind die im Rotor befindlichen, inneren Flü­ gelenden mit Systemdruck und während der Niederdruckphase mit einem Zwi­ schendruck beaufschlagt, um ihre Anlage am Hubring sicherzustellen. Ein Druck­ gleichgewicht an den beiden Enden eines Flügels herrscht deshalb nur in den Hochdruckphasen, so daß in den übrigen Phasen Verschleiß zwischen dem Hubring und den Flügeln auftreten kann. Der Zwischendruck wird von einem im Sinne einer Erhöhung des Zwischendrucks von einer Feder belasteten einen Druck reduzierenden Ventil erzeugt, das seine Funktion erst nach einer Anlauf­ phase der Flügelzellenmaschine aufnehmen kann. Dieses Ventil verfügt über kei­ ne Entlastungsfunktion, so daß der Zwischendruck nur über innere Leckage und damit nur langsam abgesenkt werden kann. Auf die die Flügel während der Um­ steuerphasen belastenden Querkräfte wird in der DE 21 32 465 C2 nicht einge­ gangen.

Aus der DE-PS 13 02 480 ist eine Flügelzellenmaschine bekannt, deren Arbeits­ schieber von im Rotor beweglich geführten Kolben gegen die Innenumfangswand des Pumpengehäuses gedrückt werden, wobei die Kolben über den gesamten Drehwinkel des Rotors mit dem auf der Hochdruckseite der Flügelzellenpumpe herrschenden Druck beaufschlagt sind.

In der DE 34 46 603 A1 ist eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Flügelzellenma­ schine offenbart. Die Kräfteverhältnisse an den Flügeln werden in dieser Schrift nicht betrachtet.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flügelzellenmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf einfache Weise so auszubilden, daß sie in Bezug auf ihren Betriebsdruck, ihren volumetrischen Wirkungsgrad und ihre Lebensdauer verbessert ist.

Vorteile der Erfindung

Bei einer erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 wird die Radialbewegung der Flügel in den Schlitzen des Rotors in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand der Flügelzellenmaschine unterstützt, sobald die Flügel eine ihrer beiden Umsteuerphasen durchlaufen. Das Maß dieser Unterstützung ist dabei so geregelt, daß die Flügel unter Einbeziehung der auf sie wirkenden Fliehkräfte mit geringer Kraft gegen die huberzeugende Wandung gedrückt werden. Weil in den beiden Umsteuerphasen entgegengesetzt gerichtete Kraftwirkungen an den Flügeln auftreten, sind unterschiedliche Mittel für die beiden Umsteuerphasen verwandt. Dadurch läßt sich eine Abdichtung zwi­ schen Hochdruckseite und Niederdruckseite auch bei hohen Betriebsdrücken ge­ währleisten, ohne daß es zu Verschleiß an den äußeren Flügelenden oder an der huberzeugenden Wandung kommt.

Dies wird u. a. durch ein in das Gehäuse der Flügelzellenmaschine integriertes Schieberventil erreicht. Dieses senkt den Druck auf die inneren Enden der Flügel in deren Umsteuerphasen kurzzeitig auf einen vom momentanen Systemdruck der Flügelzellenmaschine abhängigen Wert ab.

Das Verhältnis zwischen dem Systemdruck und dem abgesenkten Druck wird aufgrund der Flächenverhältnisse am Schieberventil konstant gehalten und ist in längeren Versuchsreihen ermittelt worden. Es gewährleistet ein Anliegen der Flügel an der huberzeugenden Wandung über einen weiten Betriebsbereich der Flügelzellenmaschine, ohne daß es zu Verschleiß- bzw. zu Dichtungsproblemen an den äußeren Flügelenden bzw. an der huberzeugenden Wandung kommt.

Schwankungen im Betriebszustand werden durch das Schieberventil verhältnismäßig schnell ausgeregelt. Dadurch kann die Flügelzellenmaschine in einem ungewöhnlichen hohen Druckbereich betrieben werden.

In der Saug- bzw. der Druckphase der Flügel wird das Druckgleichgewicht dadurch sichergestellt, daß die mit den innenliegenden Flügelenden gekoppelten rotorseitigen Druckkammern und die mit den außenliegenden Flügelenden gekoppelten gehäuseseitigen Druckkammern durch Stichkanäle miteinander verbunden sind.

Das Kraftgleichgewicht zwischen den beiden Enden eines Flügels wird demnach durch relativ einfache und preiswert darstellbare Maßnahmen an den vorhandenen Bauteilen einer an sich bekannten Flügelzellenmaschine erreicht. Die Wirkungen dieser Maßnahmen sind zudem unabhängig von der Viskosität des Druckmittels, bedürfen keiner Justierung und unterliegen keinen Einflüssen durch Ermüdungserscheinungen oder Verschmutzungen.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen oder der Beschreibung.

So ist z. B. eine Flügelzellenmaschine denkbar, bei der das Schieberventil die inneren Flügelenden nur in einer ihrer beiden Umsteuerphasen mit reduziertem Systemdruck beaufschlagt. Auf die inneren Flügelenden kann in der zweiten Umsteuerphase weiterhin der volle Systemdruck wirken. Dies vereinfacht die Ausbildung der Flügelzellenmaschine zusätzlich.

Das Druckgleichgewicht an den Flügelenden wird in der zweiten Umsteuerphase durch eine besondere Flügelgeometrie am äußeren Flügelende erreicht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt zur Veranschaulichung der Wirkungsweise das Triebwerk einer Flügelzellenmaschine in einer Vorderansicht. Hierbei wurde auf die Darstellung eines das Triebwerk umschließenden Gehäuses, der Einfachheit halber verzichtet.

In Fig. 2 ist in einer schematischen Darstellung der innere Hydraulikkreis einer Flügelzellenmaschine dargestellt.

Fig. 3 zeigt das Schieberventil nach Fig. 2 als separate Baueinheit in einem Längsschnitt. Das Schieberventil befindet sich in seiner Neutralposition.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Triebwerk 10 einer Flügelzellenmaschine, wie es in allgemein bekannter Art und Weise in eine Ausnehmung eines nicht dargestellten Gehäuses eingebaut ist. Das Triebwerk 10 weist einen Rotor 12 auf, der drehfest auf einer drehmomentübertragenden Welle 13 angeordnet ist und gemeinsam mit dieser im Uhrzeigersinn umläuft. Der Rotor 12 hat entlang seines Umfangs in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete Radialschlitze 14, in denen Flügel 15 beweglich geführt sind. Die im Inneren des Rotors 12 liegenden ersten Enden 16 der Flügel 15 begrenzen zusammen mit den Wandungen der Radialschlitze 14 Druckräume 17. Die den ersten Enden 16 der Flügel 15 gegenüberliegenden und aus den Radialschlitzen 14 herausragenden zweiten Enden 18 der Flügel 15 stützen sich an einer inneren Wandung 19 eines Hubrings 20 ab, der den Rotor 12 umfangsseitig umschließt. Diese zweiten Enden 18 haben eine in Drehrichtung des Rotors 12 abfallende Stirnfläche und liegen somit entlang einer schmalen dichtenden Berührungslinie 22 am Hubring 20 an. Der Hubring 20 ist gegenüber dem Rotor 12 verschiebbar, so daß zwischen ihm und dem Rotor 12 eine Exzentrizität 23 stufenlos einstellbar ist. Der aufgrund der Exzentrizität 23 entstehende sichelförmige Spalt 24 zwischen dem Rotor 12 und dem Hubring 20, wird von den Flügeln 15 des Rotors 12 in einzelne Arbeitskammern 25 unterteilt. Im Verlauf einer Umdrehung des Rotors 12 erfahren diese Arbeitskammern 25 infolge einer Hubbewegung, die den Flügeln 15 durch den exzentrischen Hubring 20 aufgezwungen wird, eine Volumenänderung. Diese Volumenänderung erzeugt in den Arbeitskammern 25 einen Unter- bzw. einen Überdruck, durch den ein Druckmittel von einem ersten zu einem zweiten, nicht dargestellten Anschluß der Flügelzellenmaschine strömt. Der erste und der zweite Anschluß der Flügelzellenmaschine stehen über nicht erkennbare Druckmittelverbindungskanäle, die in nierenförmigen Strömungsnuten 26, 27 münden, mit den Arbeitskammern 25 zwischen den Flügeln 15 in Verbindung. Die Strömungsnuten 26, 27 sind an einer dem Rotor 12 zugewandten Innenseite eines Deckels 28 ausgebildet. Der Deckel 28 verschließt die Arbeitskammern 25 und die Ausnehmung des nicht dargestellten Gehäuses stirnseitig. In ihrer Längsrichtung verlaufen die voneinander unabhängigen Strömungsnuten 26, 27 entlang einer gemeinsamen Kreisbahn um die Mittelachse des Rotors 12. Der Radius dieser Kreisbahn ist dabei auf die Lage des Spaltes 24 zwischen Hubring 20 und Rotor 12 abgestimmt. Die beiden Strömungsnuten 26, 27 erstrecken sich in ihrer Längsrichtung über jeweils ca. 4 Arbeitskammern 25.

Wie Fig. 2 zeigt, sind an der dem Rotor 12 zugewandten Innenfläche des Deckels 28 neben den beiden Strömungsnuten 26, 27 drei Ausgleichsnuten 30, 31, 32 ausgebildet. Diese Ausgleichsnuten 30, 31, 32 sind räumlich voneinander getrennt und erstrecken sich entlang eines gemeinsamen Kreisbogens. Dieser Kreisbogen ist konzentrisch zum Kreisbogen der Strömungsnuten 26, 27 angeordnet. Der Radius des Kreisbogens der Ausgleichsnuten 30, 31, 32 ist kleiner als der des Kreisbogens der Strömungsnuten 26, 27 und so gewählt, daß die Ausgleichsnuten 30, 31, 32 mit den Druckräumen 17 des Rotors 12 in Wirkverbindung treten können.

Die Ausdehnung der Strömungsnuten 26, 27 und die der Ausgleichsnuten 30, 31, 32 sowie deren Positionierung zueinander ist von der Richtung in der der Hubring 20 relativ zum Rotor 12 verschiebbar ist, sowie von der Drehrichtung des Rotors 12 bestimmt. Eine Umdrehung des Rotors 12 gliedert sich für die Flügel 15 in eine Saugphase, eine Druckphase, sowie zwei dazwischenliegende Umsteuerphasen. Abhängig von der jeweiligen Phase herrschen an den Flügeln 15 unterschiedliche mechanische und hydraulische Kräfte.

Die Anordnung und Ausbildung der Strömungsnuten 26, 27 bzw. der Ausgleichsnuten 30, 31, 32 zielt auf ein Kräftegleichgewicht an den Flügeln 15 während einer Umdrehung des Rotors 12 ab. Dadurch wird eine Erweiterung des Betriebsbereichs der Flügelzellenmaschine zu höheren Systemdrücken hin ermöglicht.

In der Saugphase, in der sich die Flügel 15 zunächst in ihrem inneren Umkehrpunkt befinden und von da an in Richtung ihres äußeren Umkehrpunkts streben, ist dazu die mit dem saugseitigen Anschluß der Flügelzellenmaschine gekoppelte Strömungsnut 27 wirksam. Diese Strömungsnut 27 beginnt ca. 30 Grad nach dem inneren Umkehrpunkt der Flügel 15 und endet etwa 20 Grad vor deren äußerem Umkehrpunkt.

Mit der Strömungsnut 27 ist über Stichkanäle 33 die Ausgleichsnut 31 verbunden. Dadurch herrscht in der Strömungsnut 27 als auch in der Ausgleichsnut 31 ein gemeinsames saugseitiges Druckniveau. Die Ausgleichsnut 31 beginnt in Drehrichtung des Rotors 12 gesehen ca. 15 Grad nach dem Anfang und endet ca. 15 Grad vor dem Ende der Strömungsnut 27.

Bei der im Anschluß an die Saugphase erfolgenden Umsteuerphase haben die Flügel 15 die Strömungsnut 27 und die mit dieser gekoppelte Ausgleichsnut 31 überschritten und bewegen sich weiter in Richtung ihres äußeren Umkehrpunkts.

Mit dem Überschreiten dieses äußeren Umkehrpunktes beginnt die sich anschließende Druckphase. Dabei gelangen die Druckräume 17 des Rotors 12 zunächst in Verbindung mit der Ausgleichsnut. 30, in der das hohe Druckniveau des druckseitigen Anschlußes der Flügelzellenmaschine herrscht. Dadurch werden die Flügel 15 zur Anlage an den Hubring 20 gebracht.

Aufgrund der Exzentrizität zwischen Hubring 20 und Rotor 12 bewegen sich die Flügel weiter in Richtung ihres inneren Umkehrpunkts. Dabei wird die mit dem Druckanschluß der Flügelzellenmaschine verbundene Strömungsnut 26 wirksam. Die Strömungsnut 26 beginnt in Drehrichtung des Rotors 12 gesehen um ca. 30 Grad nach der Ausgleichnut 30. Das Ende der Strömungsnut 26 und das Ende der Ausgleichsnut 30 befinden sich in Drehrichtung auf gleicher Höhe, ca. 15 Grad vor dem inneren Umkehrpunkt der Flügel 15.

Mit der Ausgleichsnut 30 ist eine geschlossene Ringnut 29 verbunden. Das hohe Druckniveau in dieser Ringnut 29 drückt den Rotor 12 gegen das nicht erkennbare Gehäuse der Flügelzellenmaschine und dichtet dadurch die Arbeitskammern 25 stirnseitig ab. Die Ringnut 29 ist konzentrisch zu den Ausgleichsnuten 30, 31, 32 ausgebildet und hat einen kleineren Radius als diese.

Der Druckphase schließt sich eine zweite Umsteuerphase für die Flügel 15 an. Bei dieser zweiten Umsteuerphase haben die äußeren Enden 18 der Flügel 15 das Ende der Strömungsnut 26 bzw. das der Ausgleichsnut 30 überschritten und befinden sich kurz vor ihrem inneren Umkehrpunkt. Nun wird die Ausgleichsnut 32 wirksam. Diese schließt sich in Drehrichtung des Rotors 12 mit geringem Abstand an die Ausgleichsnut 30 an und wird über einen schematisch dargestellten Verbindungskanal 34 vom Schieberventil 35 mit Druckmittel versorgt. Das Schieberventil 35, das zur Regelung des in der Ausgleichnut 32 herrschende Druckniveaus bestimmt ist, ist über einen vereinfacht gezeichneten Versorgungskanal 36 mit dem Strömungsnut 26 verbunden.

Das in Fig. 3 detailliert dargestellte Schieberventil 35 besitzt einen zylindrischen Gehäusekörper 40, mit einer exzentrisch angeordneten Durchgangsbohrung 41. Die parallel zur Längsachse des Schieberventils 10 verlaufende Durchgangsbohrung 41 gliedert sich in insgesamt drei Abschnitte 42, 43, 44 mit jeweils unterschiedlichen Innendurchmessern. Der am ersten Ende des Gehäusekörpers 40 liegende Anfangsabschnitt 42 weist den kleinsten Innendurchmesser auf und bildet den Zulauf 46 für das Schieberventil 35. Dem Anfangsabschnitt 42 schließt sich ein kurzer Mittelabschnitt 43 mit dem größten Innendurchmesser an, der in den Endabschnitt 44 übergeht. Dieser Endabschnitt 44 erstreckt sich bis zum zweiten Ende 47 des Schieberventils 35 und weist einen Innendurchmesser auf, der zwischen dem des Anfangsabschnitts 42 und dem des Mittelabschnitts 43 liegt.

Am Umfang des Gehäusekörpers 40 sind Ringkanäle vorhanden, die als Rücklaufkanal 50 bzw. als Steuerkanal 51 für das Schieberventil 35 wirken und die mittels Radialbohrungen 49 mit der Durchgangsbohrung 41 verbunden sind. Der Rücklaufkanal 50 und der Steuerkanal 51 sind in unterschiedlichen, jeweils rechtwinklig zur Durchgangsbohrung 41 verlaufenden Ebenen angeordnet. Die Ebene des Steuerkanals 51 befindet sich im Bereich des Anfangsabschnitts 42 der Durchgangsbohrung 41, während die Ebene des Rücklaufkanals 50 sich im Bereich des Endabschnitts 44 der Durchgangsbohrung 41 befindet. Der Steuerkanal 51 ist über einen parallel zur Durchgangsbohrung 41 ausgebildeten Längskanal 52 am fußseitigen Ende 47 des Schieberventils 35 mit der Durchgangsbohrung 41 verbunden.

Nach außen und gegeneinander sind der Rücklaufkanal 50 und der Steuerkanal 51 durch Formdichtungen 53 abgedichtet, die in umfangsseitigen Dichtungsnuten 54 eingesetzt sind.

Zur Regulierung der Druckverhältnisse zwischen dem Druckniveau im Zulauf 46 und dem des Steuerkanals 51 des Schieberventils 35 ist in dessen Durchgangsbohrung 41 ein Ventilschieber 55 beweglich geführt. Der Ventilschieber 55 setzt sich aus einem Regelschieber 56 und einem Druckkolben 57 zusammen. Deren Außendurchmesser ist auf die Durchmesser des Anfangsabschnitts 42 bzw. des Endabschnitts 44 der Durchgangsbohrung 41, in denen sie geführt sind, abgestimmt.

Das Regelschieber 56 ist knochenförmig ausgebildet und weist zwei im Außendurchmesser erweiterte Enden 58, 59 sowie einen im Außendurchmesser verjüngten Mittelbereich 60 auf. Die beiden Enden 58, 59, dienen zur Führung des Regelschiebers 56 in der Durchgangsbohrung 41 und sind mit umlaufenden Schmiernuten 61 ausgestattet. Stichkanäle 62 bzw. Abflachungen 63 an den beiden Enden 58, 59 des Regelschiebers 56 sorgen für den Zu- bzw. Abfluß eines Druckmittels in oder aus dem von der Wandung der Durchgangsbohrung 41 und dem Mittelbereich 60 des ersten Ventilschieberteils 56 begrenzten Zwischenraums 64. Im Mittelbereich 60 des Regelschiebers 56 sind zwei Bunde 65, 66 ausgebildet, die diesen Zwischenraum 64 in Kammern aufteilen. Die Anordnung und der Abstand der Bunde 65, 66 zueinander ist auf die Lage bzw. den Durchmesser des in diesem Bereich in die Durchgangsbohrung 41 des Gehäusekörpers 40 einmündenden Steuerkanals 51 abgestimmt. Die den Enden des ersten Ventilschieberteils 56 zugewandten Außenkanten 67, 68 der Bunde 65, 66 bilden mit der Kante 69, die an der Mündung der Radialbohrung des Steuerkanals 51 in die Durchgangsbohrung 41 entsteht, eine zulaufseitige Steuerdrossel 72, sowie eine mit dieser gekoppelte rücklaufseitige Steuerdrossel 73 aus. In der Neutralstellung des Ventilschiebers 55 sind beide Steuerdrosseln 72, 73 verschlossen.

Der Druckkolben 57 weist einen in seinem Außendurchmesser auf den größeren Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 41 abgestimmtes Führungsmittelteil 75 auf, das zur Verbesserung der Gleiteigenschaften des Druckkolbens 57 in der Durchgangsbohrung 41 mit umlaufenden Schmiernuten 74 versehen ist. Dem Führungsmittelteil 75 schließen sich in dessen Längsrichtung zu beiden Seiten im Außendurchmesser kleinere Stößel 76 an. Mit der Stirnfläche eines seiner beiden Stößel 76 stützt sich der Druckkolben 57 am Regelschieber 56 ab, wobei die Abstützstelle in einer Ebene liegt, die im Bereich des Mittelabschnitts 43 der Durchgangsbohrung 41 senkrecht zu dieser verläuft. Die Länge der Stößel 76 bzw. die Lage des Rücklaufkanals 50 des Schieberventils 35 ist so aufeinander abgestimmt, daß zwischen dem Mittelabschnitt 43 der Durchgangsbohrung 41 und dem Rücklaufkanal 50 im Gehäusekörper 40 in jeder Regelstellung des Ventilschiebers 55 ein Durchgang 77 besteht.

Ein derartig ausgebildetes Schieberventil 35 regelt in einem Hydraulikkreis ein zwischen dem Druck im Zulauf 46 und dem Druck im Steuerkanal 51 konstantes, d. h. von der Höhe des Drucks im Zulauf 46 unabhängiges, Druckverhältnis.

Die Wirkungsweise des Schieberventils wird im Folgenden erläutert, wobei zunächst davon ausgegangen wird, daß sich der bislang vom hydraulischen Druckerzeuger gelieferte Systemdruck in Richtung eines höheren Druckniveaus verändert hat.

Der erhöhte Systemdruck wirkt über den Zulauf 46 des Schieberventils 35 auf die nach außen ragende erste Druckfläche des Ventilschiebers 55 ein und bewegt diesen aufgrund der höheren Druckkraft aus seiner Neutralstellung heraus. Die in der Neutralstellung geschlossene zulaufseitige Steuerdrossel 72 öffnet sich dadurch, so daß das Druckmittel durch den Stichkanal 62 am nach außen ragenden Ende 58 des Regelschiebers 56 in den Zwischenraum 64 und von dort gedrosselt, d. h. mit verringertem Druck zum Steuerkanal 51 bzw. zum Längskanal 52 hin abströmen kann. Da der Längskanal 52 am fußseitigen Ende 47 des Schieberventils 35 mit der Durchgangsbohrung 41 verbunden ist, wirkt der Druck im Längskanal 52 auch auf die nach außen ragende zweite Druckfläche des Ventilschiebers 55 ein. Die aufgrund der unterschiedlichen Außendurchmesser gebildeten Flächendifferenzen zwischen der ersten und der zweiten Druckfläche des Ventilschiebers 55 entstehenden Druckkraftdifferenzen verändern die Position des Ventilschiebers 55 und damit den Querschnitt der zulaufseitigen Steuerdrossel 72 so lange, bis am Ventilschieber 55 wieder Kräftegleichgewicht herrscht. Im Zustand dieses Kräftegleichgewichts befindet sich der Ventilschieber 55 in seiner Neutralposition, d. h. die Steuerdrosseln 72, 73 sind wieder geschlossen und das Druckverhältnis zwischen dem Druck des Zulaufs 46 und dem Druck des Steuerkanals 51 ist wieder hergestellt. Dieses Druckverhältnis ist umgekehrt proportional zu dem Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Druckfläche des Ventilschiebers 55. Obwohl der Systemdruck und auch der Steuerdruck nun ein höheres Druckniveau aufweisen als zuvor, ist das Verhältnis zwischen dem Systemdruck und dem Steuerdruck unverändert geblieben.

Im Falle einer Verringerung des vom Druckerzeuger gelieferten Systemdrucks vermindert sich die Druckkraft auf die erste Druckfläche des Ventilschiebers 55 entsprechend. Das dadurch gestörte Kräftegleichgewicht am Ventilschieber 55 führt zu einer Positionsänderung desselben in Richtung des ersten Endes 45 des Gehäusekörpers 40. Dadurch öffnet sich die rücklaufseitige Steuerdrossel 73. Das im Steuerkanal 51 befindliche Druckmittel strömt durch die Steuerdrossel 73 in die Kammer zwischen dem rücklaufseitigen Bund 66 und dem zweiten Ende 59 des ersten Ventilschieberteils 56 und von dort entlang der Abflachung 63 in den Mittelabschnitt 43 der Durchgangsbohrung 41. Von dort aus gelangt das Druckmittel entlang des Durchgangs 77 zwischen dem Stößel 76 des zweiten Ventilschieberteils 57 und der Wandung der Durchgangsbohrung 41 zum Rücklaufkanal 50. Durch das abströmende Druckmittel vermindert sich der Druck im Steuerkanal 51 und dadurch auch der im Längskanal 52 des Schieberventils 35. Dadurch reduziert sich gleichzeitig die Druckkraft auf die zweite Druckfläche des Ventilschiebers 55. Die Regelbewegung ist beim Erreichen eines Kräftegleichgewichts am Ventilschieber 55 abgeschlossen. In diesem Zustand sind beide Steuerdrosseln 72, 73 von den Bunden 65, 66 des ersten Ventilschieberteils 56 wieder verschlossen. Der Systemdruck, wie auch der Steuerdruck liegen nun auf einem niedrigeren Niveau als vorher, das Druckverhältnis zwischen beiden Drücken ist jedoch unverändert konstant geblieben.

Beim Einsatz eines solchen Schieberventils 35 in der erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine bewirkt das beschriebene Regelverhalten in der Ausgleichsnut 32 der Flügelzellenmaschine einen Steuerdruck, dessen Höhe von der des Systemdrucks abhängig ist, dabei aber gleichzeitig zum Systemdruck in einem festgelegten Verhältnis steht. Dieses Verhältnis nimmt aufgrund der Flächenverhältnisse am Ventilschieber 55 einen Wert im Bereich zwischen 0.6 und 0.8, vorzugsweise 0.7 an. Der Steuerdruck ist in der bevorzugten Ausführung damit stets um 301 kleiner als der Systemdruck.

Der Hintergrund für eine solche Auslegung ergibt sich bei der Betrachtung der Kraftverhältnisse an den Flügeln 15 einer aus dem Stand der Technik bekannten Flügelzellenmaschine, wie sie zum Zeitpunkt des Übergangs der Flügel 15 von der Umsteuerphase in ihre Druckphase bzw. umgekehrt auftreten.

Zunächst wird der Übergang von der Umsteuerphase in die Druckphase beschrieben.

In diesem Zustand sind die inneren Enden 16 der Flügel 15 bereits mit Systemdruck beaufschlagt um ihre Anlage am Hubring 20 sicherzustellen. Die in Drehrichtung des Rotors 12 vorauseilenden Vorderflanken der Flügel 15 werden beim Eintritt in der Strömungsnut 26 mit dem dort herrschenden Hochdruck beaufschlagt, während auf ihre nacheilenden Rückflanken noch kein Druck einwirkt. Die Flügel 15 führen aufgrund der Druckkraftwirkung in ihren Radialschlitzen 14 eine Kippbewegung entgegen der Drehrichtung des Rotors 12 aus. Die von dieser Kippbewegung verursachte Reibungskraft an den Flügeln 15 hemmt deren von der Exzentrizität 23 des Hubrings 20 aufgezwungene Einwärtsbewegung oder unterbindet diese im Extremfall ganz. Am Hubring 20 entsteht daher eine Verschleißmarke, die sich so lange erstreckt, bis auch die Rückflanke der Flügel 15 systemdruckbelastet ist. Die Flügel 15 sind nun querkraftfrei in ihren Radialschlitzen 14 zentriert.

Beim Übergang von der Hochdruck in die Umsteuerphase herrscht an der in Drehrichtung des Rotors 12 vorauseilenden Vorderflanke der Flügel 15 im Bereich ihres äußeren Endes 18 bereits kein Druck mehr, während die in Drehrichtung nacheilende Rückflanke noch mit Systemdruck beaufschlagt ist. Dies führt abermals zu einer Kippbewegung der Flügel 15 in den Radialschlitzen 14 des Rotors 12. Die Kippbewegung, die in dieser Umsteuerphase in Drehrichtung des Rotors 12 erfolgt, erzeugt an den beiden Flanken der Flügel 15 wieder Reibungskräfte, die der von der Drehbewegung des Rotors 12 hervorgerufenen Fliehkraft auf die Flügel 15 entgegenwirkt und damit deren Auswärtsbewegung hemmt. Um trotzdem die Anlage der äußeren Enden 18 der Flügel 15 am Hubring 20 zu gewährleisten sind die innenliegenden Enden 16 der umsteuernden Flügel 15 mit Systemdruck beaufschlagt. Allerdings kann sich die Flügelzellenmaschine in einem Betriebszustand befinden, in dem der Systemdruck auf die innenliegenden Enden 16 der Flügel 15 derart groß ist, daß deren Anpreßkraft am Hubring 20 zu einem unerwünschten Verschleiß zwischen beiden Bauteilen führt.

Mit einer Abschrägung der äußeren Stirnfläche der Flügel 15 kann es erreicht werden, daß der Verschleiß am Hubring 20 zumindest in einer der beiden Umsteuerphasen vermieden wird. Die Abschrägung bewirkt, daß die Stirnfläche der Flügel 15 mit einer stabilisierenden Querkraft belastet wird, sobald der Flügel 15 in den unter Systemdruck stehenden Strömungsnut 26 eintritt bzw. aus diesem austritt. Diese Querkraft wirkt sowohl der Kraft auf das innenliegende Ende 16 des Flügels 15, als auch der Kippkraft auf den Flügel 15 entgegen und schwächt damit die für den Verschleiß am Hubring 20 verantwortlichen Auswirkungen dieser Kräfte ab.

Die Richtung der Abschrägung an der äußeren Stirnfläche der Flügel 15 bestimmt dabei die Umsteuerphase, in der diese Maßnahme wirkt. In der entgegengesetzten Umsteuerphase, in der die Druckverhältnisse an den Flanken der Flügel 15 umgekehrt sind, kann sich der Effekt nicht ausbilden. Die Abschrägung kann in der entgegengesetzten Umsteuerphase sogar zur Verstärkung des Verschleißes zwischen Hubring 20 und Flügel 15 führen, weil der Flügel 15 nur mit einer schmalen Auflagefläche am Hubring 20 anliegt und dementsprechend eine hohe Flächenpressung erfährt.

Es wird deshalb vorgeschlagen in dieser entgegengesetzten Übergangsphase den Druck auf das innenliegende Ende 16 des Flügels 15 gegenüber dem Systemdruck zurückzunehmen. Um nun bei schwankenden Systemdrücken zu vermeiden, daß sich die Rücknahme des Systemdrucks unterschiedlich stark auswirken würde, soll das Verhältnis zwischen dem Steuerdruck und dem Systemdruck stets beizubehalten bleiben. Dies wird mit dem oben beschriebenen Schieberventil 35 ermöglicht.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Verbesserungen am beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

So sind zum Beispiel Flügelzellenmaschinen vorstellbar, die über keine Ausgleichsnuten 30, 31 verfügen, welche in der Saug- bzw. in der Druckphase für ein Druckgleichgewicht an den Flügeln 15 sorgen. Diese Funktion der Druckausgleichskanäle 30, 31 wird in diesem Fall von Ausnehmungen übernommen, die in den Flügeln 15 selbst oder in den Radialschlitzen 14 des Rotors 12 ausgebildet und die die Strömungsnuten 26, 27 mit den Druckräumen 17 verbinden, so daß das Druckniveau vom äußeren Ende 18 der Flügel 15 auch an deren innerem Ende 16 anliegt.

Desweiteren kann bei der Umsteuerung der Flügel 15 von ihrer Saug- zu ihrer Druckphase der Druckausgleich an deren Enden 16, 18 auch dadurch erreicht werden, daß im Deckel 28 eine zweite Ausgleichsnut 32 ausgebildet ist, die mit dem vom Systemdruck abhängigen, reduzierten Druck im Steuerkanal 51 beaufschlagt ist. In diesem Fall müßte die vorhandene systemdruckbeaufschlagte Ausgleichsnut 30 entsprechend verkürzt werden - auf die Abschrägung der äußeren Stirnflächen der Flügel 15 könnte dann jedoch verzichtet werden.

Claims (9)

1. Flügelzellenmaschine als Pumpe oder Motor, mit einem Gehäuse, in dessen Innenraum ein Triebwerk (10) mit einem drehbar gelagerten Rotor (12) angeordnet ist, der an seinem Umfang Radialschlitze (14) aufweist, in denen Flügel (15) be­ weglich geführt sind, die mit ihren im Inneren der Radialschlitze (14) liegenden er­ sten Enden(16) zusammen mit der Wandung der Radialschlitze (14) Druckräume (17) begrenzen, welche durch wenigstens einen ersten gehäuseseitig verlaufen­ den Ausgleichskanal (32) mit Druck beaufschlagt werden, und die sich mit ihren aus den Radialschlitzen (14) herausragenden zweiten Enden (18) an einer Wan­ dung (19) abstützen, die den Flügeln (15) im Verlauf einer Umdrehung des Rotors (12) eine Hubbewegung und den zwischen den Flügeln ausgebildeten Arbeits­ kammern (25) gleichzeitig eine Volumenänderung aufzwingt, aufgrund der ein Druckmittel von einem ersten Anschluß zu einem zweiten Anschluß strömt, da­ durch gekennzeichnet, daß sie verstellbar ist und einen Hubring (20) aufweist, der in seiner Exzentrizität (23) zum Rotor (12) veränderbar gelagert ist, daß die Radialbewegung der Flügel (15) in ihren Radialschlitzen (14) betriebszustandsab­ hängig unterstützt wird, sobald die Flügel (15) eine ihrer beiden Umsteuerphasen durchlaufen, daß zur Unterstützung dieser Radialbewegung in der ersten Umsteu­ erphase an den zweiten Enden (18) der Flügel (15) jeweils eine Abschrägung ausgebildet ist und daß ein in das Gehäuse integriertes Schieberventil (35) vor­ handen ist, das ein konstantes Druckverhältnis zwischen dem Systemdruck und einem demgegenüber niedrigeren Zwischendruck einstellt, mit dem die ersten En­ den (16) der Flügel über den ersten Ausgleichskanal (32) dann beaufschlagbar sind, wenn die Flügel (15) ihre zweite Umsteuerphase durchlaufen.

2. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck­ verhältnis zwischen dem Zwischendruck und dem Systemdruck einen Wert im Be­ reich von 0,6 bis 0,8, insbesondere von 0,7, hat.

3. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (35) ventilfederlos arbeitet und daß dessen wirksame Druckflä­ chen dem Druckverhältnis entsprechend dimensioniert sind.

4. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schieberventil (35) einen Zulaufkanal (46), in dem Systemdruck ansteht, einen Steuerkanal (51), in dem der Zwischendruck herrscht und einen Rücklaufkanal (50) mit Niederdruck aufweist.

5. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzlich zum ersten Ausgleichskanal (32) wenigstens zwei zu­ sätzliche gehäuseseitige Ausgleichskanäle (30, 31) ausgebildet sind die durch Stichkanäle (33) mit jeweils einem der beiden Anschlüsse gekoppelt sind, und daß die beiden zusätzlichen Ausgleichskanäle (30, 31) so zueinander angeordnet sind, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (16, 18) eines Flügels (15) im wesentlichen dann ein Druckgleichgewicht besteht, wenn ein Flügel (15) eine von der huberzeugenden Wandung (19) bewirkte Saug- bzw. Druckphase durchläuft.

6. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Triebwerk (10) radial verlaufende Ausnehmungen aufweist, die zwischen dem ersten Ende (16) und dem zweiten Ende (18) eines Flügels (15) ei­ ne Verbindung so steuern, daß sich ein Flügel (15) dann im Druckgleichgewicht befindet, wenn er eine von der huberzeugenden Wandung (19) bewirkte Saug- bzw. Druckphase durchläuft.

7. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschrägung sich von der einen Flanke bis zur gegenüberlie­ genden Flanke eines Flügels (15) erstreckt.

8. Flügelzellenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ schrägung in Laufrichtung eines Flügels (15) abfällt und abgerundete Kanten auf­ weist.

9. Flügelzellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schieberventil (35) im Deckel (28) des Gehäuses angeordnet ist.