DE202005005348U1 - Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment - Google Patents

Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment, bestehend aus einem Stator und einem Rotor, die zueinander drehbar gelagert sind, jedoch in axialer Richtung keine relative Bewegung zueinander ausführen können, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator 1 und der Rotor 3 über eine gemeinsame zylindrische Kontaktfläche 2 verfügen und der Stator 1 mindestens einen umlaufenden, über mehr als 360° gehenden Kanal 4 auf dieser zylindrischen Kontaktfläche 2 aufweist, wobei der Kanal 4 einen beliebigen konstanten Querschnitt 5 aufweist, mit einem Druckmedium 7 ausgefüllt ist und über mindestens einen Durchlass 6 für die Zu- und Abfuhr des Druckmediums 7 nach außen verfügt, welcher Durchlass 6 sich vorzugsweise an einem Ende des Kanals 4 befindet, wobei sich zusätzlich ein Umlaufkolben 8 innerhalb des Kanals 4 befindet, welcher Umlaufkolben 8 entlang des Kanals 4 frei beweglich ist, das Durchdringen des durch ihn begrenzten Druckmediums 7 in den gegenüberliegenden Volumen innerhalb desselben Kanals 4 teilweise...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in eine Drehbewegung, bzw. Drehmoment, und umgekehrt zum Wandeln eines Drehmoments in einen Druck.
  • Eine häufige Aufgabenstellung bei Kraftmaschinen ist die Umwandlung eines durch ein Fluid erzeugten Drucks in eine Bewegung, beispielsweise eine Drehbewegung. Üblicherweise erfordert diese Aufgabe einen zusätzlichen mechanischen Aufwand wie Übersetzungs-getriebe, Richtungswandler, Kupplungen usw. Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die bei einfachem Aufbau eine direkte Umwandlung des Drucks eines Druckmediums in eine Drehbewegung, wie auch die Umwandlung eines Drehmoments in einen Druck bewirkt, wobei die zusätzliche Möglichkeit gegeben ist, Umdrehungen weit über 360° zu erlauben.
  • Es ist eine ähnliche Vorrichtung aus der Patentschrift DE 3420557 bekannt, bei der ein sich im Gehäuse um eine Achse beweglichen Mitnehmerhebel einen im Kreisbogen gebogenen Federbalg zusammenstaucht, welcher Federbalg mit hydraulischer Flüssigkeit voll ist, die beim Stauchen über einen Kanal in eine getrennte Kammer einfließt und die dort befindliche Gasfeder staucht. Ein Nachteil dieser Federvorrichtung ist, dass nur eine begrenzte Drehbewegung ausgeführt werden kann und so zum Speichern der mechanischen Energie mehrerer Umdrehungen in Druckenergie ein Getriebe vorgeschaltet werden sollte. Außerdem ist die Federvorrichtung in dieser Ausführung als Stellmotor in beiden Drehrichtungen nicht einsetzbar.
  • Es ist eine weitere Erfindung aus der Patentschrift US 3995536 bekannt, die anstatt eines Federbalgs zwei getrennte ringförmige Kammern ausweist, die durch eine gehäuseseitige Trennwand und beiden Seiten von einem ringförmigen Kolben begrenzt sind, welcher Kolben beim Ausüben eines hydraulischen Drucks in einer der Kammern sich in der entsprechenden Richtung bewegt und somit eine über einen Hebel verbundene Welle verdreht. Nachteil dieser Ausführung ist wieder der begrenzte Umfang der Verdrehung, die weit unter 360° bleibt.
  • Es sind weitere Vorrichtungen nach dem Drehflügelprinzip bekannt, bei denen der Betriebsdruck eines Druckmediums direkt und spielfrei in ein Drehmoment, bzw. eine Drehbewegung umgesetzt wird. Eine solche Vorrichtung ist aus der Patentschrift DE 20307106 bekannt. Dabei setzt sich diese Vorrichtung aus einem Gehäuse zusammen, das in einem inneren zylindrischen Arbeitsraum Trennwände aufweist und in welchem Gehäuse sich zusätzlich ein Rotor befindet, der über weitere Rotorflügel verfügt, die beim Verdrehen das sich in dem Arbeitsraum befindliche Druckmedium verdrängen. Nachteilig ist wie bei den anderen Vorrichtungen die begrenzte Freiheit der Verdrehung, die bei steigender Anzahl der Drehflügeln weiter abnimmt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine alternative Vorrichtung zu schaffen, die sich durch vergleichsweise einfachen Aufbau auszeichnet, diese Nachteile beseitigt und es erlaubt, mehrere Umdrehungen eines Rotors direkt in hydraulischen Druck umzuwandeln, oder umgekehrt einen hydraulischen Druck direkt in mehreren Umdrehungen eines Rotors umzuwandeln.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die Erfindung besteht aus einem gehäuseseitigem Stator und einem Rotor, die eine gemeinsame zylindrische Kontaktfläche aufweisen und von beiden Seiten zusätzlich mit Flanschen begrenzt werden können, welcher Stator mindestens einen gewindeförmigen Kanal auf die mit dein Rotor kontaktierende zylindrische Fläche aufweist, welcher Kanal einen beliebigen gleichbleibenden Querschnitt besitzt. Jeder Kanal verfügt an einem Ende über weitere Durchlässe, die auch zusammengeführt werden können, über welche das Druckmedium von dein jeweiligen Kanal nach außen weitergeleitet wird, und wird von einem Umlaufkolben vollständig geschlossen, welcher Umlaufkolben den gleichen Querschnitt wie vom gewindeförmigen Kanal aufweist und seinerseits über eine formschlüssige Verbindung mit dem Rotor verfügt, die es dem Umlaufkolben erlaubt, sich beim Verdrehen des Rotors entlang des Kanals frei zu bewegen und gleichzeitig in tangentialer Richtung eine Kraft auf den Rotor zu übertragen. So wird die Möglichkeit geschaffen, bei Zufuhr von Druckmedium durch die Durchlässe eine Drehbewegung zu realisieren und umgekehrt. Dabei ist es noch möglich, den Rotor sowohl auf die Innen-, als auch auf die Außenseite des Stators zu positionieren, u.z. bei allen beschriebenen Ausführungsformen, was natürlich weitere konstruktive Auswirkungen auf die Position der Kanäle und Durchlässe mit sich bringt.
  • Vorteilhaft ist ferner eine Ausgestaltung nach Anspruch 2. So ist es möglich durch ein Drehmoment in einer beliebigen Drehrichtung Druckmedium durch die Durchlässe zu fördern. Kombiniert mit Anspruch 4 kann die Vorrichtung als Stellantrieb in beiden Drehrichtungen funktionieren und durch die kontrollierte Zufuhr und Abfuhr von Druckmedium durch beide Enden jedes Kanals ein Drehmoment am Rotor in beiden Drehrichtungen liefern. Um ein unzulässiges Austreten des Druckmediums zu vermeiden oder eine Steuerung der Durchflussvorgänge zu ermöglichen, empfiehlt sich eine Ausgestaltung der Durchlässe nach Anspruch 3.
  • Damit die Vorrichtung auch als Feder oder Dämpfer in mindestens einer Drehrichtung arbeiten kann, empfiehlt sich eine Ausführung nach Anspruch 5. Die Dämpferwirkung ergibt sich aus der konstruktiven Ausführung der Durchlässe oder durch Einbau von zusätzlichen Ventilen. Die Federwirkung kann dabei in weiten Grenzen über den Druck des Gases beeinflusst werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung geht aus Anspruch 6 hervor. Damit ist man in der Lage, die Federkennlinie der Vorrichtung dynamisch zu steuern und an weitere Einsatzbereiche anzupassen.
  • Eine weitere Variante empfiehlt sich nach Anspruch 7. Dabei kann man auf eine Gasfeder verzichten, da die elastischen Körper die Rolle des Gases als Speicher und Widerstand übernehmen.
  • Wenn eine zusätzliche lineare Bewegung des Rotors verlangt wird, kann man die Vorrichtung nach Anspruch 8 ausführen. So werden gleichzeitig ein Drehmoment induziert und eine von der Steigung des Gewindekanals abhängige Linearbewegung.
  • Um die Vorrichtung an komplexere technische Aufgaben anzupassen, bietet sich eine Ausführung nach Anspruch 9, indem man die Eigenschaften der Vorrichtung in sinnvoller Weise miteinander kombiniert.
  • Anhand der Zeichnungen werden einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erleutert. Es zeigt:
  • 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die beispielsweise über einen gewindeförmigen Kanal verfügt und den Rotor auf der Innenseite des Stators hat.
  • 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die beispielsweise über zwei gewindeförmige Kanäle verfügt und den Rotor auf der Außenseite des Stators hat.
  • 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die als Stellantrieb in beiden Drehrichtungen arbeiten kann und von beiden Seiten des Umlaufkolbens mit Druck beaufschlagt werden kann. Es wird eine Zweikanalausführung dargestellt, bei der der Rotor zusätzlich auf der Innenseite des Stators aufgebracht wird. Die druckerzeugenden Vorrichtungen sind nicht dargestellt.
  • 4 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die als Federvorrichtung in beiden Drehrichtungen ausgeführt ist und als Energiespeicher Gasfedern besitzt.
  • 5 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die als Federvorrichtung in beiden Drehrichtungen ausgeführt ist und eine alternative Ausführung der Gasfedern besitzt.
  • 6 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die als Federvorrichtung in beiden Drehrichtungen ausgeführt ist und über eine dynamische Steuerung der Federungskennlinie, bzw. Federsteifigkeit, verfügt.
  • 7 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die anstatt von Gasfedern über elastische Körper innerhalb oder angrenzend an das Druckmedium verfügt und so eventuelle Dichtigkeitsprobleme beim Einsatz des Gases beseitigt.
  • 8 eine alternative Variante der elastischen Elemente der Vorrichtung von 7.
  • 9 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die anstatt von Gasfedern über Konventionelle Federn verfügt, die von dem Druckmedium durch einen beweglichen Kolben getrennt werden.
  • 10 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung, die zusätzlich eine mit der Drehung gekoppelte lineare Verstellbewegung ausführen kann.
  • 11 einen Längsshnitt durch die Vorrichtung, deren Rotor zusätzliche Gewindeerhebungen aufweist.
  • 12 eine Kombination von zwei Vorrichtungen, die ein Drehmoment modulieren.
  • 13 eine Kombination von zwei Vorrichtungen, die einen Druck modulieren.
  • 14 eine Kombination der Vorrichtung mit einem Hydraulikzylinder.
  • Das Funktionsprinzip der Vorrichtung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.
  • Gemäß der Zeichnung besitzt die Grundform der Vorrichtung einen Stator 1, der eine gemeinsame zylindrische Kontaktfläche 2 mit einem Rotor 3 hat. Dabei kann der Rotor 3 sowohl auf der inneren, als auch auf der äußeren Seite des Stators 1 positioniert werden. Der Stator 1 verfügt auf der gemeinsamen Kontaktfläche 2 über mindestens einen umlaufenden, über mehr als eine Windung gehenden Kanal 4, der beispielsweise in seiner Normalform gewindeförmig ausgeführt ist und einen Trapezquerschnitt 5 hat, aber auch über einen beliebigen gleichbleibenden Querschnitt verfügen kann. An einem Ende ist jeder Kanal 4 mit einem Durchlass 6 versehen, der das Druckmedium 7 in dem Kanal 4 nach außen führt. Innerhalb jedes Kanals 4 befindet sich ein Umlaufkolben 8, der entlang des Kanals 4 frei beweglich ist und das Durchdringen des durch ihn begrenzten Druckmediums 7 in den gegenüberliegenden Volumen verbietet. Jeder Umlaufkolben 8 verfügt über mindestens eine zusätzliche formschlüssige Verbindung 10 mit dem Rotor 3, die beispielsweise als eine Art Keilwellenverbindung 10 ausgeführt ist, die es ihm erlaubt, eine Querkraft auf den Rotor 3 zu übertragen, jedoch in axialer Richtung demgegenüber beweglich zu bleiben. Zusätzlich wird der Rotor 3 durch mindestens einen Flansch 11 oder eine alternative Vorrichtung, die nicht dargestellt ist, in seiner Position gehalten, welcher Flansch 11 beispielsweise an dem Stator 1 angeschraubt ist. Auf diese Weise ist es möglich, beim Verdrehen des Rotors 3 eine Tangentialkraft 13 über die formschlüssige Verbindung 10 auf den Umlaufkolben 8 zu übertragen und eine Bewegung des Umlaufkolbens 8 entlang des Kanals 4 zu erzwingen. Auf diese Weise wird das Druckmedium 7 verdrängt und es wird Druck aufgebaut. Die Wandlung eines Drucks in einem Drehmoment funktioniert auf die umgekehrte Art und Weise. Wenn eine Pumpe oder eine vergleichbare druckmediumfördernde Vorrichtung Druckmedium 7 über die Durchlässe 6 in die Kanäle 4 fördert, werden die einzelnen Umlaufkolben 8 angetrieben und über die formschlüssigen Verbindungen ein Moment, bzw. eine Drehbewegung an dem Rotor 3 erzeugt. (s. 1 und 2)
  • Die Ausführung der Kanäle 4 als eine irreguläre Windungsform oder mit sich ändernder Querschnitt erfordert zusätzlich eine Anpassung des Umlaufkolbens 8 in jeder Position zu der Kanalgeometrie, so dass seine primäre Funktion der Dichtung nicht verloren geht. Mögliche Aushilfe wäre die Ausführung des Umlaufkolbens 8 als elastisches Element, der sich weitgehend an die Geometrie anpasst. Auf diese und weitere Möglichkeiten wird jedoch nicht näher eingegangen.
  • Wenn man beide Enden jedes Kanals 4 mit Durchlässen 6 versieht und die Kanäle 4 durch die Umlaufkolben 8 in zwei Arbeitsräumen 14 teilt, beispielsweise genannt linker und rechter Arbeitsraum, kann man die Vorrichtung als Stellantrieb oder druckmediumfördernde Vorrichtung in beiden Drehrichtungen einsetzen. (s. 3) Im Falle eines Stellantriebs ergibt sich über die Druckdifferenz der einzelnen Arbeitsräume 14 und abhängig von der Querschnittsfläche des Kanals 4 eine resultierende Tangentialkraft 13, die, multipliziert mit der Anzahl der Kanäle, dem Kosinus des Steigungswinkels und dem wirkenden Hebelarm, ein Drehmoment 27 auf den Rotor ergibt: M=n.Δp.A.r.cos(α)mit:
    n – Anzahl von Kanälen 4 mit Umlaufkolben 8
    Δp – Druckdifferenz der Arbeitsräume 14
    A – Querschnittsfläche eines Kanals 4
    r – Hebelarm von der Drehachse bis zum Angriffspunkt der Druckkraft
    α – Steigungswinkel des gewindeförmigen Kanals
  • Figure 00050001
  • Diese Formel beschreibt den allgemeinen Zusammenhang zwischen Druck, konstruktiver Aushführung der Vorrichtung und das Drehmoment 27 am Rotor in einem idealisierten Zustand. Um das Drehmoment 27 zu erhöhen, könnte man beispielsweise die Anzahl der Kanäle 4 steigern, eine größere Querschnittsfläche der Kanäle 4 wählen, den Durchmesser der gemeinsamen Kontaktfläche 2 vergrößern, eine größere Druckdifferenz erzeugen oder mehrere der beschriebenen Maßnahmen in sinnvoller Weise kombinieren.
  • Es existiert ferner die Möglichkeit, unterschiedliche Drücke innerhalb der einzelnen Kanäle 4 wirken zu lassen. So könnte man einige der Kanäle beim Betrieb selektiv ein- und ausschalten und so eine zeitliche Abhängigkeit des Drehmoments von der Anzahl der aktiven Kanäle 4 zu realisieren.
  • Ein weiterer Vorteil der Mehrkanalausführung ist die Neutralisierung der Querkräfte auf dein Rotor, da sie symmetrisch um die Achse wirken.
  • Es ist auch möglich, die Durchlässe 6 als Steuerventile auszuführen, die den Durchfluss des Druckmediums freigeben oder sperren können.
  • Bei der Ausführung als Federvorrichtung in mindestens einer Drehrichtung verbindet man die Arbeitsräume 14 der Kanäle 4 mit separaten Kammern 17, die ein Teil der Vorrichtung oder auch zusätzliche Vorrichtungen sein können. Jede der Kammern 17 verfügt über Gasfedern 18 als elastische Elemente. So resultiert, wie schon beschrieben, eine Verdrehung des Rotors 3 aufgrund eines wirkenden Drehmoments in einer beliebigen Drehrichtung in einer Verdrängung des Druckmediums 7 in den jeweiligen Kanälen 4, die über die zugehörigen Durchlässe 6 das Druckmedium 7 in die einzelnen Kammern 17 leiten. Der aufgebaute Druck in den entsprechenden Kammern 17 verdichtet das Gas über speziell vorgesehene Kontaktelemente, die beispielsweise als beweglicher Kolben 24 oder als das Gas umschließende Membran 25 ausgeführt werden können. (s. 4 und 5)
  • Bei vorverdichtetem Gas in den Gasfedern 18 herrscht ein definierter Druck innerhalb der Kanäle 4, was dazu führt, dass sich der Rotor 3 erst beim Überschreiten eines auf ihn ausgeübten Mindestdrehmoments eine Drehbewegung ausführen kann.
  • Die Dämpferwirkung wird durch geeignete konstruktive Ausführung der Durchlässe 6, durch Einbau von zusätzlichen Drosselklappen oder vergleichbaren Vorrichtungen erreicht, auf die nicht näher eingegangen wird. Die Dämpferwirkung kann zusätzlich durch Einbau von Durchlassöffnungen innerhalb des Umlaufkolbens 8 erreicht werden, indem ein Überströmen des Druckmediums 7 zwischen den Arbeitsräumen 14 gewährleistet wird, wenn also keine 100% Dichtheit des Umlaufkolbens 8 gegeben ist.
  • Eine noch größere Flexibilität besitzt die Federvorrichtung bei dynamischer Steuerung des Drucks innerhalb der Gasfedern 18. Wenn ein Kompressor 20 oder eine alternative Vorrichtung zum Erzeugen oder Speichern von Druck an die Gasfedern 18 über ein geeignetes System von Leitungen 19, Ventilen 21, Steuerungs- und Überwachungselektronik (nicht dargestellt) angeschlossen wird, wird es möglich, die Federkennlinie dynamisch an die Bedingungen anzupassen. (s. 6)
  • Als Energiespeicher in einer Federvorrichtung sind auch elastische Körper 22 denkbar, wobei sie die Rolle der Gasfedern 18 übernehmen können. Beim Verdrängen des Druckmediums 7 in die zusätzlichen Kammern 17 werden die elastischen Körper 22 elastisch verformt und üben einen Widerstand aus, bzw. speichern die mechanische Energie. Die Federkennlinie lässt sich über die mechanischen Eigenschaften dieser elastischen Körper 22 beeinflussen. Sie können alternativ nicht in nur separaten Kammern 17 eingeschlossen werden, sondern können mit dem Druckmedium vermischt werden und sich in den Kanälen 4 befinden. So lässt sich eine besonders platzsparende Ausführung der Federvorrichtung realisieren. Außerdem können sie als elastische Membran 25 ausgeführt werden, welche durch die Verdrängung des Druckmediums 7 verformt wird und Widerstand ausübt, bzw. Energie speichert (s. 7 und 8)
  • Ferner ist es möglich, die Gasfedern durch konventionelle Federn 23 zu ersetzen und über einen beweglichen Kolben 24 von dem Druckmedium 7 zu trennen. Auf diese Weise resultiert die Verdrängung des Druckmediums 7 auf eine Verschiebung des Kolbens 24, der seinerseits die Federn 23 staucht. (s. 9)
  • Für den Fall, dass man eine lineare Verstellbewegung abhängig von der Drehbewegung ausführen will, kann man den Rotor 3 mit den Umlaufkolben 8 entweder fest verbinden oder als einen Körper konstruieren. Beim Einwirken eines Drucks verschieben sich die Umlaufkolben 8 entlang der Kanäle 4, was eine Mitnahme des Rotors 3 sowohl in tangentialer, als auch in axialer Richtung bedeutet. Auf diese Weise ist die translatorische Bewegung des Rotors 3 direkt abhängig von deren Drehbewegung und so von der konstruktiven Ausführung der Kanäle 4. (s. 10)
  • Ferner ist es möglich, den Rotor 3 mit zusätzlichen Gewindeerhebungen 26 zu versehen, welche die Geometrie der Kanäle 4 entsprechen und unterstützend bei der Axialverschiebung wirken. Sie bewirken auch eine zusätzliche Abdichtung der Kanäle 4. (s. 11)
  • Will man die Kopplung der Axial- mit der Drehbewegung vermeiden, könnte man den Rotor 3 wieder von den Umlaufkolben 8 in axialer Richtung entkoppeln und über zusätzliche konstruktive Maßnahmen den Rotor 3 in axialer Richtung verstellen. Voraussetzung dafür ist jedoch die axiale Freiheit des Rotors 3 in Bezug auf den Stator 1, was beispielsweise durch die Veränderung der Flanschgeometrie erreicht werden kann, so dass die Flansche 11 kein Hindernis für den Rotor 3 in seiner axialen Bewegung mehr darstellen. Einige Varianten für Antrieb in axialer Richtung sind Hydraulikzylinder, Kopplung des Rotors 3 über ein zusätzliches Gewinde oder spezielle Führungssysteme mit einem anderen feststehenden oder beweglichen Element. Auf diese Möglichkeiten wird nur hingewiesen.
  • Ferner ist es möglich, zwei oder mehr solche Vorrichtungen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass man ein Drehmoment oder einen Druck über eine begrenzte Anzahl von Umdrehungen modulieren kann. Beispielsweise kann man ein in die erste Vorrichtung eingehendes Drehmoment 27 erst mal in Druck eines Druckmediums 7 umwandeln, welches Druchmedium 7 über flexible oder starre Leitungen 19 mit den Kanälen 4 der zweiten Vorrichtung verbunden ist und auf deren Umlaufkolben 8 einen Druck ausübt, der in einem zweiten Drehmoment 31 am Rotor 3 der zweiten Vorrichtung resultiert. Das Verhältnis beider Drehmomente ist von der konstruktiven Ausführung und den bestimmenden Größen jeder Vorrichtung abhängig und kann über die schon dargestellte Formel berechnet werden. (s. 12)
  • Um einen Druck zu modulieren, verbindet man die Rotoren 3 beider Vorrichtungen miteinander in geeigneter Weise. Der Druck in der ersten Vorrichtung bewirkt ein Drehmoment 27 auf deren Rotor 3, der sich auf den zweiten Rotor 3 überträgt, welches zweite Drehmoment einen Druck in die Kanäle 4 der zweiten Vorrichtung erzeugt. Das Verhältnis lässt sich wieder aus der Formel bestimmen. Konstruktiv ist es weiter möglich, diese Kombinationen auch in einem Gehäuse zu integrieren. (s. 13)
  • Eine weitere vorteilhafte Kombination wäre mit einem Hydraulikzylinder. So wäre man in der Lage, eine Rotationsbewegung der Vorrichtung in eine Translationsbewegung des Hydraulikzylinders und umgekehrt eine Translationsbewegung des Hydraulikzylinders in eine Rotationsbewegung der Vorrichtung umzuwandeln. Dafür werden die Durchlässe 6 der Vorrichtung und des Hydraulikzylinders miteinander über geeignete Leitungen verbunden. Natürlich ist auch eine integrierte Lösung dieses Ansatzes möglich. (s. 14)
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in eine Drehbewegung und umgekehrt kann in weiten Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt werden, insbesondere dort, wo es notwendig ist, die mechanische Energie mehrerer Umdrehungen in Druck umzuwandeln und gegebenenfalls zu speichern, eine begrenzte Drehbewegung über eine Distanz ohne starre Verbindung zu übertragen oder einen Stellmotor für Drehbewegungen einzusetzen. Es ergeben sich wesentliche Vorteile durch das Entfallen von sonst benötigten Getrieben, die daraus folgende Wirkungsgraderhöhung, die Flexibilität bei der Kombination mit bestehenden hydraulischen Systemen und Vorrichtungen zur Erschließung von neuen Anwendungsfeldern.
  • 1
    Stator
    2
    Kontaktfläche
    3
    Rotor
    4
    Kanal
    5
    Querschnitt
    6
    Durchlass
    7
    Druckmedium
    8
    Umlaufkolben
    9
    Kontaktstirnwand
    10
    Keilwellenverbindung
    11
    Flansch
    12
    Richtung
    13
    Tangentialkraft
    14
    Arbeitsräume
    15
    linker Arbeitsraum
    16
    rechter Arbeitsraum
    17
    Kammer
    18
    Gasfeder
    19
    Leitungen
    20
    Kompressor
    21
    Ventile
    22
    elastische Körper
    23
    Feder
    24
    Kolben
    25
    Membran
    26
    Gewinde
    27
    Drehmoment
    28
    Schraube
    29
    Druckbehälter
    30
    Nut
    31
    Zweites Drehmoment

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment, bestehend aus einem Stator und einem Rotor, die zueinander drehbar gelagert sind, jedoch in axialer Richtung keine relative Bewegung zueinander ausführen können, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator 1 und der Rotor 3 über eine gemeinsame zylindrische Kontaktfläche 2 verfügen und der Stator 1 mindestens einen umlaufenden, über mehr als 360° gehenden Kanal 4 auf dieser zylindrischen Kontaktfläche 2 aufweist, wobei der Kanal 4 einen beliebigen konstanten Querschnitt 5 aufweist, mit einem Druckmedium 7 ausgefüllt ist und über mindestens einen Durchlass 6 für die Zu- und Abfuhr des Druckmediums 7 nach außen verfügt, welcher Durchlass 6 sich vorzugsweise an einem Ende des Kanals 4 befindet, wobei sich zusätzlich ein Umlaufkolben 8 innerhalb des Kanals 4 befindet, welcher Umlaufkolben 8 entlang des Kanals 4 frei beweglich ist, das Durchdringen des durch ihn begrenzten Druckmediums 7 in den gegenüberliegenden Volumen innerhalb desselben Kanals 4 teilweise oder vollständig verbietet und über mindestens eine formschlüssige Verbindung 10 mit dem Rotor 3 verfügt so, dass nur eine axiale Relativbewegung zwischen Rotor 3 und Umlaufkolben 8 möglich ist.
  2. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb mindestens eines Kanals 4 beide von dem Umlaufkolben 8 getrennte Volumina mit Druckmedium 7 ausgefüllt sind und jeweils über mindestens einen Durchlass 6 zur Ab- oder Zufuhr des Druckmediums 7 verfügen.
  3. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Durchlass 6 die Rolle eines Steuerventils übernimmt und den Durchfluss des Druckmediums 7 sperrt, freigibt oder drosselt.
  4. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Arbeitsraum 14 über die zugehörigen Durchlässe 6 eine druckerzeugende Vorrichtung angeschlossen wird, die Druckmedium 7 in einer beliebigen Richtung fördert.
  5. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium 7 mindestens eines Arbeitsraums 14 nur über dessen Durchlass 6 oder auch über zusätzliche Leitungen 19 mit einer zugehörigen, separaten Kammer 17 verbunden ist, welche Kammer 17 Teil dieser Vorrichtung oder eine zusätzliche Vorrichtung ist und der Druck innerhalb dieser Kammer 17 in geeigneter Art und Weise mit dem Druck innerhalb einer Gasfeder 18 gekoppelt ist.
  6. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gases in mindestens einer Gasfeder 18 dynamisch verändert wird.
  7. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Körper 22 sich in der Kammer 17 oder in dein Kanal 4 befinden.
  8. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium 7 an einer geeigneten Stelle durch eine elastische Membran 25 begrenzt wird, wobei diese elastische Membran 25 sich infolge eines Drucks verformt.
  9. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach wenigstens einem der Ansprüche l bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium 7 mindestens eines Arbeitsraums 14 nur über dessen Durchlass 6 oder auch über zusätzliche Leitungen 19 mit einer zugehörigen, separaten Kammer 17 verbunden ist, welche Kammer 17 Teil dieser Vorrichtung oder eine zusätzliche Vorrichtung ist, wobei das Druckmedium 7 innerhalb dieser Kammer 17 einen beweglichen Kolben 24 kontaktiert, welcher Kolben 24 seinerseits in geeigneter Art und Weise mit mindestens einer Feder 23 verbunden ist und bei Bewegung sie verformt.
  10. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor 3 in Bezug auf den Stator 1 axial beweglich ist und mit mindestens einem Umlaufkolben 8 fest verbunden ist
  11. Vorrichtung zum Wandeln eines Drucks in ein Drehmoment nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor 3 zusätzliche gewindeförmige Erhebungen 26 aufweist, die der Kanalgeometrie entsprechen.
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