DE202015106402U1

DE202015106402U1 - Fluidgetriebener Antrieb und Aktuator

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Publication number: DE202015106402U1
Application number: DE202015106402.0U
Authority: DE
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-02-27
Anticipated expiration: 2025-11-25

Abstract

Fluidgetriebener Antrieb (2) zur Erzeugung einer Rotationsbewegung, umfassend zumindest ein um zumindest eine Rotationsachse (4) rotierbares Turbinenrad (3), das eine Vielzahl von Fluidpfadelementen (115) aufweist, und zumindest eine Fluidzuführeinrichtung (117), mittels der zumindest einem der Fluidpfadelemente (115) zumindest ein Antriebsfluid zuführbar ist und infolge der Impulsübertragung zwischen Antriebsfluid und Fluidpfadelement (115) das Turbinenrad (103) in Rotation versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Fluidpfadelement (115) die Flussrichtung des Antriebsfluids umlenkbar ist und der Pfad des Antriebsfluids innerhalb des Fluidpfadelements (115) zumindest bereichsweise vollständig innerhalb einer geschlossenen Leitung verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluidgetriebenen Antrieb zur Erzeugung einer Rotationsbewegung, umfassend zumindest ein um zumindest eine Rotationsachse rotierbares Turbinenrad, das eine Vielzahl von Fluidpfadelementen aufweist, und zumindest eine Fluidzuführeinrichtung, mittels der zumindest einem der Fluidpfadelemente zumindest ein Antriebsfluid zuführbar ist und infolge der Impulsübertragung zwischen Antriebsfluid und Fluidpfadelement das Turbinenrad in Rotation versetzbar ist, sowie einen Aktuator umfassend einen solchen Antrieb.
Es sind gattungsgemäße fluidgetriebene Antriebe bekannt. Die KR 10 2012 00 15 622 A offenbart ein mit einer Rotortrommel verbundenes Turbinenrad, das von Düsen mit einem Fluid beaufschlagt wird und dadurch das Turbinenrad, und mit ihm die Rotortrommel, in Rotation versetzt wird.
Bekannte Turbinenräder weisen jedoch den Nachteil auf, dass Pansch-Verluste infolge von umherspritzenden Antriebsfluids auftreten, wodurch die Effizienz des fluidgetriebenen Antriebs reduziert wird. Außerdem ist nachteilig, dass eine Vielzahl von Bauteilen zur Realisierung des fluidgetriebenen Antriebs benötigt wird, was zahlreiche Quellen des Verschleißes und der Fehlfunktion eröffnet und entsprechend mit einem höheren Wartungs- und Kostenaufwand einhergeht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäßen fluidgetriebenen Antriebe derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere sollen keine, oder nur noch reduzierte Pansch-Verluste auftreten. Weiterhin soll durch einen kompakten Aufbau des fluidgetriebenen Antriebs die Anzahl der Verschleißteile gering gehalten werden und somit auch der Wartungsaufwand.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass durch das Fluidpfadelement die Flussrichtung des Antriebsfluids umlenkbar ist und der Pfad des Antriebsfluids innerhalb des Fluidpfadelements zumindest bereichsweise vollständig innerhalb einer geschlossenen Leitung verläuft.
Im Sinne dieser Erfindung ermöglicht ein Fluidpfadelement also die Aufnahme eines Antriebsfluids aus einer im Wesentlichen ersten Einfallsrichtung und die Abgabe eines Antriebsfluids in im Wesentlichen eine zweite Ausfallsrichtung sowie die Aufnahme eines infolge der Umlenkung vom Fluid übertragenen Impulses. Die Erfindung nutzt daher das Turbinenprinzip wie auch das Rückstoßprinzip gleichermaßen und in Kombination zusammen aus.
Der erfindungsgemäße fluidgetriebene Antrieb kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die Rotationsachse senkrecht zu zumindest einer Rotationsebene verläuft, wobei insbesondere der Pfad des Antriebsfluids im Wesentlichen in einer zumindest bereichsweise parallel zu der Rotationsebene verlaufenden ersten Richtung verläuft und/oder nach der Umlenkung der Pfad des Antriebsfluids im Wesentlichen in einer zumindest bereichsweise geneigt zu der Rotationsebene verlaufenden zweiten Richtung verläuft oder der Pfad des Antriebsfluid vor der Umlenkung im Wesentlichen in einer zumindest bereichsweise geneigt zu der Rotationsebene verlaufenden dritten, insbesondere der ersten Richtung entsprechenden, Richtung verläuft und/oder nach der Umlenkung der Pfad des Antriebsfluids im Wesentlichen zumindest bereichsweise in einer parallel zu der Rotationsebene verlaufenden vierten, insbesondere der zweiten Richtung entsprechenden Richtung verläuft.
Die Rotationsebene im Sinne dieser Erfindung ist jede Ebene durch das Turbinenrad, deren Normalenvektor parallel zur Rotationsachse ist.
Der erfindungsgemäße fluidgetriebene Antrieb kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die die erste Richtung und/oder die dritte Richtung zumindest eine Richtungskomponente nach radial innen bezüglich der Rotationsachse aufweist bzw. aufweisen und/oder die zweite und/oder die vierte Richtung zumindest eine Richtungskomponente nach radial außen bezüglich der Rotationsachse aufweist bzw. aufweisen und/oder das Fluidpfadelement zumindest eine Eintrittsöffnung und/oder zumindest eine Austrittsöffnung aufweist, wobei vorzugsweise zumindest ein Normalenvektor zumindest eines Bereichs zumindest einer durch einen Öffnungsrand der Eintrittsöffnung aufgespannten Öffnungsfläche der Eintrittsöffnung im Wesentlichen senkrecht oder parallel zu der Rotationsachse verläuft und/oder zumindest ein Normalenvektor zumindest eines Bereichs zumindest einer durch einen Öffnungsrand der Austrittsöffnung aufgespannten Öffnungsfläche der Austrittsöffnung im Wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Rotationsachse verläuft.
Besonders bevorzugt ist, dass die erste Richtung, die zweite Richtung, die dritte Richtung und/oder die vierte Richtung zumindest eine Richtungskomponente, die geneigt zu der radialen Richtung bezüglich der Rotationsachse, insbesondere parallel zu der Rotationsebene und/oder in der Rotationsebene verlaufend, aufweist.
Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass das Fluidpfadelement zumindest eine erste Bohrung aufweist, die die erste Richtung und/oder dritte Richtung vorgibt und/oder zumindest eine, vorzugsweise sich an die erste Bohrung anschließende, zweite Bohrung aufweist, die die zweite Richtung und/oder vierte Richtung vorgibt, wobei vorzugsweise durch die erste Bohrung zumindest bereichsweise die Eintrittsöffnung gebildet ist und/oder durch die zweite Bohrung zumindest bereichsweise die Austrittsöffnung gebildet ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Fluidpfadelemente zumindest bereichsweise einstückig mit dem Turbinenrad ausgebildet sind und/oder zumindest bereichsweise mit dem Turbinenrad verbunden sind.
Der erfindungsgemäße fluidgetriebene Antrieb kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass das Turbinenrad zumindest bereichsweise im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgestaltet ist und/oder zumindest eine im Wesentlichen zentrische Ausnehmung aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Fluidzuführeinrichtung zumindest eine Düse und/oder zumindest einen Konfusor, umfasst.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist besonders bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Fluidzuführeinrichtungen vorhanden ist, vorzugsweise zumindest zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, fünfzehn, zwanzig, sechsunddreißig, fünfzig und/oder einhundert Fluidzuführeinrichtungen und/oder zumindest eine Fluidzuführeinrichtung zumindest bereichsweise innerhalb des Turbinenrads angeordnet ist und/oder zumindest eine Fluidzuführeinrichtung zumindest bereichsweise außerhalb des Turbinenrads angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße fluidgetriebene Antrieb kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die Fluidpfadelemente auf zumindest einem Kreis, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Turbinenrades zusammenfällt und/oder auf der Rotationsachse liegt, angeordnet sind, vorzugsweise alle Fluidpfadelemente auf zumindest einem gemeinsamen Kreis, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Turbinenrades zusammenfällt und/oder auf der Rotationsachse liegt, angeordneten sind, und/oder die eine Mehrzahl von Fluidpfadelementen, vorzugsweise alle Fluidpfadelemente äquidistant zueinander angeordnet sind.
Für den erfindungsgemäßen fluidgetriebenen Antrieb wird auch vorgeschlagen, dass die zumindest eine Fluidzuführeinrichtung das bzw. die Fluidpfadelemente im Wesentlichen bezügliche der Rotationsachse tangential mit einem unter Druck stehenden Antriebsfluid beaufschlagt.
Auch ist bevorzugt, dass das Antriebsfluid zumindest ein Liquid, zumindest ein Gas, Öl, Wasser und/oder Luft umfasst.
Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass das Turbinenrad zumindest bereichsweise von einem Gehäuse umgeben ist.
Bei der vorgenannten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Fluidzuführeinrichtung zumindest bereichsweise von dem Gehäuse umfasst ist, vorzugsweise in das Gehäuse integriert ist.
Schließlich kann der erfindungsgemäße fluidgetriebene Antrieb auch dadurch gekennzeichnet sein, dass der Austrittsbereich der zumindest einen Fluidzuführeinrichtung zumindest einen Einsatz, vorzugsweise umfassend zumindest ein metallisches Material, ein keramisches Material und/oder ein Kunststoffmaterial, zumindest bereichsweise umfasst.
Die Erfindung liefert ferner einen Aktuator umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen fluidgetriebenen Antrieb.
Dabei ist bervorzugt, dass der Aktuator zumindest einen Motor, einen Tellerseparator, einen Ölabscheider und/oder eine Zentrifuge umfasst und/oder ausbildet.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geeignete Kanalisation des Antriebsfluids ein Umherspritzen des Antriebsfluids verhindert werden kann. Damit lassen sich die zuvor als nachteilig beschriebenen Pansch-Verluste beim Betrieb des fluidgetriebenen Antriebs reduzieren, oder sogar gänzlich eliminieren. Durch seinen grundsätzlich kompakten Aufbau ist die Anzahl an Verschleißteilen reduziert und damit der Wartungsaufwand reduziert und ein kostengünstiger Betrieb möglich. Dies gilt insbesondere in Ausführungsformen, bei denen die Fluidpfadelemente in das Turbinenrad integriert sind bzw. bei denen die Fluidzuführeinrichtung in das Gehäuse integriert ist.
So kann vorgesehen sein, dass das Fluidpfadelement den Pfad des Antriebsfluids derart umlenkt, dass er vor und nach der Ablenkung im Wesentlichen in einer Richtung innerhalb der Rotationsebene verläuft, oder dass er entweder nur vorher, oder nur hinterher, oder zu keiner Zeit im Wesentlichen in einer Richtung innerhalb der Rotationsebene verläuft.
Die Richtung, in die das Antriebsfluid in die Fluidpfadelemente einwärts strömt wird dabei vorzugsweise durch eine erste Bohrung in dem Fluidpfadelement vorgegeben. Die Richtung, in die das Antriebsfluid aus dem Fluidpfadelement auswärts strömt wird dabei insbesondere durch eine zweite Bohrung im Fluidpfadelement vorgegeben. Es kann damit je nach präferierter Anordnung der zumindest einen Fluidzuführeinrichtung in Bezug auf das Turbinenrad, die von dem Fluidpfadelement besonders vorteilhaft unterstützte Einfallsrichtung des Antriebsfluids gewählt werden sowie die Ausfallsrichtung unter der Bedingung einer Maximierung des Impulsübertrages zwischen Antriebsfluid und Fluidpfadelement und/oder anhand räumlicher Begebenheiten hinsichtlich einer etwaig vorgesehenen Auffangvorrichtung gewählt werden.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Fluidpfadelement eine Eintrittsöffnung, insbesondere der ersten Bohrung, aufweist, deren Normalenvektor im Wesentlichen senkrecht zum Normalenvektor der Rotationsebene liegt bzw. bei der ein Normalenvektor der Öffnungsfläche der Eintrittsöffnung diese Richtung aufweist. Dementsprechend sind die Eintrittsöffnungen beispielsweise seitlich am Turbinenrad vorgesehen, sodass besonders Vorteilhaft eine Beaufschlagung der Fluidpfadelemente mit Fluidzuführeinrichtungen in From von Düsen erfolgen kann, welche das Antriebsfluid in einer Richtung innerhalb der Rotationsebene freigeben. Weist gleichzeitig das Fluidpfadelement eine Austrittsöffnung, insbesondere der zweiten Bohrung, auf, deren Normalenvektor im Wesentlichen (anti-)parallel zum Normalenvektor der Rotationsebene ist bzw. bei der ein Normalenvektor der Öffnungsfläche der Austrittsöffnung diese Richtung aufweist, so kann das Antriebsfluid vermögens des Fluidpfladelements dergestalt abgelenkt werden, dass es aus der Einfallsebene hinausgelenkt wird. Es kann auch der umgekehrte Pfad des Antriebsfluids vorgesehen sein. Also eine Umlenkung eines aus einer nicht in der Rotationsebene liegenden Richtung einfallende Antriebsfluid in eine in der Rotationsebene liegenden Richtung.
Wenn die Fluidpfadelemente zumindest bereichsweise einstückig mit dem Turbinenrad ausgebildet sind, können die Eintrittsöffnungen am Umfang des Turbinenrades vorgesehen sein und die Austrittsöffnungen am Boden des Turbinenrades, oder vice versa. Ferner ermöglicht dies eine kompakte Gestaltung des Turbinenrads, da die Fluidpfadelemente dabei nicht in Form von exponierten externen Elementen, wie Turbinenschaufeln, angebracht werden müssen, sondern im Turbinenrad selbst integriert sind.
Das Turbinenrad kann auch vorteilhaft als Hohlzylinder ausgestaltet sein, oder zumindest eine zentrische Ausnehmung aufweisen, im Bereich, in dem keine Fluidpfadelemente vorgesehen sind. Dadurch lässt sich Material am Turbinenrad einsparen und somit das Gewicht des Turbinenrades reduzieren und entsprechend die Material- und Betriebskosten senken.
Im Falle einer Ausgestaltung des Turbinenrades als Hohlzylinder bzw. mit einer zentrischen Ausnehmung lässt sich zumindest eine der Fluidzuführeinrichtungen zumindest bereichsweise innerhalb des Turbinenrades anordnen. Ergänzend oder stattdessen, oder bei Turbinenrädern, die eine solche innere Platzierung nicht aller Fluidzuführeinrichtungen erlauben, kann zumindest eine der Fulidzuführeinrichtungen aber alle Fluidzuführeinrichtungen außerhalb des Turbinenrades angeordnet sein. Es ist also auch vorstellbar, Fulidzuführeinrichtungen sowohl innerhalb als auch außerhalb des, insbesondere als Hohlzylinder gestalteten oder mit einer Ausnehmung versehenen Turbinenrades vorzusehen, um somit flexibel auf etwaige Rahmenbedingungen reagieren zu können.
Wenn eine Fluidzuführeinrichtung Fluidpfadelemente von aussen mit dem Antriebsfluid beaufschlagt, kann das Fluidpfadelement, insbesondere die erste Bohrung, beispielsweise dergestalt sein, dass sie im Wesentlichen in eine innerhalb der Rotationsebene liegenden Richtung schräg nach innen verläuft. Das Fluidpfadelement, insbesondere die erste Bohrung, kann sich dabei radial nach innen verjüngen, sodass sie „trichterartig“ das von einer Fluidzuführeinrichtung ankommende Antriebsfluid aufnehmen kann und dann in mehr gerichteter Form in das Innere des Fluidpfadelements bzw. des Turbinenrades transportiert, wo es auf eine Wandung treffen und, insbesondere in die zweite Bohrung, umgelenkt werden kann.
Nach der Umlenkung des Antriebsfluids, vorzugsweise in die zweite Bohrung, kann es in eine neue Richtung, beispielsweise in eine im Wesentlichen aus der Rotationsebene hinaus zeigende Richtung, geleitet werden. Das Fluid kann dann teilweise nach radial Außen und/oder nach schräg unten geleitet werden. Von dort tritt es aus dem Fluidpfadelement bzw. dem Turbinenrad aus und gelangt in den Auffangbereich. Indem das Fluid, insbesondere durch die zweite Bohrung in teilweise entgegengesetzter Richtung bezüglich der ersten Richtung geleitet wird, kann eine besonders gute Impulsübertragung vom Antriebsfluid auf das Fluidpfadelement bzw. das Turbinenrad erreicht werden.
Bei der Erfindung kann eine einzige Fluidzuführeinrichtung vorgesehen sein, oder mehrere, etwa zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, fünfzehn, zwanzig, sechsunddreißig, fünfzig und/oder einhundert Fluidführeinrichtungen. Dadurch können höhere Leistungen erreicht werden.
Die Fluidpfadelemente können beispielsweise umfänglich am Turbinenrad bzw. in dessen äußeren Wandbereich integriert vorgesehen sein, wobei sie sich dann auf einem gemeinsamen Kreis befinden, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Turbinenrades zusammenfällt.
Im Falle eines hohlzylindrischen oder mit einer Ausnehmung versehenen Turbinenrades mit sowohl innen als auch aussen vorgesehen Fluidzuführeinrichtungen, können zusätzliche Fluidpfadelemente an der inneren Zylinderwand bzw. am Rand der Ausnehmung vorgesehen bzw. darin integriert sein, wobei sie sich dann auf einem gemeinsamen Kreis befinden können, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Turbinenrades zusammenfällt, aber einen kleineren Radius aufweist als der Kreis, auf dem die Fluidpfadelemente für die äußeren Fluidzuführeinrichtungen angeordnet sind. Selbstverständlich können die Fluidpfadelemente auf dem Kreis mit kleinerem Radius auch alleine, also ohne Fluidpfadelemente auf dem Kreis mit größerem Radius eingesetzt werden. In jedem Fall ist es aus Symmetriegründen vorteilhaft, die Fluidpfadelemente jeweils äquidistant zu beabstanden, das heisst, die einzelnen Fluidpfadelemente sind mit identischen Winkelinkrementen angeordnet.
Die Anordnung der Fluidzuführeinrichtungen ist dabei besonders vorteilhaft, wenn sie dergestalt ist, dass die Fluidführeinrichtungen die Fluidpfadelemente tangential mit einem unter Druck stehenden Antriebsfluid beaufschlagen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Turbinenrad von einem Gehäuse vollständig oder zumindest bereichsweise beherbergt wird. In diesem Fall ist es nämlich möglich, die zumindest eine Fluidzuführeinrichtung zumindest bereichsweise in das Gehäuse zu integrieren, wodurch mit einfachster Bauart ein kompakter Aufbau realisiert werden kann und der erfindungsgemäße fluidgetriebene Antrieb im Grunde aus nur zwei einzelnen Teilen besteht, nämlich aus dem Turbinenrad, umfassend die Fluidpfadelemente und einem Gehäuse mit darin integrierten Fluidzuführeinrichtungen. Diese Bauteile lassen sich preisgünstig herstellen.
Aufgrund des abrasiven Verhaltens bei hoher Fluidgeschwindigkeit ist es vorteilhaft, wenn der Bereich vor einer Fluidzuführeinrichtung einen Einsatz aus nicht abrasivem oder weniger abrasivem Material, wie Metall, Kermaik oder dergleichen aufweist. Dadurch wird die Langlebigkeit der Vorrichtung erhöht.
Besonders vorteilhaft kann der erfindungsgemäße fluidgetriebene Antrieb dabei in einem Motor, einem Tellerseparator, einem Ölabscheider und/oder einer Zentrifuge eingesetzt werden, da er geringere Verluste als herkömmliche düsenbetriebene Antriebe aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen fluidgetriebenen Antriebs anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind. Dabei zeigt:
1 Ansicht eines Motors mit fluidgetriebenem Antrieb
2 Querschnittsansicht des fluidgetriebenen Antriebes
3 Ansicht eines Motors mit fluidgetriebenem Antrieb
4 Perspektivische Ansicht eines Turbinenrades mit Welle
1 zeigt eine Ansicht eines Aktuators in Form eines Motors 1 mit einem erfindungsgemäßen fluidgetriebenen Antrieb 2, mit welchem eine mit einem Turbinenrad 3 verbundene Welle 5 um eine Rotationsachse 4 in Rotation versetzt werden kann. Dabei ist der eigentliche Wirkbereich des Antriebs 2 in 1 der mit 6 bezeichnete Bereich. Das Turbinenrad 3 mit einem Deckel 7 ist von einem Gehäuse 9 zumindest teilweise umgeben, also von dem Gehäuse 9 beherbergt. Das Gehäuse 9 schließt ferner zumindest bereichsweise auch einen Sammelbereich 11 für ein Antriebsfluid mit ein. Der Sammelbereich 11 weist ferner eine Austrittsöffnung 13 auf.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen fluidgetriebenen Antriebs 102 aus der Richtung X in 1. Diejenigen Elemente, die funktional denjenigen der vorangehenden Ausführungsform 2 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings um 100 erhöht.
An dem hohlzylindrisch ausgebildeten Turbinenrad 103 sind umfänglich eine Vielzahl von Fluidpfadelementen 115 äquidistant angeordnet bzw. direkt in die Wand des Turbinenrades 103 integriert. Die Fluidpfadelemente 115 werden von einer Fluidzuführeinrichtung umfassend eine Düse 117 mit einem ihr über eine Zuführung 119 zugeführten Antriebsfluid beaufschlagt, sowie sich ein Fluidpfadelement 115 im Düsenbereich 121 der Düse 117 befindet. In dieser Stellung wird das Turbinenrad 103 im Wesentlichen tangential von dem Antriebsfluid beaufschlagt.
Dabei strömt das Antriebsfluid aus der Düse 117 durch die Eintrittsöffnung 123 des Fluidpfadelements 115 in eine sich daran anschließende erste Bohrung 125 des Fluidpfadelements 115 in Richtung A. Die Richtung A verläuft dabei im Wesentlichen innerhalb einer senkrecht zu der Rotationsachse 104 verlaufenden Rotationsebene radial schräg nach innen. Die erste Bohrung 125 reicht dabei bis zu einer der Düse 117 abgewandten Fläche 127. Die erste Bohrung 125 weist dabei keinen einheitlichen Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung auf, sondern das Antriebsfluid wird „trichterartig“ aufgenommen und in Richtung besagter, der Düse 117 abgewandten Fläche 127 weitergeleitet, wo die erste Bohrung 125 verjüngt ist.
Die Düse 117 ist dabei zumindest bereichsweise in das das Turbinenrad 103, welches auch als Laufrad bezeichnet werden kann, zumindest bereichsweise beherbergende Gehäuse 109 integriert. Dadurch lässt sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren.
3 zeigt eine Ansicht eines Motors 201 mit einem erfindungsgemäßen fluidgetriebenen Antrieb 202. Diejenigen Elemente, die funktional denjenigen der vorangehenden Ausführungsformen 2, 102 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings um 200 bzw. 100 erhöht.
Das durch die erste Bohrung 225 in Richtung A strömende Antriebsfluid trifft auf die der Düse 217 abgewandten Fläche 227 und wird dabei in eine sich unmittelbar an die erste Bohrung anschließende zweite Bohrung 229 des Fluidpfadelements 215 umgelenkt. Die zweite Bohrung 229 zeigt in eine zweite Richtung B nach teilweise radial aussen und schräg unten aus der Rotationsebene hinaus und in einer bezüglich der ersten Richtung A teilweise umgekehrte Flussrichtung. Das in diese zweite Bohrung 229 umgelenkte Antriebsfluid verlässt das Fluidpfadelement 215 und einhergehend damit auch das Turbinenrad 203 durch eine Austrittsöffnung 231 in den Sammelbereich 211. Dabei mündet die zweite Bohrung 229 in Richtung der Austrittsöffnung 231 „trichterartig“. Aus dem Sammelbereich 211 gelangt das Antriebsfluid weiter im Kreislauf über das schematisch eingezeichnete Leitungselement 233 zur Zuführung 219.
Infolge der Umlenkung des Antriebsfluids an der Fläche 227 findet eine Impulsübertragung vom Antriebsfluid auf das Fluidpfadelement 215 und damit auf das Turbinenrad 203 statt. Letzteres wird dabei infolge des Rückstoßprinzips in eine Rotationsbewegung versetzt. Mit ihm wird die in Wirkverbindung stehende Welle 205 ebenfalls in Rotation versetzt. Durch die Rotationsbewegung werden entsprechend die Eintrittsöffnungen 223 der einzelnen am Umfang des Turbinenrads 203 angeordneten Fluidpfadelemente 215 nacheinander in den Düsenbereich 221 gedreht und so die Rotation von Turbinenrad 203 und Welle 205 aufrecht erhalten.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Turbinenrades 303. Diejenigen Elemente, die funktional denjenigen der vorangehenden Ausführungsformen 3, 103, 203 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings um 100, 200 bzw. 300 erhöht.
Das hohlzylindrische Turbinenrad 303 weist einen Deckel 307 auf, mit dem eine Welle 305 verbunden ist. Beim Einsatz dieser Anordnung in einem Motor mit einem erfindungsgemäßen fluidgetriebenen Antrieb wird zusammen mit dem Turbinenrad 303 ebenfalls die Welle 305 in Rotation versetzt.
Die erste Bohrung 325 und die zweite Bohrung 329 ermöglichen dabei einen Fluidpfad, der zumindest bereichsweise innerhalb einer in senkrechter Richtung zur Strömungsrichtung des Antriebsfluids geschlossenen Leitung vollständig innerhalb des Fluidpfadelements 315 verläuft. Bei dem Ausführungsbeispiel mit den in dem Turbinenrad 303 integrierten Fluidpfadelementen 305 wird die geschlossene Leitung durch einen Bereich der Zylinderwand 335 des Turbinenrades 303 erzielt. Damit verläuft der Fluidpfad nicht vollständig frei, wodurch ein unkontrolliertes Umherspritzen des Antriebsfluids und ein damit einhergehender Energieverlust bei der Übertragung auf das Turbinenrad 303 verhindert wird. Durch die Kanalisation des Antriebsfluids können die Pansch-Verluste weitestgehend minimiert werden, im Gegensatz zu allen anderen düsenbetriebenen Antrieben in geschlossenen Volumina. Der Betrieb des fluidgetriebenen Antriebs kann dadurch effizienter und damit kostengünstiger erfolgen als wenn das Antriebsfluid nicht zumindest bereichsweise vollständig innerhalb des Turbinenrads 303, sondern freistrahlmäßig verläuft.
Indem die Düse in das das Turbinenrad beherbergende Gehäuse integriert ist, ist der fluidgetriebene Antrieb durch im Wesentlichen zwei einzelne Komponenten in einer kompakten Art und Weise realisiert. Dadurch sind die dem Verschleiß unterworfenen Bauteile auf ein Minimum reduziert und somit eine in der Wartung und im Betrieb günstige Vorrichtung geschaffen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination wesentlich für die Erfindung in Ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste

1, 201: Motor
2, 102, 202: Antrieb
3, 103, 203, 303: Turbinenrad
4, 104, 204, 304: Rotationsachse
5, 205, 305: Welle
6: Wirkbereich
7, 307: Deckel
9, 109, 209: Gehäuse
11, 211: Sammelbereich
13, 213: Austrittsöffnung
115, 215, 315: Fluidpfadelement
117, 217: Düse
119, 219: Zuführung
121, 221: Düsenbereich
123, 223, 323: Eintrittsöffnung
125, 225, 325: Bohrung
127, 227, 327: Fläche
229, 329: Bohrung
231, 231, 331: Austrittsöffnung
233: Leitungselement
335: Zylinderwand
A, B: Richtung
X: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020120015622 A [0002]

Claims

Fluidgetriebener Antrieb (2) zur Erzeugung einer Rotationsbewegung, umfassend zumindest ein um zumindest eine Rotationsachse (4) rotierbares Turbinenrad (3), das eine Vielzahl von Fluidpfadelementen (115) aufweist, und zumindest eine Fluidzuführeinrichtung (117), mittels der zumindest einem der Fluidpfadelemente (115) zumindest ein Antriebsfluid zuführbar ist und infolge der Impulsübertragung zwischen Antriebsfluid und Fluidpfadelement (115) das Turbinenrad (103) in Rotation versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Fluidpfadelement (115) die Flussrichtung des Antriebsfluids umlenkbar ist und der Pfad des Antriebsfluids innerhalb des Fluidpfadelements (115) zumindest bereichsweise vollständig innerhalb einer geschlossenen Leitung verläuft.
Fluidgetriebener Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (4) senkrecht zu zumindest einer Rotationsebene verläuft, wobei insbesondere der Pfad des Antriebsfluids im Wesentlichen in einer zumindest bereichsweise parallel zu der Rotationsebene verlaufenden ersten Richtung (A) verläuft und/oder nach der Umlenkung der Pfad des Antriebsfluids im Wesentlichen in einer zumindest bereichsweise geneigt zu der Rotationsebene verlaufenden zweiten Richtung (B) verläuft oder der Pfad des Antriebsfluid vor der Umlenkung im Wesentlichen in einer zumindest bereichsweise geneigt zu der Rotationsebene verlaufenden dritten, insbesondere der ersten Richtung entsprechenden, Richtung verläuft und/oder nach der Umlenkung der Pfad des Antriebsfluids im Wesentlichen zumindest bereichsweise in einer parallel zu der Rotationsebene verlaufenden vierten, insbesondere der zweiten Richtung entsprechenden Richtung verläuft.
Fluidgetriebener Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (A) und/oder die dritte Richtung zumindest eine Richtungskomponente nach radial innen bezüglich der Rotationsachse (4) aufweist bzw. aufweisen und/oder die zweite (B) und/oder die vierte Richtung zumindest eine Richtungskomponente nach radial außen bezüglich der Rotationsachse (4) aufweist bzw. aufweisen und/oder das Fluidpfadelement (115) zumindest eine Eintrittsöffnung (123) und/oder zumindest eine Austrittsöffnung (231) aufweist, wobei vorzugsweise zumindest ein Normalenvektor zumindest eines Bereichs zumindest einer durch einen Öffnungsrand der Eintrittsöffnung (123) aufgespannten Öffnungsfläche der Eintrittsöffnung (123) im Wesentlichen senkrecht oder parallel zu der Rotationsachse (4) verläuft und/oder zumindest ein Normalenvektor zumindest eines Bereichs zumindest einer durch einen Öffnungsrand der Austrittsöffnung (231) aufgespannten Öffnungsfläche der Austrittsöffnung (231) im Wesentlichen parallel oder senkrecht zu der Rotationsachse (4) verläuft.
Fluidgetriebener Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (A), die zweite Richtung (B), die dritte Richtung und/oder die vierte Richtung zumindest eine Richtungskomponente, die geneigt zu der radialen Richtung bezüglich der Rotationsachse (4), insbesondere parallel zu der Rotationsebene und/oder in der Rotationsebene verlaufend, aufweist.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass des Fluidpfadelement (115) zumindest eine erste Bohrung (125) aufweist, die die erste Richtung (A) und/oder dritte Richtung vorgibt und/oder zumindest eine, vorzugsweise sich an die erste Bohrung(125) anschließende, zweite Bohrung (229) aufweist, die die zweite Richtung (B) und/oder vierte Richtung vorgibt, wobei vorzugsweise durch die erste Bohrung (125) zumindest bereichsweise die Eintrittsöffnung (123) gebildet ist und/oder durch die zweite Bohrung (229) zumindest bereichsweise die Austrittsöffnung (231) gebildet ist.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpfadelemente (115) zumindest bereichsweise einstückig mit dem Turbinenrad (103) ausgebildet sind und/oder zumindest bereichsweise mit dem Turbinenrad (103) verbunden sind.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (103) zumindest bereichsweise im Wesentlichen als Hohlzylinder ausgestaltet ist und/oder zumindest eine im Wesentlichen zentrische Ausnehmung aufweist.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzuführeinrichtung zumindest eine Düse (117) und/oder zumindest einen Konfusor umfasst.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Fluidzuführeinrichtungen (117) vorhanden ist, vorzugsweise zumindest zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, fünfzehn, zwanzig, sechsunddreißig, fünfzig und/oder einhundert Fluidzuführeinrichtungen (117) und/oder zumindest eine Fluidzuführeinrichtung (117) zumindest bereichsweise innerhalb des Turbinenrads (103) angeordnet ist und/oder zumindest eine Fluidzuführeinrichtung (117) zumindest bereichsweise außerhalb des Turbinenrads (103) angeordnet ist.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpfadelemente (115) auf zumindest einem Kreis, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Turbinenrades (103) zusammenfällt und/oder auf der Rotationsachse (104) liegt, angeordnet sind, vorzugsweise alle Fluidpfadelemente (115) auf zumindest einem gemeinsamen Kreis, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt des Turbinenrades (103) zusammenfällt und/oder auf der Rotationsachse (104) liegt, angeordneten sind, und/oder die eine Mehrzahl von Fluidpfadelementen (115), vorzugsweise alle Fluidpfadelemente (115) äquidistant zueinander angeordnet sind.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fluidzuführeinrichtung (117) das bzw. die Fluidpfadelemente (115) im Wesentlichen bezügliche der Rotationsachse (4) tangential mit einem unter Druck stehenden Antriebsfluid beaufschlagt.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsfluid zumindest ein Liquid, zumindest ein Gas, Öl, Wasser und/oder Luft umfasst.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (3) zumindest bereichsweise von einem Gehäuse (9) umgeben ist.
Fluidgetriebener Antrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fluidzuführeinrichtung (117) zumindest bereichsweise von dem Gehäuse (9) umfasst ist, vorzugsweise in das Gehäuse (9) integriert ist.
Fluidgetriebener Antrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich der zumindest einen Fluidzuführeinrichtung (117) zumindest einen Einsatz, vorzugsweise umfassend zumindest ein metallisches Material, ein keramisches Material und/oder ein Kunststoffmaterial, zumindest bereichsweise umfasst.
Aktuator (1) umfassend zumindest einen fluidgetriebenen Antrieb (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zumindest einen Motor (1), einen Tellerseparator, einen Ölabscheider und/oder eine Zentrifuge umfasst und/oder ausbildet.