DE2433145A1 - Axiale druckmittelrotationsmaschine mit einer ringfoermigen membran - Google Patents

Description

• Axiale Druckmittelrotationsmaschine mit einer ringförmigen Membran Die Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine, die als Pumpe oder als Motor arbeitend mechanische Rotationsbewegung direkt in einen Druclaittelstrom bzw.
• einen Druckmittelstrom direkt in eine mechanische Rotationsbewegung umwandeln soll. Dabei soll Drehzahl und Drehmoment bzw. Druck und Volumenstrom innerhalb bestimmter Grenzen stufenlos einstellbar sein.
• Bekannt sind pneumatische und hydraulische Maschinen bei denen die notwendige Volumenänderung'durch verschiedene, sich aufeinander gleitend bewegende, starre Teile erreicht wird. Dabei entstehen entweder hin-und hergehende Bewegungen (Hubkolbenprinzip) die erst noch in drehende Bewegung umzusetzen sind, oder direkt drehende Bewegung (Rotationskolbenprinzip).
• Dabei entstehen folgende Probleme: Schmierung, gorrosion, hohe Ansprüche an öberflä.chengenauigkeit und damit verbundene Dichtprobleme. Zum Teil sind Ventile notwendig, um den Volumenstrom zu lenken und FLurbel-oder Exzentereinrichtungen, die eine drehende in eine hin- und-hergehende Bewegung umsetzen.
• Dagegen stehen Lösungen, mit elastisch verformbaren Wänden, insbesondere die Schlauchmaschine, wobei eine Abdichtung durch Gegeneinanderpressen der Schlauchinnenseiten erreicht wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu-Grunde die oben angezeigten Probleme zu umgehen, und eine konstruktiv einfache, im Betrieb problemlose Maschine zu erfinden, die sowohl als Pumpe als auch als Motor pneumatisch und hydraulisch arbeitet und die Möglichkeit beinhalt-et das Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl bzw.
• von Druck und Förderstrom pro Zeiteinheit über ein einfaches Stell- oder Regelorgan stufenlos zu verändern.
• Die Maschine besteht aus einem Stator und einem Rotor.
• Der Stator besteht aus einer kreisförnigen, starren Scheibe (1) als starre Wand und aus einer ringförmigen Membran (2), deren kreisförmiger Innenrand und Außenrand fest mit der starren Scheibe verbunden ist.
• Die elastIsche Membran ist außerdem an mindestens einer Stelle in radialer Richtung mit der festen Scheibe verbunden (5). An beiden Seiten dieser Grenze liegt eine Gffnung (Ä,B) durch die starre Scheibe, die als Zufluß bzw. Abfluß vorgesehen ist.
• Wenn an die beiden Öffnungen (S,3) ein untersch:iedlicher Mediendruck angelegt wird, bildet sich sich zwischen der starren-TWa.nd und der elastischen Membran unter Dehnung der elastischen Membran ein ringförmiger Raum, durch den das Druckmittel von einer Öffnung zur anderen fließt. Die-Dehnung der elastischen Membran und damit dasRingvolumen ist abhänGig vom Mediendruck.
• Der Rotor besteht aus einer ,felle (4), die durch die Mitte der starren Scheibe gef½t wird und dort drehbar gelagert ist (5), an der radial mindestens zwei Arme (6) befestigt sind. Auf jedem Arm sitzt eine kegelförmige, drehbar gelagerte Rolle (7).
• Mit Hilfe einer Spannvorrichtung (8) wird der Rotor axial gegen den Stator gepresst, so daß die Kegelrollen die elastische Membran an den Berührungsstellen gegen die starre Wand drücken und an dieser Stelle radiale Abdichtungen erzeugen. Dadurch wird der ringförmige Raum in mindestens drei Räume unterteilt. Die Zahl der Teilräume verringert sich um eins,. wenn gerade eine Kegelrolle eine Grenzlinie Überrollt.
• Arbeitsweise als Motor An die Anschlußöffnungen (A,B) werden unterschiedliche Mediendrücke gegeben. Die Zwischen den Regelrollen entstehenden Druckmittelvolumina üben eine Kraftwirkung auf die einzelnen Rollenarme aus, es entsteht ein Motormoment im Umlaufsinn des Druckmittels. Bei Anlegung von mehreren radialen Grenzlinien muß die Anordnung der Rotorarme so gewählt sein, daß beim Überrollen einer Grenzlinie durch eine Kegelrolle stets andere Fegelrollsen die übrigen Arbeitsräume teilen, so daß kein toter Punkt entsteht.
• Arbeitsweise als Pumpe Die Rotorwelle wird mechanisch gedreht; es entsteht ein Druckgefälle zwischen den Anschlußöffnungen (A,B) im Umlaufsinn des Rotors. Bin absoluter Mindestansaugdruck muß dabei gegeben sein.
• Regelungsmöglichkeit Dazu wird Rotor und Stator von einem absolut druckdichten Gehäuse umgeben. Das Gehäuse wird mit einer Flüssigkeit.von einem bestimmten Volumen gefüllt. Auf diese Weise wird das Ringvolumen auf einen maximalen Wert begrenzt. Durch Veränderung der Gehäusefüllung kann das Maß der Dehnung der elastischen Membran und damit die Querschnittsfläche des Ringvölumens eindeutig festgelegt werden. Dabei ist es vorteilhaft Rotor und Stator mit einer Vielzahl von Kegelrollen bzw.
• Grenzlinien und dazugehörigen öffnungen auszulegen am die pulsierende Strömung zu glätten.
• Eine andere Möglichkeit der Regelung der wirksamen Querschnittsfläche besteht darin das Gehäuse mit einen fest einstellbaren absoluten Druck oder'einem relativen Druck zum Arbeitadruck zu beaufschlagen.
• Dadurch entsteht ein ruhiger lauf, jedoch existiert dann keine obere GrenZe für die flembrandehnung.
• Kombination m.elrerer Traschinen Parallelachaltung mehrer Maschinen auf einer Welle bietet-sich an. Kabel ist es vorteilhaft jeweils zwei Maschinen derart zu koppeln, daß jeweils ein arm-zwei tegelrollen trägt, die sich auf zwei außen liegenden Statoren abstützen. Auf diese Weise können die hxialkräfte- am Rotor aufgehoben werden. Durch Verspannung der Statore miteinander können auch die auf den einzelnen Stator wirkenden Kräfte aufgefangen werden.
• Eine rohrförmige Ummantelung und Abdichtungen an der Welle schafft aüf einfache Weise ein zur -Regelung notwendiges Druckgehäuse Ebeso läßt sich ein stufenlos regelbares Getriebe zusammenstellen, bei dem Pumpen und Motorteil in einem rohrförmigens kompakten Gehäuse liegen, wobei Antriebs-bzw. Abtriebswelle auf einer zentralen Linie liegen.
• Andererseits kann man auch eine zentrale Pumpenmaschine mit mehreren I-Iotormaschinen, die z.B. direkt an anzutreibenden Rädern befestigt werden, koppeln. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn man die Funktion von Rotor und Stator als drehender bzw, fester Teil vertauscht. Jedoch ist es dann notwendig das Druckmittel über Hohlwellen zu-und abzuführen.
• Vorteile Die erfindunggemäße Maschine schließt die obengenan--.
• neten Nachteile anderer Konstruktionen aus. Sie erlaubtes insbesondere mit Flüssigkeiten geringer Viskosität zu arbeiten, z.B. mit Wasser, was den Wirkungsgrad entscheidend verbessert.
• Die Konstruktion gestattet niedrigste Drehzahlen (wegen entfallender Leckverluste) bei hohem Drehmoment (ianger Hebelarm). Die durch die genannte Regelungsmöglichkeit begrenzte Membrandehnung erlaubt es mit hohen Drückern zu arbeiten.
• Die Maschine arbeitet problemlos bei Verunreinigungen und ist praktisch verschleißlos.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Axiale Druckmittelrotationsmaschine mit einer ringförmigen Membran, dadurch gekennzeichnet, daß sie einerseits einen Stator aufweist, der aus einer starren, kreisflächigen Platte besteht, die mit einer ringförmigen, elastischen Membran an den Rändern und an mindestens einer radialen linie, an deren beiden Seiten Öffnungen durch die starre Platte angelegt sind, fest verbunden ist, andererseits einen Rotor aufweist, der aus einer Welle, drehend gelagert im Mittelpunkt der starren Scheibe, besteht, die mindestens zwei radial endende Arme trägt, die ihrerseits drehbar gelagerte Kegelrollen tragen, die so angebracht sind, daß sie beim gleichmäßigen Abrollen auf dem Stator unter axialer Anpressung ihrerseits radiale Dichtlinien zwischen der Membran und der starren Scheibe erzeugen, so daß bei Beaufschlagung der Öffnungen mit unterschiedlichem Mediendruck durch die entstehenden Arbeitsräume eine Kraitwirkung auf die Segelrollen ausgeübt wird, die den Rotor zur Drehung veranlassen, oder bei Drehung der Rotorwelle ein Druckunterschied an den O-ffnungen entsteht und ein Druckmittel eines gewissen absoluten Mindestdruckes gefördert wird.

2. Axiale DrucIittelrotationsTiscriine mit einer ringförmigen Membran nach Anspruch 1, dadurch gelcennzeichnet, daß jeder Arm statt einer egel-olle eine Vielzahl einzeln drehender Rollen trägt, die beim Abrollen auf dem Stator unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit haben.

3. Axiale Druckmittelrotationsmaschine mit einer ringförmigen Membran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine von einem absolut druckdichten Gehäuse umgeben ist, das von außen mit einer bestimmten, einstellbaren Menge Flüssigkeit gefüllt werden kann, oder das, ebenfalls von außen mit einem einstellbaren Druck-beaufschlagt werden kann, um so die Dehnung der Membran zu begrenzen oder zu steuern bzw. zu regeln.

Lee se te