DE19749060A1 - Hydraulische Verdrängermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Verdrängermaschine mit einem in einem Gehäuse gelagerten Rotor, der mindestens einen in einer mit elektrorheologischer/magnetorheologischer Flüssig­ keit gefüllten Kammer des Gehäuses ragenden Drehkolben auf­ weist, wobei der Drehkolben mindestens einen Drehkolbenflügel aufweist, mit über den Umfang der beiden Stirnwände verteilten einzeln elektrisch ansteuerbaren Kondensatorplattensegmente und/oder einzeln elektrisch ansteuerbaren Spulenanordnungen, wobei durch deren Feldbeaufschlagung und der Beeinflussung der dazwischen befindlichen elektrorheologischen/magnetorheologi­ schen Flüssigkeit gebildeten Trennabschnitte einerseits und durch den mindestens einen Drehkolbenflügel andererseits die Saug- und Druckseite gebildet wird.

Eine nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Flüssigkeitspumpe oder Flüssigkeitsmotor ist aus der DE 40 03 298 bekannt. Diese hydraulische Verdrängermaschine weist einen Rotor auf, der in einem Gehäuse gelagert ist. Ein mit dem Rotor verbundener Flü­ gel läuft in einer Kammer des Gehäuses um. An den Stirnflächen der Kammer sind Kondensatorplattensegmente angeordnet, die einzeln elektrisch ansteuerbar sind. Die Kammer ist mit elek­ troviskoser Flüssigkeit gefüllt. Durch Anlegen elektrischer Spannung an die Kondensatorplattensegmente wird innerhalb der Kammer eine Absperrung gebildet, so daß zwischen dem Flügel und der Absperrung die Saug- und die Druckseite der Pumpe gebildet wird. Um die Pump- und Saugwirkung aufrechtzuerhalten, läuft die elektrische Erregung der Kondensatorplattensegmente ent­ sprechend der Drehbewegung des Flügels um.

Elektrorheologische Flüssigkeiten bzw. magnetorheologische Flüssigkeiten sind Flüssigkeiten, bei denen die rheologischen Eigenschaften stufenlos über das elektrische bzw. magnetische Feld steuerbar sind. In der Regel handelt es-sich bei elektro­ rheologischen Flüssigkeiten bzw. magnetorheologischen Flüssig­ keiten um Suspensionen, d. h. in einem Trägermedium suspendier­ te Festpartikel, die über das elektrische bzw. magnetische Feld polarisierbar sind. Durch die Verwendung elektroviskoser Flüs­ sigkeiten bzw. magnetorheologischer Flüssigkeiten ist es mög­ lich geworden, Aktoren ohne bewegte Teile auszuführen bzw. die Anzahl der bewegten Teile erheblich zu verringern. Weiterhin bekannt ist der Einsatz bei Hydraulikventilen, Hydraulikzylin­ dern, Vibratoren, Viskositätskupplungen, Stoßdämpfern oder Motorlagern (Übersichtsartikel "Applications of the electro­ rheological Effect in Engineering practice", Fluid Mechanics Soviet Research, Vol. 8, No. 4, July-August 1979).

Energiewandler von elektrorheologischen Flüssigkeitsaktoren besitzen Elektrodenanordnungen, zwischen denen sich die elek­ trorheologische Flüssigkeit befindet und an welche die elek­ trische Steuerspannung gelegt wird. Die Wechselwirkung zwischen der Elektrodenanordnung und der elektrorheologischen Flüssig­ keit kann abhängig von der Art der Flüssigkeitsdeformation nach drei grundsätzlichen Moden unterschieden werden, dem Shearmode (Elektroden verschieben sich relativ zueinander in parallelen Ebenen), dem Flowmode (Elektroden sind fest angeordnet, die Flüssigkeit strömt zwischen den Elektroden hindurch) und dem Squeezemode (Elektroden verändern ihren Abstand zueinander). Diese Moden können auch in Kombination auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydraulische Verdrängermaschine der eingangs genannten Gattung derart wei­ terzubilden, daß bei gleichen baulichen Abmessungen der Ver­ drängermaschine höhere Drücke, größere Durchflüsse und eine höhere Leistungsdichte realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß minde­ stens ein Paar einander gegenüberliegender Kondensatorplatten­ segmente und/oder Spulenanordnungen aufeinander zu bewegbar ausgebildet sind.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung werden zunächst die Kondensatorplattensegmente und/oder Spulenanordnungen derart angesteuert, daß sich die elektrorheologische Flüssigkeit in diesem Bereich verfestigt und die Verschiebung der elektrorheo­ logischen Flüssigkeit durch die Drehkolbenflügel im Flow-Mode abgesperrt wird. Bei dieser Verfestigung richten sich die Fest­ partikel zu Ketten aus. Die verfestigten Stellen verhalten sich wie elastische Festkörper. Zur Erhöhung des Druckes in der Druckmittelkammer sind die Kondensatorplattensegmente aufein­ anderzu bewegbar ausgebildet. Das Volumen in der Druckmittel­ kammer wird verkleinert, die elektrorheologische Flüssigkeit wird nun zusätzlich in den Squeeze-Mode übergeführt. Zwischen den sich zu Ketten ausgerichteten Festpartikel wirken nun durch die Verschiebung der Kondensatorplattensegmente elektrostati­ sche Gegenkräfte. Gegenüber dem Flow-Mode kann daher bei einem verfestigten elektrorheologischen Flüssigkeitspfropfen als Absperrung im flow-mode und Squeeze-Mode ein zehnfach höherer Druck aufgebaut werden, bevor der Flüssigkeitspfropfen aufgrund des Druckes weitergeschoben wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sieht vor, daß der Drehkolben sechs Drehkolbenflügel aufweist, wobei zwi­ schen den Drehkolbenflügeln und der kreisförmigen Gehäusekammer sechs Druckmittelräume gebildet werden, die jeweils mit einer Saug- und einer Druckleitung in Verbindung stehen und wobei jedem Druckmittelraum ein Paar gegenüberliegende Kondensator­ plattensegmente zugeordnet sind. Hierdurch können zum einen die Paare von Kondensatorplattensegmente unterschiedlich angesteu­ ert werden, zum anderen die einzelnen Saug- und Druckleitungen der Druckmittelräume in Reihe oder parallel geschaltet werden. Es können unterschiedliche Durchflüsse bzw. Drücke (je nach Schaltung der Druckmittelleitungen) realisiert werden. Somit kann beispielsweise bei einem niedrigen Druck der maximale Durchfluß erreicht werden(Parallelschaltung), oder auch ein hoher Druck bei einem minimalen Durchfluß (Reihenschaltung). Durch zu- und abschalten der Kondensatorplattensegmente kann der Durchfluß zu einer Impulsdurchflußregelung gesteuert wer­ den.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:

Fig. 1 Eine hydraulische Verdrängermaschine in einer Aus­ führung als Flügelpumpe in einem Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Verdrängermaschine 1 wird nachste­ hend bei Pumpenbetrieb erläutert. In einem zylindrischen Gehäu­ se 2 ist ein Rotor 3 um die Achse A drehbar gelagert. Der Rotor 3 ist mit einem im wesentlichen scheibenförmigen Drehkolben 4 verbunden, der gleichmäßig über den Umfang verteilt radiale Vorsprünge aufweist, die als Drehkolbenflügel 5 wirken. Der Drehkolben 4 läuft bei Rotation des Rotors 3, der vorzugsweise über einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird, in einer im zylindrischen Gehäuse 2 ausgebildeten Ringkammer 6 um. Wie in der Fig. 2 ersichtlich, weist die bei dem Ausführungsbei­ spiel dargestellte Verdrängermaschine 1 sechs Drehkolbenflügel 5 auf. Zwischen dem zylindrischen Gehäuse 2 und Drehkolben 4 werden somit sechs Druckmittelräume 7 gebildet.

Die Ringkammer ist an ihren einander gegenüberliegenden Stirn­ wänden 8 jeweils mit sechs streifenförmigen radial sich er­ streckenden Kondensatorplattensegmenten 9 versehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt jede Stirnwand 8 gegeneinander und gegen das Gehäuse elektrisch isolierte Kon­ densatorplattensegmente 9, die über elektrische Leitungen 10 mit einer elektrischen Steuereinrichtung verbunden sind. Dies ist nur schematisch dargestellt.

Die Kondensatorplattensegmente 9 sind aufeinander zu bewegbar angeordnet, so daß eine Verringerung des Volumens der Druck­ mittelräume 7 und somit Erhöhung des Druckes erreicht werden kann. Die Bewegung der Kondensatorplattensegmente 9 wird über schematisch dargestellte Aktoren 20 eingeleitet. Die Bewegung ist durch die Pfeile B angedeutet. Die Aktoren 20 können bei­ spielsweise piezoelektrisch, magnetisch, hydraulisch oder ma­ gnetostriktiv ansteuerbar ausgeführt sein. Vorzugsweise wird über die Aktoren eine Schwingbewegung eingeleitet. Die Ansteue­ rung ist in den Zeichnungen nicht näher dargestellt.

Eine Saugleitung 11 führt von einem Flüssigkeitsvorratsbehälter durch das Gehäuse 2 zu einer Ringnut 12, aus der ein Kanal 13 im Rotor zu jeweils einer Mündung 14 an der Rückseite jedes Drehkolbenflügels führt. Von der Vorderseite (in Umdrehungs­ richtung gesehen) jedes Drehkolbenflügels führt jeweils ein Kanal 15 durch den Rotor zu einer Ringnut 16, von der eine Flüssigkeitsableitung durch das Gehäuse 2 zu einem Verbraucher führt. Bei dem in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind die Druckmittelleitungen in Reihe geschal­ tet, wodurch ein maximaler Druck bei einem niedrigen Durchfluß realisiert werden kann.

In den Druckmittelräumen 7 befindet sich eine elektrorheologi­ sche Flüssigkeit. Wenn über die Steuereinrichtung die Paare voneinander gegenüberliegenden Kondensatorplattensegmenten 9 eine elektrische Spannung erhalten, erstarrt die elektrorheolo­ gische Flüssigkeit zwischen diesen gegenüberliegenden streifen­ förmigen Kondensatorplattensegmenten 9, so daß die Druckmittel­ räume 7 in diesem Umfangsbereich abgedichtet werden. Bei einer Drehung des Drehkolbens 4 und der daran ausgebildeten Drehkol­ benflügel 5 in Richtung des Pfeils 17, werden bei einer elek­ trischen Ansteuerung der Kondensatorplattensegmente 9 jeweils die Druckmittelräume 7 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dreh­ kolbenflügel 5 in zwei voneinander abgedichtete Volumenverän­ derliche Arbeitskammern unterteilt. Die sich bewegenden Dreh­ kolbenflügel 5 saugen somit an ihren Rückseiten Flüssigkeit aus der Saugleitung 11 an und verdichten an ihren Vorderseiten die Flüssigkeit, die durch die Kanäle 15, die Ringnut 16 und die Flüssigkeitsableitung zum Verbraucher gedrückt wird.

Gleichzeitig leiten die Aktoren eine Schwingungsbewegung auf die Kondensatorplattensegmente 9 ein, wodurch die elektrorheo­ logische Flüssigkeit zusätzlich in den squeeze mode übergeführt wird.

Je nach benötigtem Druck können nun Paare von Kondensatorplat­ tensegmente 9 zu bzw. abgeschaltet werden.

Die Drehkolbenflügel 5 weisen in ihren den Stirnwänden 8 der Ringkammer 6 zugekehrten Flächen 18 hydrostatische Lager 19 auf, deren Lagertaschen jeweils über eine hydraulische Drossel mit der Druckseite verbunden sind. Die hydrostatischen Lager 19 bewirken eine gute hydraulische Zentrierung der Drehkolbenflü­ gelflügel zwischen den beiden Seitenwänden der Ringkammer 6.

Anstelle der Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit kann auch eine magnetorheologische Flüssigkeit oder ein Gemisch beider Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Bei der Verwendung von magnetorheologischen Flüssigkeiten wer­ den anstelle der Kondensatorplattensegmente 9 elektrisch an­ steuerbare Spulenanordnungen vorgesehen.

Claims (2)

1. Hydraulische Verdrängermaschine mit einem in einem Gehäuse gelagerten Rotor, der mindestens einen in einer mit elek­ trorheologischer/magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Kammer des Gehäuses ragenden Drehkolben aufweist, wobei der Drehkolben mindestens einen Drehkolbenflügel aufweist, mit über den Umfang der beiden Stirnwände verteilten einzeln elektrisch ansteuerbaren Kondensatorplattensegmente und/oder einzeln elektrisch ansteuerbaren Spulenanordnungen, wobei durch deren Feldbeaufschlagung und der Beeinflussung der dazwischen befindlichen elektrorheologischen/magneto­ rheologischen Flüssigkeit gebildeten Trennabschnitte einer­ seits und durch den mindestens einen Drehkolbenflügel ande­ rerseits die Saug- und Druckseite gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Paar einander gegenüber­ liegende Kondensatorplattensegmente (9) und/oder Spulen­ anordnungen aufeinanderzu bewegbar ausgebildet sind.

2. Hydraulische Verdrängermaschine gemäß Patentanspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (4) sechs Dreh­ kolbenflügel (5) aufweist und zwischen den Drehkolbenflü­ geln (5) und der Ringkammer (6) im Gehäuse (2) sechs Druck­ mittelräume (7) gebildet werden, die jeweils mit einer Saug- und einer Druckleitung (11, 12, 13, 14, 15, 16) in Ver­ bindung stehen.