DE2523298A1

DE2523298A1 - Rotationsverdraengerpumpe bzw. -motor

Info

Publication number: DE2523298A1
Application number: DE19752523298
Authority: DE
Inventors: Mahito Dipl Ing Kunogi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-06
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1975-12-18
Also published as: GB1464323A; JPS5849714B2; FR2273962A1; FR2273962B3; JPS50156008A

Description

MÜLLER-BORG · GROENtNG DEUFEL · rCHÖN · HERTEL BRAUNSCHWEIG · MÖNCHEN · KÖLN

Hl/K 1147

Dr. W. Müller-Bor« · Braunschwelg H. Groenlng, Dlpl.-Ing. · München Dr. P. Deufel, Dipl.-Chem. · München Dr. A. Schön, Dlpl.-Chem. ■ München Werner Hertel, Dipl.-Phys. · Köln

2a MAI 1975

Mahito K u η ο g i

83, Nanzan, Hiroji-cho, Showa-ku, Nagoya-shi Aichi-ken, Japan

Rotationsverdrängerpumpe "bzw. -motor

Die Erfindung "betrifft eine Eotationsverdrängerpumpe oder einen -motor. Die Erfindung "bezieht sich insbesondere auf eine Hydraulikpumpe oder einen Hydraulikmotor mit einem Drehnockenkörper, wobei die Anordnung eine nicht-pulsierende, konstante Ausgangsleistung haben soll, d. h. eine konstante Förderleistung im Volumen im Falle einer Pumpe oder ein konstantes Drehmoment im Falle eines Motors. Die Anordnung soll auch verwendbar sein, wenn abgestuft bzw. stufenweise steuerbare Ausgangsleistungen erforderlich sind.

Im allgemeinen ist die Ausgangsleistung einer Pumpe oder eines Motors mit einer hydraulischen Hubeinrichtung bzw. einer hin und her gehenden hydraulischen Einrichtung von einer Pulsation begleitet, so daß deshalb eine Kolbenpumpe bekanntlich mit mehreren Kolben von einer ungeraden Zahl wie 5i 7> 9 oder 11 ausgestattet ist, und zwar entweder in einer axialen oder einer radialen Kolbenanordnung, um die Pulsation zu vermindern, die gewöhnlich eine Vibration, entsprechende Geräusche und/oder Leckverluste hervorrufen kann. Im Falle eines Hydraulikmotors kann

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eine Pulsation ein ungleichförmiges Drehmoment oder eine ungleichförmige Rotation hervorrufen.

Ein "bekanntes System einer herkömmlichen Roationspumpe oder eines entsprechenden Motors ist schematisch in der Fig. 1 dargestellt, und diese Anordnung entspricht der Einrichtung nach der britischen Patentschrift 1 368 421, welche ein zylindrisches stationäres Gehäuse 1 aufweist, weiterhin einen darin gleitbar angeordneten Nockenkörper 2 hat und ein Paar von Blättern aufweist, welche gleitbar in dem Gehäuse geführt sind und derart angeordnet sind, daß sie auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses diametral angeordnet sind, um einen Gleitkontakt mit dem Nockenkörper unter Druck zu bilden. Bei einer Umdrehung des Nockenkörpers 2 wird eine intermittierende Fördermenge Qi von einem Paar von Austrittsöffnungen A und B geliefert, wie es im Diagramm der Fig. 2 durch eine durchgezogene' Linie oder einen schraffierten Bereich veranschaulicht ist. Um eine solche intermittierende Förderleistung oder eine Pulsation zu vermeiden, ist es daher erforderlich, einen weiteren Rotationspumpensatz derselben Größe mit einer Phasenverschiebung von 90° vorzusehen, welcher eine weitere intermittierende Förderung gemäß einer gestrichelten Linie im Diagramm der Fig. 2 liefert. Die Kombination führt zu einer vergrößerten Länge der gesamten Pumpe in axialer Eichtung, und sie weist hinsichtlich .Raum und Kosten Nachteile auf.

Aufgabe der·Erfindung ist es hauptsächlich, eine Rotationsverdrängerpumpe oder einen -motor zu schaffen, und zwar in der Weise, daß eine konstante Ausgangsleistung (Förderleistung oder Drehmoment) mit einer* einzigen Einheit gewährleistet ist (einem Satz eines Rotors und einem Gehäuse).

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Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Rotationsverdrängerpumpe oder ein -motor geschaffen w.erden, welche derart aus- . gebildet sind, daß in selektiver Weise in abgestuft bzw. stufenweise steuerbaren Kapazitäten der Ausgangsleistung gearbeitet werden kann (stufenweiser Betrieb)^ wobei beispielsweise im Falle von zwei Paaren von Blättern mit einem Verhältnis 1 : 2 und im Falle von drei Paaren von Blättern im Verhältnis 1:2:5 gearbeitet werden kann.

Weiterhin soll gemäß der Erfindung eine Pumpe bzw. ein Motor geschaffen werden, wobei bei vergrößerter Anzahl der Paare der Blätter und/oder bei vermindertem Verhältnis zwischen dem größeren Radius r^ und dem kleineren Radius r₂ des Nockenkörpers erhöhte Ausgangsleistungen erreichbar sind.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1. einen Vertikalschnitt durch eine herkömmliche Rotationsverdrängerpumpe oder einen entsprechenden Motor,

Fig. 2 ein Förderdiagramm einer Pumpe gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Pumpe gemäß der Erfindung mit einem Paar von Blättern,

Fig. 4- ein Förderdiagramm der in der Fig. 3 dargestellten Pumpe,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe mit zwei Paaren von Blättern,

Fig. 6 ein Förderdiagramm.der in der Fig. 5 dargestellten Pumpe und

Figl 5' einen Vertikalschnitt durch einen Motor als Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei Paaren von Blättern.

Gemäß Fig. 3, welche in schematischer Darstellung eine Ausführungsform gemäß der Erfindung veranschaulicht, weist eine Rotationspumpe ein stationäres Gehäuse 1 auf, in welchem eine zylindrische Bohrung angebracht ist, in welchem weiterhin ein drehbarer Nockenkörper 2 gleitbar in der Bohrung bewegbar ist und in welchem ein Paar von Blättern 3 gleitbar im Gehäuse geführt sind und diametral auf gegenüberliegenden Seiten der Bohrung derart angeordnet sind, daß sie unter Druck einen

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Gleitkontakt mit dem Nockenkörper herstellen. Weiterhin ist eine Saugleitung 4 angeschlossen, welche die Saugöffnungen As und Bs verbindet, sowie eine Austrittsleitung 5? welche die Austrittsöffnungen Ad und Bd verbindet.

Ein Paar von Blättern sind gewöhnlich einander gegenüber in radialer Richtung zur Bohrung angeordnet oder leicht geneigt gegenüber der radialen Richtung, und zwar im Gehäuse einer Pumpe.

Federn (welche nicht dargestellt sind) können vorgesehen sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist, und zwar auf der Rückseite des Blattes, um einen Andruck gegen die Außenfläche des Nockenkörpers zu gewährleisten.

Die Kontur des Nockenkörpers 2 ist derart ausgebildet, daß die Abschnitte mit dem größeren Radius eine gleiche Umfangsneigung haben, während die gleiche Anzahl von Abschnitten mit kleinerem Radius in alternierender Folge mit den Abschnitten des größeren Radius auf dem Umfang mit gleicher Neigung angeordnet sind, wobei Zwischenabschnitte vorhanden sind, welche die Abschnitte mit. größerem Radius mit den Abschnitten mit kleinerem Radius glatt verbinden. Die Abschnitte mit größerem Radius stehen in Gleiteingriff mit der Innenfläche der Bohrung des stationären Gehäuses, und demgemäß ist der größere Radius im wesentlichen gleich dem Innenradius der Bohrung. Somit weist der Nockenkörper drei vorspringende Abschnitte und die gleiche Anzahl von weniger stark vorspringenden Abschnitten oder rückspringenden Abschnitten auf (nachfolgend einfach als rückspringende Abschnitte oder als Ausnehmungen bezeichnet). Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der rückspringenden Abschnitte um eins größer ist als die Anzahl der Blätter, d. h., bei einem

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Paar von Blättern sind drei rückspringende Abschnitte vorhanden.

Die Kontur des Nockenkörpers, welche gemäß den obigen Erläuterungen zwei koaxiale Radien r. und r~ aufweist, unterstützt eine konstante Förderleistung.

Während der Nockenkörper 2 mit einer konstanten Geschwindigkeit rotiert, und zwar gemäß dem Pfeil (im Uhrzeigersinn), liefert eine Umdrehung aus der Austrittsöffnung Ad gemäß Fig. 4- intermittierend die dreifache Menge, im Vergleich zu der Fläche, welche durch die durchgezogene Linie Ad gegeben ist und dieselbe Menge, wie sie durch die gestrichelte Linie Bd festgelegt ist, aus der anderen Austrittsöffnung Bd, und zwar mit einer Phasenverschiebung von 60 . Diese zwei Ausgangsmengen werden durch eine Förderleitung 5 zu einer vollkommen konstanten Austrittsmenge Qc vereinigt, wie es"in der Fig. 4- aus dem schraffierten Bereich ersichtlich ist.

Es ist ersichtlich, daß zwischen den Fig. 1 und 3 keine wesentliche Differenz zu bestehen scheint, außer hinsichtlich der Anzahl der vorspringenden oder rückspringenden Abschnitte des

Nockenkörpers, während die Anzahl der Blätter dieselbe ist, eine entscheidende Differenz besteht jedoch zwischen den Fig. 2 und 4, d. h., die erstere liefert nur eine intermittierende Menge Qi mit einem einzigen Rotor, während die andere mit einem einzigen Rotor eine vollkommen gleichförmige und konstante Menge Qc liefert.

Die Fig. 5 zeigt eine weiifere Ausführungsform gemäß der Erfindung, und zwar in Form einer Pumpe, welche zwei Paare von Blättern 3 aufweist, wobei jedes der Blätter in Umfangsrichtung mit gleicher Neigung angeordnet ist und ein Nockenkörper 2 vorhanden

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ist, dessen Kontur aus fünf vorspringenden Abschnitten und einer gleichen Anzahl von rückspringenden Abschnitten gebildet wird, wobei jede der Abschnitte in alternierender Folge in bezug auf die vorspringenden Abschnitte auf der Peripherie angeordnet ist, einschließlich von Zwischenabschnitten, durch welche die Abschnitte mit größerem und mit kleinerem Radius jeweils glatt miteinander verbunden werden. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Blätter, mit anderen Worten, die Anzahl der vorspringenden oder der rückspringenden Abschnitte gleich (2n + 1) ist, d. h., um eins größer als die Anzahl der Blätter 2n, wobei η die Anzahl der Paare von Blättern ist, d. h. η ist eine ganze Zahl.

Wenn sich der Nockenkörper 2 in der durch einen Pfeil gekennzeichneten Richtung mit konstanter Geschwindigkeit dreht, liefert die öffnung Ad und die gegenüberliegende öffnung Bd gemäß Fig. 6 eine Fluidmenge, welche dem fünffachen derjenigen Menge entspricht, welche einer Fläche zugeordnet ist, die durch eine durchgezogene Linie Ad festgelegt ist, bzw. einer Fläche, welche durch eine gestrichelte Linie Bd festgelegt ist, und zwar mit einer Phasendifferenz von 36° dazwischen. Diese zwei intermittierenden Strömungen von den öffnungen Ad und Bd werden durch eine Verbindungsleitung 5 zu einer völlig gleichförmigen und konstanten Strömung vereinigt. In derselben Weise werden die zwei intermittierenden Strömungen von den öffnungen Cd und Dd durch eine Verbindungsleitung 6 zu einer weiteren vollkommen gleichförmigen und konstanten Strömung vereinigt. Durch Verwendung eines Richtungssteuerventils 7 können die zwei Strömungen entweder in einer Austrittsleitung 8 vereinigt werden oder es liefert nur eine Strömung, nämlich beispielsweise die Leitung alleine, Hochdruckfluid in die Leitung 8, und zwar im Bypass zu der Leitung 6 in den Behälter T.

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Es sei darauf hingewiesen, daß bei einer Pumpe mit drei Faaren von Blättern und drei Paaren von Fluiddurchgängen, von denen jeder mit einem Paar von Austrittsöffnungen verbunden ist, welche jeweils zueinander diametral gegenüber angeordnet sind, die drei abgestuft verschiedenen Mengen (aufgeteilte Förderung), deren Verhältnis 3:2:1 beträgt, dann erreicht werden können, wenn die Durchgänge mit höherem Druck durch eine Richtungsventilsteuereinrichtung jeweils selektiv gesteuert werden. In derselben Weise kann das aufgeteilte Verhältnis auf 4 : J : 2 : 1 oder auf 5 : 4- : 3 : 2 : 1 erhöht werden usw., indem die Anzahl der Paare von Blättern erhöht wird.

Die Kapazität Q einer Rotationsverdrängerpumpe kann theoretisch aus der folgenden Gleichung bestimmt werden:

Q = -γ- (r. - r« ) x (axiale Breite des Nockenkörpers) χ U/min

χ (Anzahl der Blätter),

wobei Ty, und r~ der größere bzw. der kleinere Radius des Nockenkörpers sind.

Wenn daher die Größe des Nockenkörpers konstant gehalten wird, kann die Kapazität Q der Pumpe ansteigen, wenn die Anzahl der Blätter erhöht wird und/oder der Eadius Tp verkleinert wird. Um die Kapazität zu erhöhen, ist es jedoch zweckmäßiger, das Verhältnis τ*/τ ^ zu vermindern, wobei es leicht möglich ist, die Blattzahl zu erhöhen und die Anzahl der Blätter zu vergrößern.

Bei einem Hydraulikmotor mit geringer Geschwindigkeit und hohem Drehmoment gemäß der Erfindung können das gleichförmige und konstante Drehmoment sowie die abgestuft steuerbaren Drehmomente (bei aufgeteilter oder schrittweise Verwendung) erzeugt

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werden, wenn das Aufteilungsverhaltnis oder das Teilungsverhältnis in diesem Fall 3:2:1 "beträgt. Dieses Teilungsverhältnis ändert sich natürlich in Abhängigkeit von der Anzahl der Blätter, wie es oben bereits ausgeführt wurde.

Ein Hydraulikmotor gemäß der Erfindung ist in der Fig. 5' dargestellt. Für einen konstanten Eingangsdruck, der üblicherweise konstant gehalten wird, gewährleistet ein Paar von Blättern ein konstantes Drehmoment, und die Anzahl der Paare von Blättern ermöglicht es, das Drehmoment (Ausgangsleistung) proportional zu der Anzahl der Paare zu vergrößern, und zwar in der gleichen Weise wie im Falle der Pumpe gemäß der Erfindung. Das Drehmoment kann stufenweise oder abgestuft durch eine Richtungssteuerventileinrichtung wie 7' gesteuert werden, und zwar in derselben Weise wie im Falle der Pumpe. Ein Prüfventil 9, eine herkömmliche Einrichtung, um einen Eückdruck zu halten, ist zweckmäßig, um Kavitationserscheinungen zu vermeiden.

Die Fig.4 und 6 zeigen die Änderunq der Förderung über dem Drehwinkel in dem Fall der Pumpe und die Änderung des Drehmomentes in einem anderen Maßstab im Fall des Motors. Der erfindungsgemäße Motor ergibt ein konstantes Drehmoment oder abgestuft gesteuerte Drehmomente, die jeweils gleichförmig konstant sind, ab.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit eine Pumpe mit konstanter Förderung oder ein Motor mit konstantem Drehmoment und es steht eine sprungweise bzw. Unterteils Nutzung für eine Vielzahl von Paaren von Blättern zur Verfügung.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Λ.JRotationsverdrängerpumpe bzw. -motor mit einem stationären Gehäuse, in welchem eine zylindrische Bohrung angebracht ist, wobei ein drehbarer Nockenkörper gleitbar in der Bohrung angeordnet ist, wobei weiterhin einzelne Blätter gleitbar in dem Gehäuse angeordnet sind, und zwar im wesentlichen zueinander diametral auf gegenüberliegenden Seiten der Bohrung, um mit dem Nockenkörper unter einem Druck in Gleitkontakt zu stehen, und wobei eine Ansaugöffnung und eine Austrittsöffnung auf den benachbarten gegenüberliegenden Seiten von jedem der Blätter vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Paar von Blättern (2n, wobei η die Anzahl der Blätter darstellt und eine ganze Zahl ist) vorgesehen ist, daß jedes der Blätter in Umfangsrichtung mit einer gleichen . Steigung bzw. Neigung angeordnet ist, daß weiterhin der Nockenkörper eine Vielzahl von vorspringenden Abschnitten und dieselbe Anzahl von rückspringenden Abschnitten aufweist, die abwechselnd auf seinem Umfang angeordnet sind, und daß diese Anzahl um eins größer ist als die Gesamtzahl der Blätter (2n + 1).
2. Pumpe bzw. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Paare von Blättern vorgesehen sind, daß weiterhin eine Vielzahl von Fluiddurchgängen vorhanden sind, von denen jeder ein Paar von Austrittsöffnungen, die einander diametral gegenüberliegen, und ein Paar von diametral gegenüber angeordneten Ansaugöffnungen jeweils miteinander verbindet und daß eine Richtungssteuereinrichtung

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vorgesehen ist, welche dazu dient, in selektiver Weise die Vielzahl von Fluiddurchgängen höheren Drucks zu · · verbinden.

3· Pumpe bzw. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Radius der vorspringenden Abschnitte des Nockenkörpers im wesentlichen gleich dem Innenradius des stationären Gehäuses ist, daß die zurückspringenden Abschnitte einen kleineren koaxialen Radius haben und daß Zwischenabschnitte vorgesehen sind, welche die Abschnitte mit größerem Radius und die Abschnitte mit kleinerem Radius glatt miteinander verbinden.

4-. Pumpe bzw. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur proportionalen Erhöhung der Ausgangsleistung eine Vielzahl von Blattpaaren vorgesehen sind, wobei zugleich das Verhältnis zwischen dem größeren Radius und dem kleineren Radius vermindert ist.

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