DE3335879C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Rotationskolbenmaschine und insbesondere auf eine Flügelzellenmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Aus der US-PS 32 72 138 ist bereits eine Flügelzellenpumpe bekannt, bei der ein Rotor in einem Gehäuse gelagert ist, welches aus einem Deckel- und einem Flanschteil aufgebaut ist und einen den Rotor radial umschließenden Gehäusemittelteil bildet. Bei einer solchen Pumpe besteht die Gefahr des Überhitzens und auch des Fressens, und zwar dann, wenn die Pumpe mit oder nahe der Nullförderung betrieben wird. Dieses Problem tritt insbesondere bei Pumpem mit hoher Kapazität auf. Um diese Überhitzung zu vermeiden, wird in dieser Patentschrift ausgeführt, müßte der Leckölfluß erhöht werden, was allerdings ein erhöhtes Axialspiel erforderlich macht. Dies führt dazu, daß die Pumpe einen geringeren Wirkungsgrad aufweist. Zweck und Ziel der Erfindung gemäß der genannten U.S. Patentschrift besteht darin, nicht nur Mittel vorzusehen, um eine hinreichende Zirkulation von Strömungsmittel von der Hochdruckzone der einstellbaren Pumpe dann vorzusehen, wenn die Pumpe unter den Bedingungen der Nullförderung betrieben wird, sondern daß man dies auch in einer den Wirkungsgrad der Pumpe nicht verschlechternden Art und Weise bewirkt. Zur Lösung des Überhitzungsproblems wird eine gesteuerte Verbindung zwischen dem Raum innerhalb des Hubrings und einem Abfluß vorgesehen. Insbesondere wird eine flache Ausnehmung an der Innenoberfläche einer der den Rotor umgehenden Scheiben ausgebildet. Durch diese Ausnehmungen steht der Abfluß mit der Druckzone der Pumpe in Verbindung. Dieser Patentschrift ist ferner zu entnehmen, daß aus der Druckzone entweichendes Druckmittel durch eines der Lager des Rotors und sodann zum Abfluß fließt. Ferner fließt von der entgegengesetzten Seite des Rotors kommendes Druckmittel durch das andere Lager des Rotors durch Durchlaßmittel zum hohlen Innenraum des Pumpenkörpers, um von dort durch einen Durchlaß abzufließen, der zum Gehäuseabfluß führt. Würde beim Durchfließen des hohlen Innenraums des Pumpenkörpers eine Erwärmung des Hubrings bewirkt, so würde dieser gegen die ihn begrenzenden Scheiben drücken, so daß dessen seine Bewegung voraussetzende Arbeitsweise gestört würde.

Somit muß bei den bekannten hydraulischen Maschinen und auch bei der gemäß der oben genannten US Patentschrift der Rotor ein verhältnismäßig großes Laufspiel bezüg­ lich der zugeordneten Gehäuseteile aufweisen, damit durch unterschiedliche Wärmeausdehnung von Rotor und Gehäuse keine Nachteile auftreten. Beim Start beispiels­ weise einer kalten Pumpe zeigen die Rotortemperatur T _R (gemessen im Bereich der Rotorbreite) und die Tempera­ tur T _G des Gehäuses im Bereich des Rotors (z. B. die Temperatur T _G des Gehäusemittelteils) einen von der Zeit abhängigen, stark unterschiedlichen Verlauf. Dies hat zur Folge, daß sich zu einem bestimmten Zeitpunkt eine sehr große Temperaturdifferenz T _R -T _G ergibt, so daß infolge der Wärmedehnung eine Verringerung des Axialspiels zwischen Rotor und den zugehörigen Plan­ flächen des Gehäuses auftritt. Um ein Fressen des Ro­ tors zu diesem genannten Zeitpunkt zu verhindern, muß daher das Axialspiel entsprechend groß gewählt werden, was zu einer Erhöhung der volumetrischen Verluste und zu einer Verminderung des Wirkungsgrads führt.

Aus der DE-OS 7 09 567 ist bereits eine Drehkolbenmaschine bekannt, die insbesondere für einen Luft- oder Gasverdichter vorschlägt, daß die durch die Verdichtung erwärmte Luft unmittelbar nach der Verdichtung durch einen Heizmantel des Verdichtergehäuses geleitet wird. Durch die Erwärmung des Gehäuses wird dabei eine der Ausdehnung des Läufers entsprechende Ausdehnung des Gehäuses bewirkt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich demgegenüber auf eine hydrostatische Rotationskolbenmaschine, bei der nicht das Arbeitsmedium, sondern vielmehr Lecköl zum schnellen Aufheizen eines Gehäusemittelteils verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Rotationskolbenmaschine, insbesondere eine Flügelzellenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß das Axialspiel zwischen Rotor und Gehäuseseitenteilen so klein wie möglich gehalten wird, ohne daß es bei unterschiedlichen Betriebszuständen (besonders beim Anfahren) zum seitlichen Anlaufen des Rotors an den Gehäuseseitenteilen kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer hydrostatischen Rotationskolbenmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und es wird insbesondere in einfacher Weise erreicht, daß die hydrostatische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 geringe volumetrische Verluste sowie einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie A-B gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung der Temperatur bestimmter Bau­ teile der Pumpe abhängig von der Zeit.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Flügelzellenpumpe 13 schematisch dargestellt. Die Flügelzellenpumpe 13 besteht aus einem Gehäuse 18, in dem ein auf einer Welle 19 ange­ ordneter Rotor 1 drehbar gelagert ist. Die Welle 19 ragt beidseitig aus dem Rotor 1 heraus und ist mit ihrem im Ge­ häuse 18 endenden Ende mittels eines Lagers 6 gelagert, während das aus dem Gehäuse 18 herausragende Ende der Welle 19 mittels eines Lagers 20 gelagert ist. Die Brei­ te des Rotors 1 ist mit b _R bezeichnet. Der Rotor 1 trägt an seinem Außenumfang in bekannter Weise Flügel 17, von denen aus Gründen der Einfachheit nur einige dargestellt sind. Die freien Enden dieser Flügel 17 stehen mit dem In­ nenumfang eines Hubrings 16 in Berührung. Der Hubring 16 ist zur Einstellung der Fördermenge in bekannter Weise längs der Querachse 21 (Fig. 2) verstellbar. Ferner kann der Hubring 16 auch zur Einstellung des Ansaugzeitpunkts in Richtung der Achse 22 verstellbar sein, die ihrerseits senkrecht zur Querachse 21 verläuft. Ebenfalls aus Grün­ den der Einfachheit ist die Lagerung des Hubrings 16 in­ nerhalb des Gehäuses 18 nicht im einzelnen dargestellt.

Das Gehäuse 18 besteht im dargestellten bevorzugten Aus­ führungsbeispiel aus einem Deckel 23, einem Gehäusemittelteil 2 und einem Flanschteil 25, so daß sich ingesamt der in Fig. 1 gezeigte sandwichartige Aufbau ergibt.

Im Deckel 23 ist ein Einlaß 14 ausgebildet, der mit dem Ansaugraum 26 der Pumpe 13 in Verbindung steht. Bei Drehung des Rotors 1 im Uhrzeigersinn - vgl. Fig. 2 - wird das im Ansaugraum 26 befindliche Strömungsmittel, beispielsweise Drucköl, fortlaufend angesaugt und erreicht schließlich den Druckraum 5, von wo aus das auf Systemdruck gebrachte Hydrauliköl durch Auslaß 15 aus der Pumpe 13 austritt.

Planflächen 3 bzw. 4 sind an den jeweiligen Innenseiten des Deckels 23 bzw. des Flanschteils 25 ausgebildet und liegen parallel zu entsprechenden Planflächen des Rotors 1. Der Abstand dieser beiden Planflächen 3 und 4 ist mit b _G be­ zeichnet und wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 im wesentlichen durch das Gehäusemittelteil 2 bestimmt. Das Lauf­ spiel des Rotors 1 ergibt sich somit aus der Differenz der Maße b _G -b _R (vgl. Fig. 1).

Beim Start der kalten Pumpe ergeben sich für die Tempera­ turen T _R des Rotors 1 (gemessen im Bereich der Rotorbreite b _R ) und die Temperatur T _G des Gehäusemittelteils 2 stark unter­ schiedliche zeitliche Abhängigkeiten, die in Fig. 3 sche­ matisch dargestellt sind. Man erkennt, daß sich zu einem bestimmten Zeitpunkt t ₁ eine sehr große Temperaturdifferenz T _R -T _G ergibt. Diese große Temperaturdifferenz führt in­ folge der Wärmeausdehnung zu einer Verringerung des Axial­ spiels zwischen Rotor 1 und den Planflächen 3 und 4. Um ein Fressen des Rotors 1 zum Zeitpunkt t ₁ der großen Tem­ peraturdifferenz zu verhindern, muß das Axialspiel ent­ sprechend groß gewählt werden, was zu einer Erhöhung der volumetrischen Verluste und zu einer Verminderung des Wir­ kungsgrads führt.

Nach der Erfindung wird der mittlere Teil des Gehäuses, im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1 der Gehäusemittelteil 2, erwärmt. Diese Erwärmung des Gehäusemittelteils 2 führt dazu, daß kaum eine Verringerung des Axialspiels zwischen Rotor 1 und Plan­ flächen 3 und 4 auftritt. Hierfür wird das in der Pumpe 13 ohnehin vorhandene Hydrauliköl zur Erwärmung verwendet, und zwar findet insbe­ sondere das Lecköl Verwendung, welches in einer hydrosta­ tischen Maschine die höchste in dieser Maschine auftretende Öltemperatur besitzt. Um dieses Lecköl zum Heizen des Ge­ häusemittelteils 2 heranziehen zu können, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 insbesondere folgendes vorgesehen.

Der größte Teil des Lecköls strömt bekanntlich vom Druck­ raum 5 durch den Spalt zwischen Planfläche 4 und der be­ nachbarten Planfläche des Rotors 1, um sodann durch das Lager 6 zu einem Raum 27 zu gelangen. Bei den übli­ chen Flügelzellenpumpen läuft das Lecköl von diesem Raum 27 durch eine nicht gezeigte Axialbohrung in der Wel­ le 19 zu dem aus dem Gehäuse austretenden Ende der Welle 19, und vor dort gelangt das Lecköl über eine ebenfalls nicht gezeigte Querbohrung über Leckölanschluß 11 zum Tank 12.

Erfindungsgemäß wird nun das Lecköl, und zwar insbesondere das im Raum 27 befindliche Lecköl, zur Erwärmung des Gehäusemittelteils 2 verwendet. Zu diesem Zweck ist im Deckel ein vom Raum 27 ausgehender, im Deckel 23 in das Pumpengehäuse hineinverlaufender Zuführkanal 7 ausgebildet, der an der inneren Planfläche 4 des Deckels 23 endet. Der Zuführkanal 7 endet im Bereich des Gehäuse­ mittelteils 2. Vorzugsweise ist in der auf die Planfläche 4 hinweisenden Planfläche des Gehäusemittelteils 2 ein Ringkanal 8 ausgebildet, der - vgl. Fig. 2 - nicht ge­ schlossen ist. Auf der entgegengesetzt liegenden Planflä­ che des Gehäusemittelteils 2 ist ebenfalls ein nicht geschlossener Ringkanal 8 a ausgebildet. Ringkanal 8 steht mit Ringkanal 8 a über Bohrungen 9 in Verbindung. Mehrere Bohrungen 9 sind über den Umfang hinweg vorgesehen, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Das über Zu­ führkanal 7 dem Ringkanal 8 zugeführte Lecköl läuft durch die Bohrungen 9 und gelangt sodann in den Ringkanal 8 a, von wo aus das Lecköl über einen Kanal 10 zum Leckölan­ schluß 11 und schließlich zum Tank 12 geleitet wird. Der Kanal 10 ist im Flanschteil 25 ausgebildet und hat sein Einlaßende im Bereich des Ringkanals 8 a. Das Auslaßende endet beispielsweise in einem Raum benachbart, aber nach außen versetzt gegenüber dem Lager 20, von wo aus das Lecköl sodann zum Leckölanschluß 11 fließen kann.

Infolge des Durchströmens der Kanäle 8 und 8 a und insbe­ sondere dadurch, daß das erhitzte Lecköl durch die Boh­ rungen 9 fließt, wird ein Teil der im Lecköl enthaltenden Wärmeenergie an das Gehäusemittelteil 2 übertragen, wo­ durch dessen Temperatur T _G * der Rotortemperatur T _R mit geringer Verzögerung folgt, wie dies in Fig. 3 darge­ stellt ist. Auf diese Weise erreicht man, daß das Axial­ spiel während des Aufwärmvorgangs der Pumpe nahezu konstant ist.

Obwohl vorstehend die Erfindung anhand einer Flügelzellen­ pumpe beschrieben wurde und dafür auch bevorzugt wird, so sei doch darauf hingewiesen, daß die Erfindung in gleicher Weise auch bei einem Flügelzellenmotor Verwen­ dung finden könnte. Die Erfindung kann ferner auch bei anderen Kammerpumpen und Kammermotoren in gleicher Wei­ se Anwendung finden.

Claims (3)

1. Hydrostatische Rotationskolbenmaschine, insbesondere Flügelzellenmaschine
mit mindestens einem Rotor, der in einem Gehäuse drehbar gelagert ist, welches aus einem Deckel- und einem Flanschteil aufgebaut ist und einen den Rotor radial umschließenden Gehäusemittelteil bildet,
und mit sowohl im Deckel- als auch im Flanschteil angeordneten Leckölkanälen, die mit einer Leckölrückführung zum Tank in Verbindungen stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Lecköl vor seiner Rückführung zum Tank (12) zum Zwecke der Erwärmung des Gehäusemittelteils (2) durch darin befindliche Kanäle ( 8, 8 a, 9) geleitet wird.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gehäusemittelteil (2) befindlichen Kanäle als Ringkanäle (8, 8 a) ausgebildet sind.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemittelteil (2) als selbständiger Teil ausgebildet ist, an dessen Stirnflächen die Ringkanäle (8, 8 a) ausgebildet sind, die durch Bohrungen (9) miteinander in Verbindung stehen.