DE19703114C2 - Hydraulische Flügelzellenmaschine - Google Patents
Hydraulische FlügelzellenmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Flügelzellen
maschine mit einem Rotor, der mehrere radial bewegbare
Flügel aufweist, mit einem Stator, der eine Statorboh
rung aufweist, in der der Rotor drehbar angeordnet ist
und deren Innenwand als Führungskontur ausgebildet ist,
an der die Flügel anliegen, und mit je einer Seitenplat
tenanordnung an den axialen Stirnseiten von Rotor und
Stator, die zusammen mit dem Rotor, den Flügeln und dem
Stator Flügelzellen begrenzen, wobei die Seitenplatten
anordnungen am Rotor befestigt sind und gemeinsam mit
ihm relativ zum Stator rotieren.
Eine derartige Maschine ist aus der DE-AS 11 27 224 be
kannt. Diese Entgegenhaltung offenbart eine Flügelzel
lenmaschine mit einem Rotor, der mehrere radial beweg
liche Flügel aufweist, mit einem Stator, der eine Sta
torbohrung aufweist, in der der Rotor drehbar angeord
net ist und deren Innenwand als Führungskontur ausgebildet
ist, an der die Flügel anliegen und mit je einer
Seitenplattenanordnung an den axialen Stirnseiten von
rotor und Stator, die zusammen mit dem Rotor, den Flü
geln und dem Stator Flügelzellen begrenzen. Die Seiten
plattenanordnungen sind mit Hilfe von Schrauben mit dem
Rotor verbunden und rotieren gemeinsam mit ihm relativ
zum Stator.
Die US 2 980 029 zeigt ebenfalls eine hydraulische Flügel
zellenmaschine, die als Pumpe ausgebildet ist. Auch
hier ist ein Rotor mit Seitenplatten versehen, die ge
meinsam mit dem Rotor und gegenüber dem Stator rotie
ren. Auch hier versucht man, eine Dichtung zwischen den
Seitenplatten und dem Stator durch relativ lange Spalte
zu bewirken, die zwischen den Seitenplatten und dem
Stator ausgebildet sind.
Eine derartige Flügelzellen-Maschine kann sowohl als
Motor (US 4 376 620, US 3 254 570) als auch als Pumpe
(US 3 255 704) ausgebildet sein. Bei einer Rotation des
Rotors gegenüber dem Stator bewegen sich die Flügel ra
dial nach innen und nach außen, wobei die Bewegung
durch die Führungskontur gesteuert wird. Die Führungs
kontur weist hierbei Ruheabschnitte auf, in denen die
Statorbohrung einen Durchmesser aufweist, der nur ge
ringfügig größer als der Außendurchmesser des Rotors
ist, und Arbeitsabschnitte, in denen die Statorbohrung
einen größeren Durchmesser aufweist. Zwischen den Ruhe
abschnitten und den Arbeitsabschnitten sind Kommutie
rungsabschnitte vorgesehen, in denen die Flügel radial
von innen nach außen bzw. von außen nach innen bewegt
werden. Die Anlage der Flügel an der Führungskontur
wird hierbei durch Federn bewirkt. In den meisten Fäl
len wird aber noch eine zusätzliche hydraulische Unter
stützung verwendet, um den Anlagedruck der Flügel an
der Führungskontur zu erhöhen.
Obwohl das Prinzip, wie oben gesagt, sowohl für Motoren
als auch für Pumpen verwendbar ist, wird aus Gründen
der Einfachheit die nachfolgende Erklärung anhand eines
Motors vorgenommen.
Die Flügel werden in den Arbeitsabschnitten auf ihrer
Hochdruckseite mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt,
die unter einem erhöhten Druck steht. Die Niederdruck
seite der Flügel sieht sich einem niedrigeren Druck
ausgesetzt. Die Druckdifferenz über die Flügel erzeugt
das notwendige Drehmoment für den Antrieb des Rotors.
In einigen Fällen kann es sein, daß sich eine geschlos
sene Flügelzelle zwischen dem Hochdruck- und dem Nie
derdruckanschluß der Maschine befindet. In diesem Fall
gilt die Druckdifferenz über zwei oder mehr Flügel.
Wie bei allen hydraulischen Maschinen ist es wichtig,
daß die inneren Leckagen kleingehalten werden, die Ma
schine also auch im Innern dicht ist. Hierbei bieten
solche Bereiche besondere Schwierigkeiten, in denen die
Dichtung zwischen bewegten Teilen erfolgen muß.
Bei einer Flügelzellenmaschine ist dies zunächst die
Anlage der Flügel an der Führungskontur. Darüberhinaus
müssen die Flügelzellen auch seitlich abgedichtet wer
den. Hierbei gibt es in den bekannten Fällen sowohl die
Reibung zwischen dem Rotor und den Seitenplatten als
auch die Reibung zwischen den Flügeln bei ihrer radia
len Bewegung und den Seitenplatten. Da zum Erzeugen der
Dichtigkeit hier erhebliche Drücke aufgebracht werden,
bedingt jede dieser Bewegungen einen Verschleiß und
verschlechtert damit das Betriebsverhalten und zwar
insbesondere dann, wenn Hydraulikflüssigkeiten verwen
det werden, die schlechter schmieren als die bislang
verwendeten synthetischen Hydrauliköle. Eine derartige
Flüssigkeit ist beispielsweise Wasser.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebs
verhalten einer hydraulischen Flügelzellenmaschine zu
verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Flügelzel
lenmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
daß jede Seitenplattenanordnung eine Innenplatte und
eine Außenplatte aufweist, wobei zwischen Innen- und
Außenplatte eine hydraulische Drucktaschenanordnung
ausgebildet ist.
Mit dieser Ausgestaltung verhindert man zwar nicht, daß
bewegte Teile aneinander reiben. Man entkoppelt aber
zumindest teilweise verschiedene Bewegungsarten vonein
ander. Bislang drehte sich der Rotor mit seinen Flügeln
relativ zu den Seitenplatten. Dies hatte zur Folge, daß
die Rotorstirnfläche an der Seitenplatte reibt. Bei der
vorliegenden Ausgestaltung reibt nun die Seitenplatte
an der Statorstirnfläche. Anders sieht es allerdings
bei der Reibung der Flügel aus. Die Flügel mußten bis
her nicht nur eine reine Radialbewegung gegenüber den
Seitenplatten durchführen. Die Radialbewegung war vielmehr
von der Rotationsbewegung überlagert, so daß die
Flügel im Prinzip über die gesamte Fläche der Seiten
platten streichen mußten. Um die Reibung hier gering zu
halten, war eine hochpräzise Fertigung der Flügel und
der Seitenplatten mit einer entsprechenden Abstimmung
aufeinander erforderlich. Dies ist nun nicht mehr der
Fall. Die Flügel führen gegenüber den Seitenplatten ei
ne reine radiale Bewegung aus, während die Seitenplat
ten gegenüber der Stirnseite des Stators eine reine Ro
tationsbewegung durchführen. Diese beiden Bewegungen
werden also strikt voneinander entkoppelt. Dementspre
chend können sich die einzelnen Teile besser aufeinan
der einfahren, so daß eine höhere Dichtigkeit erzielt
wird. Zwar ergibt sich ebenfalls eine überlagerte Bewe
gung der Flügel gegenüber dem Stator. Diese wird jedoch
auf einen kleineren Bereich beschränkt, so daß hier die
Angelegenheit nicht mehr so kritisch ist. Insgesamt er
gibt sich also aufgrund dieser konstruktiven Maßnahmen
ein etwas geringerer Verschleiß, der zu einem besseren
Betriebsverhalten der Maschine führt. Insbesondere beim
Motor führt die geringere Reibung auch zu einem besse
ren Startmoment oder allgemein zu einem besseren An
laufverhalten. Mit Hilfe der Drucktaschenanordnung kön
nen in Axialrichtung wirkende Druckkräfte von der Sei
tenplattenanordnung auf Stator und Rotor ausgeübt wer
den. Während man die Dichtungskräfte beim Rotor gegebe
nenfalls auch durch ein Zusammenspannen mit mechani
schen Befestigungsgliedern erreichen könnte, ist dies
bei der Berührungsfläche zum Stator hin schwieriger.
Die hydraulischen Kräfte, die in der Drucktaschenanord
nung erzeugt werden können, reichen jedoch aus, um auch
in diesem Bereich eine Dichtung zu erzeugen. Die Außen
platte kann hier als Widerlager verwendet werden, an
dem der Druck in den Drucktaschen "abgestützt" wird, um
die Innenplatte gegen Rotor und Stator zu pressen.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Druckta
schenanordnung für jede Flügelzelle mindestens eine
Drucktasche aufweist, die mit der Flügelzelle verbunden
ist. Eine derartige ständige Verbindung sorgt dafür,
daß immer dann, wenn die Flügelzelle unter Druck ge
setzt wird, der gleiche Druck auch in der Drucktasche
herrscht. Umgekehrt sorgt man auch dafür, daß der Druck
in der Drucktasche absinkt, wenn in der Flügelzelle
kein Druck herrscht. Dementsprechend werden die Dicht
kräfte auch nur dann aufgebaut, wenn sie benötigt wer
den. In den unbelasteten Flügelzellen sind keine Dicht
kräfte notwendig. Dementsprechend wird hier auch keine
Dichtkraft erzeugt und der Verschleiß gering gehalten.
Vorzugsweise weist die Drucktasche in Axialrichtung
eine größere Druckfläche als die Flügelzelle auf. Un
abhängig davon, wie groß der Druck in der Flügelzelle
ist, wird durch diese Maßnahme dafür gesorgt, daß die
Anpreßkraft der Seitenplatte an den Stator größer ist
als die Kraft, die aufgrund des Druckes in der Flügel
zelle versucht, die Seitenplatte vom Stator abzuheben.
Diese Maßnahme ist relativ einfach. Sie gewährleistet
aber die Dichtigkeit der Maschine.
Mit Vorteil weist jede Drucktasche eine Dichtung auf.
Damit kann man die Genauigkeit beim Bearbeiten der In
nenplatte und der Außenplatte etwas vermindern. Die
Dichtigkeit wird nicht mehr nur dadurch erzeugt, daß
die beiden Platten aneinander anliegen. Unterstützt
wird die Dichtigkeit durch die Dichtung.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Dichtung durch
einen Dichtring gebildet ist, der unter Vorspannung
zwischen Innen- und Außenplatte in der Drucktasche an
geordnet ist. Ein derartiger Dichtring, der beispiels
weise als Rundschnurdichtring oder O-Ring ausgebildet
sein kann, ist preisgünstig erhältlich und leicht zu
montieren.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Innenplatte
eine Ausnehmung aufweist, in deren Bereich der Dicht
ring in Axialrichtung nicht an ihr anliegt. Mit dieser
Maßnahme wird dafür gesorgt, daß die unter Druck ste
hende Hydraulikflüssigkeit auch in einen Bereich zwi
schen Innenplatte und Dichtring vordringen kann. Hier
bei reicht das Vordringen an einer Stelle aus. Die Hy
draulikflüssigkeit hebt dann nämlich sozusagen sukzes
sive den Dichtring von der Innenplatte ab und preßt ihn
gegen die Außenplatte. Damit steht die gesamte Fläche
der Drucktasche zur Verfügung, um den hydraulischen
Druck aufzunehmen und die entsprechenden Kräfte zu er
zeugen und nicht nur der Raum, der von dem Dichtring
umgrenzt ist. Die Anordnung läßt sich also auch dann
einsetzen, wenn nur ein begrenzter Bauraum zur Verfü
gung steht.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Dichtung
auch durch eine Membran gebildet sein, die mit der In
nenplatte verbunden ist. Die Membrane wird bei einer
Druckbeaufschlagung der Drucktasche gegen die Außen
platte gepreßt und erzeugt dadurch die notwendigen An
preßkräfte. Die Membrane kann beispielsweise an die
Innenplatte angespritzt sein, wenn dort ein Kunststoff
überzug vorhanden ist.
Vorzugsweise ist im Bereich der Drucktaschen ein klei
ner Spalt zwischen Innenplatte und Außenplatte ausge
bildet. Wie oben gesagt, müssen Innenplatte und Außen
platte nun nicht mehr präzise aneinander angepaßt sein.
Man kann sogar soweit gehen, bewußt einen kleinen Spalt
freizulassen. Die Dicke des Spalts liegt im Bereich von
wenigen hundertstel bis etwa 3/10 mm. Ein derartig
kleiner Spalt kann mit dem Dichtring oder der Membran
problemlos abgedichtet werden, ohne daß man eine nach
teilige Verformung der Dichtung befürchten müßte. Der
Spalt hat aber den Vorteil, daß eine mögliche einseiti
ge Belastung der Außenplatte kompensiert werden kann.
Eine derartige einseitige Belastung führt zu einer,
wenn auch geringen, Schiefstellung der Außenplatte ge
genüber der Innenplatte. Ohne den Spalt würde dies un
mittelbar dazu führen, daß die Außenplatte die Innen
platte beaufschlagt und diese mit einer größeren Kraft
gegen den Stator preßt, was zu einem erhöhten Ver
schleiß führt. Dies kann zunächst durch den Spalt auf
gefangen werden. Dieser erlaubt nämlich eine kleine
Neigung der Außenplatte gegenüber der Innenplatte. Der
Spalt erleichtert auch die Montage. Das Moment, mit dem
die den Rotor und die Seitenplattenanordnung zusammen
haltenden Bolzen angezogen werden, muß nicht für alle
Bolzen genau gleich sein. Es kann aber höher sein als
ohne Spalt, weil das Zusammenziehen der Seitenplatten
nicht unmittelbar zu einer Anlage am Rotor führt.
Mit Vorteil ist die Innenplatte zumindest auf ihrem am
Stator anliegenden Bereich mit einem reibungsvermin
dernden Kunststoff versehen. Ein derartiger Kunststoff
arbeitet mit dem Material des Stators, beispielsweise
rostfreiem Stahl, reibungsarm zusammen. Bewährt haben
sich hier Kunststoffe, die aus der Gruppe der hochfe
sten thermoplastischen Kunststoffe auf der Basis von
Polyaryletherketonen ausgewählt sind. In Frage kommen
hier beispielsweise Polyetheretherketone, Polyamide,
Polyacetalen, Polyarylether, Polyethylenterephthalate,
Polyvinylensulfite, Polysulfone, Polyethersulfone, Po
lyetherimide, Polyamidimid, Polyarcylate, Phenolharze,
wie Novolack-Harze, oder ähnliches, wobei als Füllstof
fe Glas, Graphit, Polytetrafluorethylen oder Kohlen
stoff, insbesondere in Faserform, verwendet werden kön
nen. Besonders bewährt hat sich hierbei Polyetherether
keton (PEEK). Bei Verwendung derartiger Materialien
läßt sich auch Wasser als Hydraulikflüssigkeit verwen
den.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
zwischen der Innenplatte und dem Rotor ein mit einem
Niederdruckanschluß verbundener Kanal vorgesehen ist,
der benachbart zu den Flügelzellen und zu den Bewe
gungsbereichen der Flügel verläuft. Trotz aller Vor
sichtsmaßnahmen kann man in der Regel nicht verhindern,
daß Hydraulikflüssigkeit in Bereiche gelangt, wo sie an
und für sich nicht erwünscht ist. Auch wenn es sich
hierbei nur um sehr geringe Mengen handelt, kann eine
derartige Leckage im Betrieb zum Aufbau von Drücken
führen, die dem Betriebsdruck der hydraulischen Maschi
ne entsprechen. Wenn nun die Hydraulikflüssigkeit durch
Leckage in den Bereich zwischen Rotor und Seitenplatte
gelangt, dann muß man dafür Sorge tragen, daß diese
Hydraulikflüssigkeit nicht zu einem Aufspreizen der
Seitenplatten mit entsprechend größerer Undichtigkeit
führt. Hierzu ist nun der Kanal vorgesehen. Er umgrenzt
in Radialrichtung ein möglichst großes Gebiet um den
Mittelpunkt des Rotors herum. Die Größe ist natürlich
durch die Flügelzellen einerseits und die Bewegungsbe
reiche der Flügel andererseits eingeschränkt, wobei zu
letzteren auch hydraulische Bereiche gehören, die zur
Bewegungssteuerung der Flügel zählen. Auf jeden Fall
kann man mit Hilfe des Kanals dafür sorgen, daß der
radial innerhalb des Kanals liegende Bereich druckfrei
bleibt. Jede Hydraulikflüssigkeit, die bis zu dem Kanal
kommt, kann sich radial nicht weiter nach innen fort
bewegen, sondern wird durch den Kanal zu dem Nieder
druckanschluß abgeführt. Hierdurch kann man die Befe
stigungsmittel, die die Seitenplatten und den Rotor in
Axialrichtung zusammenhalten, beispielsweise Bolzen,
relativ kleinhalten. Die Dimensionierung wird verein
facht.
Mit Vorteil erfolgt der Zu- und Abfluß von Hydraulik
flüssigkeit aus radialer Richtung. Man befreit also die
Seitenplattenanordnungen von Steuerungsaufgaben. Sie
müssen die Hydraulikflüssigkeit nicht mehr richtig kom
mutieren. Sie müssen lediglich dafür sorgen, daß die
Flügelzellen dicht bleiben. Dies vereinfacht den Aufbau
der Maschine ganz erheblich.
Hierbei ist besonders bevorzugt, daß Versorgungsan
schlüsse für den Zu- und den Abfluß in der Führungskon
tur angeordnet sind. Mit anderen Worten mündet sowohl
der Pumpenanschluß als auch der Tankanschluß bzw. der
Hochdruck- und der Niederdruckanschluß in die Innenwand
der Statorbohrung. Die Kommutierung erfolgt dann auto
matisch beim Vorbeilaufen der Flügel. Diese werden dann
lagerichtig mit den entsprechenden Drücken versorgt.
Vorzugsweise weist hierbei die Führungskontur Arbeits-
und Ruheabschnitte auf, zwischen denen Kommutierungsab
schnitte angeordnet sind, wobei am Beginn und am Ende
jedes Kommutierungsabschnitts je ein Versorgungsan
schluß mit demselben Druck angeordnet ist. Die Kommu
tierungsbereiche oder -abschnitte sind die einzigen Ab
schnitte, in denen sich die Flügel bewegen. Durch die
Anordnung je eines Versorgungsanschlusses mit der glei
chen Richtung sowohl am Anfang als auch am Ende eines
jeden Kommutierungsbereichs sorgt man dafür, daß die
Flügel beim Ein- bzw. Ausfahren in oder aus dem Rotor
nicht mit einer Druckdifferenz belastet werden. So kann
man beispielsweise zwei Pumpen- oder Hochdruckanschlüs
se an den Enden eines Kommutierungsabschnittes vorse
hen, in dem die Flügel ausfahren. Zwei Tankanschlüsse
oder Niederdruckanschlüsse werden dementsprechend an
den Enden des Kommutierungsabschnitts vorgesehen, in
dem die Flügel einfahren. Dadurch, daß die Flügel beim
Aus- und Einfahren nicht mit einer Druckdifferenz bela
stet sind, werden sie auch nicht gegen den Rotor gepreßt.
Die Reibung zwischen Rotor und Flügeln wird also
in den Kommutierungsabschnitten so klein wie möglich
gehalten. Auch hierdurch wird der Verschleiß kleinge
halten und das Betriebsverhalten verbessert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug
ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich
nung erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Flügelzellenmo
tor,
Fig. 2 eine Detailvergrößerung A nach Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Dichtungs
anordnung,
Fig. 4 einen Schnitt IV-IV nach Fig. 1,
Fig. 5 einen Schnitt V-V nach Fig. 1 und
Fig. 6 einen Schnitt VI-VI nach Fig. 1.
Ein Flügelzellenmotor 1 weist einen Stator 2 auf, in
dem ein Rotor 3 drehbar angeordnet ist. Zu diesem Zweck
weist der Stator eine Statorbohrung auf, deren Innen
wand eine Führungskontur 4 bildet. Die Führungskontur 4
weist zwei einander diametral gegenüberliegende Ruhe
abschnitte 5 auf, in denen die Statorbohrung einen nur
geringfügig größeren Durchmesser als der Rotor auf
weist, und zwei ebenfalls einander diametral gegenüber
liegende Arbeitsabschnitte 6, in denen die Statorboh
rung einen größeren Durchmesser aufweist. Zwischen den
Ruheabschnitten 5 und den Arbeitsabschnitten 6 sind
Übergangs- oder Kommutierungsabschnitte 7, 7a vorgese
hen.
Der Rotor 3 weist eine Vielzahl, im vorliegenden Fall
acht, Flügel 8 auf, die mit Hilfe einer Feder 9 radial
auswärts und damit an die Führungskontur 4 gedrückt
werden.
Die prinzipielle Arbeitsweise eines derartigen Motors 1
läßt sich anhand von Fig. 4 erläutern. Im Stator sind
Pumpenkanäle 10 und Tankkanäle 11 vorgesehen. In Fig. 4
ist aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellt, daß
die Pumpenkanäle 10 und die Tankkanäle 11 in der glei
chen Ebene liegen. Tatsächlich liegen sie aber, wie in
Fig. 1 ersichtlich ist, in axial zueinander versetzten
Ebenen.
Da die Maschine rotationssymmetrisch aufgebaut ist,
wird im folgenden nur ein Arbeitsabschnitt 6 erläutert
werden.
Der Pumpenkanal 10 ist über zwei Pumpenbohrungen 12,
13, die am Anfang und am Ende des Kommutierungsab
schnitts 7 angeordnet sind, mit der Statorbohrung ver
bunden, d. h. die Pumpenbohrungen 12, 13 münden in der
Führungskontur 4. Der Tankkanal 11 ist über Tankbohrun
gen 14, 15 ebenfalls mit der Statorbohrung verbunden,
d. h. auch die Tankbohrungen 14, 15 münden in der Füh
rungskontur 4 und zwar am Anfang und am Ende des auf
den Kommutierungsabschnitt 7 folgenden Kommutierungsab
schnitt 7a.
Wenn sich nun der Rotor 3 in Richtung des Pfeiles 16
dreht, dann passiert ein Flügel 8 zunächst die Pumpen
bohrung 12. Da Hydraulikflüssigkeit mit dem gleichen
Druck auch durch die Pumpenbohrung 13 zugeführt wird,
sieht sich der Flügel 8 auf beiden Seiten in Umlauf
richtung dem gleichen Druck ausgesetzt. Er kann also
unter der Kraft der Feder 9 radial ausfahren, ohne, daß
er durch hydraulische Drücke gegen den Rotor gepreßt
wird. Gegebenenfalls kann die Kraft der Feder 9 noch
durch nicht näher dargestellte hydraulische Drücke un
terstützt werden.
Sobald der Flügel 8 die zweite Pumpenbohrung 13 pas
siert hat, wird nur noch auf seiner Hochdruckseite Hy
draulikflüssigkeit zugeführt. Die Hochdruckseite ist
die in Bewegungsrichtung hintere Seite. Sobald der vor
laufende Pumpenflügel 8a die Tankbohrung 14 passiert
hat, fließt die Hydraulikflüssigkeit auf der Nieder
druckseite des Flügels 8 in die Tankbohrung ab. Es bil
det sich also eine Druckdifferenz zwischen den beiden
Seiten des Flügels 8 aus, die das notwendige Drehmoment
erzeugt, um den Rotor 3 anzutreiben.
Auch im folgenden Kommutierungsabschnitt 7a sieht sich
der Flügel 8 auf seinen beiden Seiten dem gleichen
Druck ausgesetzt, nämlich dem Tankdruck. Dementspre
chend wird er nicht durch eine Druckdifferenz der hy
draulischen Flüssigkeit belastet, wenn er unter der
Wirkung der Führungskontur 4 wieder in den Rotor 3 hin
eingeschoben wird.
Zwischen den einzelnen Flügeln sind Flügelzellen 17
gebildet. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß diese Flügel
zellen begrenzt werden durch den Rotor 3 und den Stator
2 (in Radialrichtung) und durch benachbarte Flügel 8,
8a in Umfangsrichtung. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß
für die Abdichtung der Flügelzellen 17 in Axialrichtung
an beiden axialen Stirnseiten von Rotor 3 und Stator 2
Seitenplattenanordnungen 18 vorgesehen sind. Diese Sei
tenplattenanordnungen 18 begrenzen die Flügelzellen 17
in Axialrichtung.
Die Seitenplattenanordnungen 18 bestehen aus einer In
nenplatte 19 und einer Außenplatte 20. Die beiden Sei
tenplattenanordnungen 18 und der Rotor 3 sind mit Hilfe
von Bolzen 21 aneinander befestigt, d. h. die Seiten
plattenanordnungen 18 rotieren gemeinsam mit dem Rotor
3 gegenüber dem Stator 2.
Da die Seitenplattenanordnungen 18 gemeinsam mit dem
Rotor 3 rotieren, können die Flügel 8 in Bezug auf die
Seitenplatten immer an der gleichen Stelle radial ein-
und auswärts bewegt werden. Eine Reibung in Umlaufrich
tung entsteht in Bereichen 22 zwischen der Innenplatte
19 und dem Stator 2. Um hier die notwendige Dichtigkeit
zu erzeugen, muß die Innenplatte 19 mit einer gewissen
Kraft gegen den Stator 2 gepreßt werden. Diese Kraft
wird mit Hilfe einer hydraulischen Drucktasche 23 er
zeugt, die über einen Kanal 24 mit der Flügelzelle 17
in Verbindung steht. Hierbei ist die Querschnittsfläche
der Drucktasche 23 in Axialrichtung größer als die
Querschnittsfläche der Flügelzelle 17 in die gleiche
Richtung. Dementsprechend ist die Kraft, die axial von
außen nach innen wirkt, größer als die Kraft, die axial
von innen nach außen wirkt. Die Innenplatte 19 wird
daher mit einer positiven Kraft gegen den Stator 2 ge
preßt.
Die Anpreßkraft entsteht allerdings nur dann, wenn sich
Hydraulikflüssigkeit unter Druck in der Flügelzelle 17
befindet. Nur dann ist eine Abdichtung aber auch not
wendig. Wenn sich die entsprechende Flügelzelle 17 in
einem Ruheabschnitt 5 befindet, wird zwar kein hydrau
lischer Anpreßdruck erzeugt. Dieser ist aber auch nicht
notwendig, weil keine Hydraulikflüssigkeit abgedichtet
werden muß.
Die Innenplatte 19 weist zumindest im Bereich 22 eine
Oberfläche mit einem reibungsvermindernden Kunststoff
auf, beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK). In vie
len Fällen wird es aber günstig sein, die gesamte In
nenplatte 19 mit dem Kunststoff zu überziehen oder sie
sogar aus diesem Kunststoff auszubilden, wobei Verstär
kungen aus rostfreiem Stahl vorgesehen sein können.
Die Außenplatte 20 ist aus einem stabileren Material
gebildet, beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Durch
diese Werkstoffkombination kann man auch Wasser als
Hydraulikflüssigkeit einsetzen.
Zwischen der Innenplatte 19 und der Außenplatte 20 ist
zumindest im Bereich der Drucktaschen 23 ein kleiner
Spalt 25 ausgebildet. Dieser Spalt 25 hat eine Dicke
von wenigen hundertstel bis ca. 3/10 mm. Er dient dazu,
etwaige Schieflagen der Außenplatte 20 gegenüber der
Innenplatte 19 zu kompensieren, d. h. zu verhindern, daß
durch eine möglicherweise auftretende Schieflage, wie
sie beispielsweise durch eine ungleichmäßige Belastung
der Außenplatte 20 hervorgerufen werden könnte, eine
entsprechend höhere Anpreßkraft der Innenplatte 19 an
den Stator 2 hervorgerufen werden könnte. Er erleich
tert auch die Montage. Die Bolzen 21 können mit einem
relativ großen Moment angezogen werden, das allerdings
nicht gleichmäßig sein muß, wobei das Risiko, daß es zu
einem Klemmen am Stator kommt, normalerweise relativ
klein ist.
Um diesen Spalt 25 abzudichten (und natürlich überhaupt
die Drucktasche 23 nach außen abzudichten), ist eine
Dichtung in Form eines Dichtrings 26 vorgesehen, der in
Form eines Rundschnurdichtringes oder O-Rings ausge
führt ist. Dieser liegt unter einer gewissen Vorspan
nung (Kompression) sowohl an der Innenplatte 19 als
auch an der Außenplatte 20 an. Hinzu kommt allerdings,
daß der Dichtring 26 nicht in seiner gesamten Länge an
der Innenplatte 19 anliegt. Es ist vielmehr eine Aus
nehmung 27 vorgesehen, in deren Bereich der Dichtring
26 einen kleinen Abstand von der Innenplatte 19 hat. In
dieser Ausnehmung 27 kann nun in die Druckkammer 23
eintretende Hydraulikflüssigkeit unter den Dichtring 26
gelangen. Die Hydraulikflüssigkeit kann sich dann ent
lang der Länge des Dichtrings 26 unter diesem fort
pflanzen und preßt damit den Dichtring 26 axial gegen
die Außenplatte 20. Hierdurch wird der wirksame Quer
schnitt der Drucktasche 23 vergrößert. Dies soll anhand
von Fig. 3 erläutert werden, die diese Funktionsweise
schematisch darstellt.
Fig. 3a zeigt die Ausgestaltung ohne Ausnehmung 27.
Hier könnte die Hydraulikflüssigkeit nur in Radialrich
tung auf den Dichtring 26 wirken, wie dies durch Pfeile
schematisch dargestellt ist. Zwar läßt sich auch da
durch eine Dichtigkeit erreichen, weil der Dichtring 26
hierdurch verformt wird und den Spalt 25 abdichtet. Für
eine Druckbeaufschlagung der Innenplatte 19 steht aber
im Grunde nur der Bereich innerhalb des Dichtrings 26
zur Verfügung.
Wenn, wie in Fig. 3b dargestellt, die Hydraulikflüssig
keit durch die Ausnehmung 27 auch unter den Dichtring
26 gelangen kann, dann preßt sie den Dichtring 26 auch
in Axialrichtung gegen die Platte 20, so daß aufgrund
des entsprechenden Gegendrucks auf die Innenplatte 19
eine größere Druckangriffsfläche zur Verfügung steht.
Außerdem wird die Dichtigkeit verbessert.
Alternativ dazu kann in nicht näher dargestellter Weise
die Abdichtung der Drucktasche 23 auch dadurch erfol
gen, daß jede Drucktasche eine Membran aufweist, die
einstückig mit der Innenplatte 19 ausgebildet ist. Die
se Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn die Innenplatte 19 einen Kunststoffüberzug auf
weist. In diesem Fall kann die Membran zusammen mit dem
Kunststoffüberzug hergestellt werden.
Fig. 5 zeigt die Seite der Innenplatte 19, auf der die
Drucktaschen 23 angeordnet sind. Fig. 6 zeigt die ge
genüberliegende Seite der Innenplatte 19.
Aus Fig. 2 und Fig. 6 läßt sich erkennen, daß die In
nenplatte 19 im Bereich der Flügelzellen 17 Taschen 28
aufweist. Mit Hilfe dieser Taschen läßt sich ein
Gleichgewicht zwischen den hydraulischen Kräften auf
der axialen Innenseite und der axialen Außenseite der
Innenplatten 19 erzielen. Dies ist insbesondere in den
Kommutierungsbereichen 7, 7a wichtig, weil sich der
Querschnitt der Flügelzellen 17 hier verändert. Mit
Hilfe der Taschen 28 läßt sich jedoch eine konstante
Druckfläche zur Verfügung stellen.
Auf der in Fig. 6 dargestellten Innenseite der Innen
platte 19 ist ein Kanal 29 vorgesehen, der den Flügel
zellen, genauer gesagt den Drucktaschen 28, eng benach
bart folgt. Darüber hinaus umgibt er auch den Bewe
gungsbereich der Flügel 8, der hier durch eine Radial
nut 30 dargestellt ist. Diese Radialnut 30 kann unter
anderem auch dazu verwendet werden, Hydraulikflüssig
keit zur Basis 31 der Flügel 8 zu transportieren, um
den hydraulischen Druck nach außen zu verstärken. Dar
über hinaus kann diese Radialnut 30 auch für eine hy
draulische Entlastung der Flügel 8 bei Bewegung in Ra
dialrichtung verwendet werden, was zu einer Reibungs
verminderung führt.
Der Sinn des Kanals 29 liegt darin, daß er Hydraulik
flüssigkeit, die trotz aller Dichtungsbemühungen zwi
schen Rotor und Seitenplattenanordnungen 18 nach innen
(in Radialrichtung) vordringt, abführt. Hierdurch erhält
man in dem Bereich radial innerhalb des Kanals 29
einen Raum, der nicht von dem Druck der Hydraulikflüs
sigkeit beaufschlagt wird. Dementsprechend kann man die
Bolzen 21 so klein halten, daß sie zwischen die einzel
nen Flügelzellen 8 passen.
Wenn die Innenplatte 19 einen Kunststoffüberzug auf
weist oder aus Kunststoff gebildet ist, dann kann man
sämtliche Kanäle, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt
sind, beim Gießen der Platte einfach durch Ausbilden
einer entsprechenden negativen Gußform erzeugen.
Claims (13)
1. Hydraulische Flügelzellenmaschine mit einem Rotor,
der mehrere radial bewegbare Flügel aufweist, mit
einem Stator, der eine Statorbohrung aufweist, in
der der Rotor drehbar angeordnet ist und deren In
nenwand als Führungskontur ausgebildet ist, an der
die Flügel anliegen, und mit je einer Seitenplatten
anordnung an den axialen Stirnseiten von Rotor und
Stator, die zusammen mit dem Rotor, den Flügeln und
dem Stator Flügelzellen begrenzen, wobei die Sei
tenplattenanordnungen am Rotor befestigt sind und
gemeinsam mit ihm relativ zum Stator rotieren, da
durch gekennzeichnet, daß jede Seitenplattenanord
nung (18) eine Innenplatte (19) und eine Außenplat
te (20) aufweist, wobei zwischen Innen- und Außen
platte (19, 20) eine hydraulische Drucktaschenan
ordnung (23) ausgebildet ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drucktaschenanordnung für jede Flügelzelle
(17) mindestens eine Drucktasche (23) aufweist, die
mit der Flügelzelle (17) verbunden ist.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drucktasche (23) in Axialrichtung eine grö
ßere Druckfläche als die Flügelzelle (17) aufweist.
4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß jede Drucktasche (23) eine Dichtung
(26) aufweist.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtung (26) durch einen Dichtring gebil
det ist, der unter Vorspannung zwischen Innen- und
Außenplatte (19, 20) in der Drucktasche (23) ange
ordnet ist.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenplatte (19) eine Ausnehmung (27) auf
weist, in deren Bereich der Dichtring (26) in
Axialrichtung nicht an ihr anliegt.
7. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtung auch durch eine Membran gebildet
ist, die mit der Innenplatte verbunden ist.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Drucktaschen
(23) ein kleiner Spalt (25) zwischen Innenplatte
(19) und Außenplatte (20) ausgebildet ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Innenplatte (19) zumindest
auf ihrem am Stator (2) anliegenden Bereich (22)
mit einem reibungsvermindernden Kunststoff versehen
ist.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Innenplatte (19)
und dem Rotor (3) ein mit einem Niederdruckanschluß
(32) verbundener Kanal (29) vorgesehen ist, der be
nachbart zu den Flügelzellen (17) und zu den Bewe
gungsbereichen der Flügel (8) verläuft.
11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zu- und Abfluß von Hydrau
likflüssigkeit aus radialer Richtung erfolgt.
12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß Versorgungsanschlüsse (12-15) für den Zu- und
den Abfluß in der Führungskontur (4) angeordnet
sind.
13. Maschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Führungskontur Arbeits- und Ruhe
abschnitte (5, 6) aufweist, zwischen denen Kommu
tierungsabschnitte (7, 7a) angeordnet sind, wobei
am Beginn und am Ende jedes Kommutierungsabschnitts
(7, 7a) je ein Versorgungsanschluß (12, 13; 14, 15)
mit demselben Druck angeordnet ist.
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