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VIERSTROMPUMPE
die Erfindung betrifft eine Vierstrompumpe mit achsialer Bestroemung des die Arbeitskammern
beinhaltenden Rotors von beiden Enden her. Bei besonderes Ausfuehrungsarten koennen
statt vier, auch Sechs, oder acht oder eine andere Abzahl von Fluidstromen, z. B.
: drei oder fuenf oder sieben vorgesehen sein.
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Mehrstrompumpen, durch die mehr, als zwei Druckfluid stroeme erzeugt
werden, sind bereits bekannt und zwar zum Beispiel aus dem USA Patent 3,270,685.
Bei dieser bekannten Ausfuehrung einer Vierstrompumpe wird das Arbeitsfluidum dem
rotor jedoch in radialer Richtung von einer in der Rotorzentral bohrung angeordneten
Steuerwelle aus zugerfuehrt, und ebenfalls in radialer Richtung, ebenfalls durch
die Steuerwelle in der Rotorbohrung abgefuehrt. Diese Vierstrompumpen haben sich
an sich sehr gut bewaehrt. Auch als hydrostatische Grossdrehmomentmotoren.
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Der Nachteil dieser radialbestromten Vierstromungen ist jedoch, dass
die Steuerwelle, na die vier Fluidzuleitungen und die vier Fluidableitung aufnehmen
zu konnen, relativ grossen Durchmesser erhalten muss, oder aber die Fluidleitungen
an kleinen werden,dass nur wenig Fluidmenge durch die betreffende Zulei= tung oder
Ableitung fliessen kann. Im ersteren Falle grossen Steruerwellendurchmessers entsteht
der Nachteil, dass einmal die Reibung zwischen Steuerwelle und rotor hoch wird und
ausserdem der grossere Steuerwellendurchmesser eine grossere Passungsspaltweite
zwischen Rotor und Steuerwelle ununganglich macht und dadurch eine Vervielfachung
der @eckage zwischen Steuerwelle und Rotor ununganglich wird, denn die Deckagever=
lufte wachsen nit der dritten Potenz des Passungsplatweite zwischen Steuerwelle
und Rotor, Ii zweiten Falle kleinen Steuern wellendurchmessers entsteht der Nachteil,
dsse nur so klein.
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Fluidmengen durch die leitungen stromen konnen, dass die maschine
nur fuer gering eistung geeignet ist, oder aber ihr Wirkungsgrad infolge zu hoher
Stromungsverluste aufs ntragbare absinkt. Infolge der ob beschriebenen Nachteile
reichen die bisher bekannten Vierstrompumpen und Motoren nicht aus, um so tragbare
Wirkungsgrade und eistungen zu erzielen, dass sie fuer Verradantriebe von Fahrzeugen
oder fuer Vierpropeller= antriebe fuer Flugzeuge geeignet waeren.
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Die beschriebenen Nachteile der bekannten Vierstrompumpen werden
durch die Erfindung eigeschraenkt oder aberwunden.
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Durch die Erfindung werden Vierstrompumpen oder Motoren fuer hohe
Druecke, grosse leistungen und hohe Wirkungsgrade ge= schaffen, die geeognet sind,
Vierradantriebe fue Fahrzeuge und Vierprollerantriebe oder Vierstromantriebe fuer
Flugzeuge zu verwirklichen. Die Pumpen der Erfindung koennen natuerlich auch in
der allgemeinen Industrie bei weniger hohe Anforderungen, als im Flugzwug - oder
Fahrsenbau eingesetzt werden, denn sie sind in ihrem Aufbau so einfach, dass sie
nicht sehr teuer werden Das erfindungsgemässe Ziel wird dadurch erreicht, dass im
Roter einer Vierstrompumpe vier Arbeitskammerngruppen angeordnet werden, die Fluid
in sich aufnehmen und aus sich abgeben und zweien der Arbeitskannerngruppe Fluidzuleitungen
in der einen Achsialrichtung und den anderen zweien in der anderen Achsial= richtung
zugeordnet werden, und diese in #### rotierende Steuerfla@chen an den Rotorenden
muenden, an denen stationaere Steuer= fla@chen mit je zwei Fluidzuleitungen und
Ableitungen gleitend und dichtend angeordnet werden. Mittels einer Andrueckvorrich=
tung konnen die Statorsteuerfla@schen an den rotierenden Steuer= fla@chen besonders
hut g;eitend dichten.
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Figur 1 ist ein Laengsschnitt durch ein Ausfuehrungs= beispiel einer
Vierstroempumpe der Erfindung senkrecht zur @xzntrizitaetsebene der Hubvolumen=
verstellvorrichtung.
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Im Gehaeuse 11 Ist der die Arbeitskammer beinhaltende, vom Arbeitsfluid
durchstroemte rotor 1 in den Lagern 34 umlauffachig gelagert. Ferner befinden sich
im Gehaeuse die Fuehrungssegmente 10 zur Lagerung der Hubvolumenverstell= vorrichtung
9, in der du Radiallager 12 zur Lagerung des den Kolbenhubantrieb bildenden Umlaufringes
6 angeordnet ist.
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Der Umlaufring 6 kann ggf. auch als stationaeres Fuehrungsteil ausgebildet
sein und bei nicht regelbarer Ausfuehrung der Pumpe wird die Hubvolumenverstellvorrichtung
6,10 forgelassen.
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Im rotor befinden sich die mindestens vier Arbeitskammern gruppen
2.3,4 und 5, denen die Verdraengereleaente 7 zugeordnet sind, zugeordnet sind zum
Zwecke der Vergroesserung der Arbeitkammern beim Ansaughub und zur Verkleinerung
der Arbeitskammern beim Lieferhub. Zwischen den Verdraenherelementen (Kolben) 7
und der Kolbenhubfuehrung, die durch die innneflaeche des Umlaufringes 6 gebildet
ist, koennen Verdraenferelemente Gleitteile (Kolbenshuhe) 8 angeordnet sein und
diesen koonnen inner. Fuehrugsringe 15 zugeordnet sein, die in entsprechende Ausnehmungen
in der Rotorausenwand eintreten koennen. In bekannter Weile bestehen die Arbeitskammerngruppen
2,3,4,5 jeweils aus einer Anzahl individueller Arbeitsk-nern. er Rotor 1 kann mit
der Welle 35 aus ein Stueck bestehen oder er kann hohl ausgebildet ein, sodass in
ihm die Antriebswelle 35 angeordnet und durch Keilmittel 45 mit dem Rotor 1 verbunden
werden kann. Die Welle 35 oder der Rotor 1 koennen zusaetzlich in den Lagern 36
gelagert sein.
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Erfindungsgemaess sind die Arbeitskammerngruppen 2,3, 4 und 6 raeumlich
voneinander getrennt, sodass sie nicht mit= einander kommunizieren koennen. Erfindungsgemaess
ist an jedem Rotoren eine rotaierende Steuerflaeche, zum Beispiel radikal plan.
konisch oder sphaerisch, ausgebildet und in die rotierende Steuerflaeche (en) des
eben Rotorenden muenden die Rotorpassagen (Rotorkanale) 24 und 25 der Arbeitskammer=
gruppen 2 und 3 und in die andere rotierende Steuerflaeche am anderen Rotorende
muenden die anderen Rotorkanale 22 und 23 der Arbeitskammerngruppe 4 und 5. Die
Kanalmuendungen 22 und 3 einen Rotorende sind radial zueinander versetzt und die
die Kanalmuendungen 24 und 25 am anderen Rotorende sind ebenfalls radial zueinander
vesrsetzt.
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Auf radialer Hoehe der Betreffenden Rotormuendungen sind in einer
an der betreffenden Rotorenflaeche dichtend gleitenden stationaeren Steuerflaeche
entsprechende Einlauss und Aislass-Steuermuendungen angeordnet, durch die Arbeits=
fluid in die äotorkanaele 22, 23, 24, 25 geleitet und aus ihnen abgeleitet wird.
Insegsamt sind also in der in der Figur dargetselltem Ausfuerhrungsbeispiel 4 Einlass-Steuermuendungen
und vier Auslass- Steuermuendungen angeordnet, entsprechend den vier durch die Pumpe
stroemenden Fluidstroemen.
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Die an den rotierenden Rotorendflaechen anliegenden stationaeren Steuerflaechen
koenen fest am Gehaeuse 11 oder an dessen Deckeln angeordnet sein. Dann wird zwischen
der betreffenden stationaeren Steuerflaeche in der rotierenden Steuerflaeche ein
prinzipiell konstanter enger Passungs= spalt zwecks Abdechtugg zwischen den genannten
Flaechen angeordnet. An Jedem Rotorende kann entweder eine einzige Rotorendflaech
e (rotierende Steuerfiasche) mit je zwei zueunander radial vesrsetsten Steuermuendungssaetzeh
angeordnet sein, oder es koennen auch an den Rotorenden, so, wie in der Figur gezeichnet,
Jeweils zwei voneinander getrennte Rotorendflaechen achsial zueinander versetzt
und Jede mit je einer Kanalmuendungsgruppe versehen sein. 1. letzteren Falle hat@
dann jede einzelne Foerderkammerngruppe 2,3,4,5 eine eigene Rotorendflaenche mit
den Kanalmuendungen 25,# 24, 23,22 und der entsprechenden, an der Rotorendflaeche
anliegen= den stationaeren Steuerflaeche mit der betreffenden Einlass= muendung
und Auslassmuendung darin. Von der betreffenden Einlass - oder Auslass - Steuermuendung
aus erstreckt sich Jeweils eine Fluidleitung 26,27,28,29,30,31,32,33 zu dem Pumpenanschluss
37,38,39,40,41,42,43,44. Keiner sieser Kanaele oder Anachluesse steht mit ein anderen
in Verbindung.
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Dadurch wird Kommunikation zwische den Anschluessen und zwischen den
durch die Puwe stroemenden Fluidstroemen vermieden sodass die durch die Maschine
stroemmende Fluidstroeme raeum= lich voneinander getrennt bleiben und bei verdraengerelemen=
ten gleichen Querschnitts und gleichen Verdraenherhubses gleiche Durchflussmengen
haben, gleichgueltig, wie gross der Druck in ihnen ist. Bei zueinander unterschiedlichen
Verdraen= gerabmessungen werden die Durchflussmengen durch die Fluid= stroeme dann
zueinander nicht mehr gleiche, sondern verhaeltnis= gleich. Anstelle die vier oder
mehreren Fluidstroeme bei gleicher oder erhaeltnisgleicher Foerdermenge zu halten,
kann man sie auch miteinander verbinden, sodass sich die Fluid-
Durch
flussfluidmengen der einzelnen Fliidsstroeme unter= einander vermengen koennen.
Das ist jedoch selten erwuenscht und der Hauptvorteil des Aggregates besteht drrin,
dass man sie durch die erfindungsgemaesse Anordnung einwandfrei raeumlich voneinander
getrennt erhalten kann und dat-iit ihre Mengengleichkeit oder Verhaeltnisgleichheit
der Durchflussmengen zueinander erhalten kann, wie immer auch der Druck ni ihnen
sei.Im Ausfuehrungsbeispiel der Figur haben die "erdrengerelemente (kolben) 7 einen
einzigen, ihnen allen gemeinsamen erdraengerhubantrieb 6. Dadurch wird die Gleichheit
oder Verhaeltnisgleichheit der einzelnen Durchflussmengen der einzelnen Durchflusstroeme
zueinander erzwungen. Es ##t jedoch auch moeglich, jeder einzelnen Arbeitskammerngruppe
einen individuellen Verdraengerhubantrieb zuzuordnen. Der kann dann entweder mit
konstanten Hub oder mit veraenderbarem Hub ausgebildet werden. Der Fall der Anordnung
virerer oder mehrerer voneinander unabhaengig regelbaren verdraengerhubantriebe
fuer die mehreren, zum Beispiel, vier, Foerderstroeme durch die Pumpe ist zum Bei=
spiel besonders praktisch f##r die verwendung in Baummaschinen oder Baggern oder
Kraenen oder bei solchen Maschinen, bei denen mehrerem zum Beispiel vier, Arbeitsstellen
mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben oder regelbar betrieben werden.
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Durch die Steuerung des Kolbenhubantriebes der betreffenden Arbeitskammerngruppe
2,3,4,5 kann man dann die Geschwindig= keit und Bewegungsrichtung des anzutriebenden
Arbeitsteiles einwandfrei steuern. Das in der Figur dargestellte Aus= fuehrungsbeispiel
der gemeinsamen Kolbenhubantriebsanordnung 6 ist besonders zweckdieblich geeignet,
die Fahrzeuge mit Vierrandtrieb auszuruesten, oder die Proppeler, zum Bei= spiel
vier oder acht Propeller, von Flugzeugen geschwindigkeits= maessig zu synchronisieren.
Denn Motoren gleicher Schlusbmengen werden ja gezwungen gleich schnell umzulaufen,
wenn ihnen Druckfluidstroeme gleicher Liefermenge zuegfuehrt werden, was durch das
aggregat der Erfindung bewirkt werden kann. D*r gemeinsame Verdraengerhubantrieb
6 erzwingt dann gleiche Drehzahl der angetriebenen vier Fahrzeugraeder oder der
Fl#gzeugpropeller.
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In der Figur ist schliesslich noch eine besondere betriebsßiohero
Art -der Steuerung der Fluidstroeme durch die Vierstrom oder Vielstrom Maschine
gezeigt, die auch bei hohen Druelcen relativ liest ist und relativ wenig Reibung
hat und daher von hohem Wirkungstgrade ist.
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Ausserdem ist sie von einfacher Bauert und sie ermoeglioht sogar eine
durch die ganze Pumpe erstreckte Antriebswelle 35, ueber die am Pumpenande weitere
Leistung mechanisch abgenommen werden knnn oder weitere Pumpen angeordnet werden
koennen.
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Diese Steuerungsanordnung besteht darin, dass an jedem Rotorende in
dem betreffenden gehaeuseteil oder Deckelteil des gehaeuses 11 mindestens ein in
achsialer Richtung an die Rotorendflaeohe andrueckbarer Steuerkoerper angeordnet
wird. Der betreffende Steuerkoerper am betreffenden Rotors ende kann einteilig aein,
wozu er dann mit zwei Einlass-und zwei Auslass- Steuermuenden versehen sein muss,
wobei Je ein Muendungsstatz radial zum anderen versetzt sein muss unc mit den Rotorkanaelens,
z.B. 22,23,224,25, denen er zugeornet ist, fluchten muss. Die Steuerflache des Steuerkoerpers
kann einteilig sein oder aus einer radial inneren und einer radial aeusseren bestehen,
die gegenseitig achsial versetzt sein koennen. In der Fifur ist diejenige Aus gehrung
gezeigt, bei der an #edem Rotorende im betreffenden Deckel des Gahaeuses 11 eingesetst,
Je ein innerer Steuerkoerper 19 und 20 und ein dazu radial versetzter, aeusserer
Steuerkoerper 18,21 angeordnet ist. Im Beispiel er Figur ist der innere im aeußseren
Jeweils gegen Drehung gehalten. aber der innere relativ zum aeusseren achsial beweglich
ausgebildet, Der innere Steuerkoerper 19,bzw. 20 ist also in einer Bohrung im aeusseren
Steuerkoerper 18 bzw. 22 angeordnet. Durch die Bohrungen in den inneren Steuerkoerpern
19,20 ist der durch die Pumpe angeordnete Schaft 35 erstreckt.
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Die genannten Steuerkoerper 19,20,18,21 sind mit den stationaeren
Steuerflaechen, den Steuermuendungen und Durchflusskanaelen 27,28,29,30,31,32,26,33
versehen und sie haben jeweils eine exzentrische Schulter, mit der sie in eine exzentrische
Ausnehmung im betreffenden Deckel des Gehaeuses 11 eingreifen.Dadurch entstehen
pro Steuerkoerper drei verschiedene Ausseflaechen, die dicht in den Deckel eingepasst
sind, wodurch sich achsial an rueckwaertigen Teilen des 8teuerkoerpers je zwei Druckfluidkammern
bilden, durch deren Fluiddruck die Steuerkoerper an die betreffenden Rotorendflaechen
angedrueckt werden.
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Die Exzentrizitaetsebene der exzentrischen Teile der Steuerkoerper
19,20,21,22 wird etwa senkrecht zu der Exzentrizitaetsebene des Verdraenherhubantriebs
angeordnet.
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Die sich an den betreffenden Steuerkoerperteilen ausbilden= den vom
Druckfluid beaufschlagten Andrueckkammern werden pro zugeordnetem Steuerkoerper
dann, wenn das 4'gregat in beiden Richtingen foerdern soll> zueinander gleich
gross bemessen.
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Der Querschnitt durch die Andrueckammern wird etwas, z.B.
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3 bis 9 Prozent,groesserd ausgebildet als der Querschnitt durch den
Steuerspiegel zwischen den Steuerflaechen,wenn man diesen auf gleichen Druck ausgelegt
batrachtet.
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Fuer eine ganue Berechnung der Abmessungen und Exzentrizitaeten der
Steuerkoerperteile gelten folgende erprobten Regeln: 1.) Querschnitt durch die betreffende
Andrueckkammer s 2 1,06 mal Querschnitt durch das hochdruck= aequivalente Gebiet
de@ betreffenden Steuer spiegels.
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2.) Druckfluidnetrum der Steuerflaechenhaelfte soll den gleichen Anstand
von der Mittellinie haben, wie der Druckfluidschwerpunkt der Andrueckkammer; also
mit Gc = @@@@kfluidm ttelpunkt der betreffenden Steuerspiegel@aelfte und gc = Druckmittelpubkt
der betreffenden Andruckkammer : gc = Gc (1) 3.) Gleichheit der Querschnitte der
Andruckkammern nach der Leichung
mit der Berechnung des Go Wertes nach
und
erfolgen kann. Die Entwicklung dieser wiehtigen Berechnungsgleichungen, die fuer
die Betriebssicherheit und den wirkungsgrad des Steuerkoerpers garantieren, koennen
in der oesterreichischen Patentanmeldung A 4236/72 nachgelesen werden. Nur bei Befolgung
dieser berechnungsregeln ist einwand= freie Betriebssicherheit bei hohem Drucke
gewahrleistet.