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Bei dieser Konstruktion sorgen die Halteflächen im Anschluß an die
Durchtrittsöffnung dafür, daß die federnden Rohrelemente lediglich geringfügig über
die Lauffläche nach innen vorstehen können. Der vorstehende Teil bildet wegen seiner
verhältnismäßig geringen Krümmung eine mit Bezug auf seine Breite flache Erhebung
im Zuge der Lauffläche. Nach dem Einbau des Rotors drückt dieser die Rohrelemente
gegen die Abstützflächen, wobei sich die Rohrelemente elastisch verformen und mit
einer entsprechenden Anpreßkraft am Rotor anliegen. Hierbei steht das Rohrelement
weniger stark, aber weiterhin mit einem sehr flachen Teil über die Lauffläche über,
so daß die Rotorflügel ohne Schwierigkeiten und ohne Geräusche oder störende Beeinflussungen
am Dichtelement vorbeigeführt werden können. Die hierbei von den Rotorflügeln auf
die Rohrelemente ausgeübten Zusatzkräfte können keine wesentliche Verlagerung des
Dichtelements bewirken, da dessen elastische Rückstellkräfte nach der Anlage an
den Abstützflächen stark ansteigen und überdies die im Innern des Rohrelements eingeschlossene
Menge der Hydraulikflüssigkeit einer Querschnittsverminderung Widerstand leistet.
Insgesamt kann mit einem sehr geringen Spiel zwischen Rotorumfang und den Minimum-Abschnitten
der Lauffläche gearbeitet werden, so daß
auch das schädliche Volumen.
das den Wirkungsgrad verringert. klein ist. obwohl wegen der Federeigenschaft auch
erhebliche Toleranzabweichungen in Katif gciio!0010tc11 werden kiinncn. l:in weiterer
Vorteil besteht darin. daLt zlls,itzlichc Federn entfallen. weil Dichtelcmcnt und
Feder durch das federnde Rohrelement gebildet werden.
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Besonders günstig ist es, wenn der Querschnitt der Statorausnehmungen
zumindest annähernd kreisförmig ist. weil sich dann eine gute Anpassung an die Rohrelemente
ergibt. Wenn der Querschnitt genau kreisförmig ist, vereinfacht sich auch die Herstellung,
weil die Statorausnehmungen durch eine einfache Bohrung erzeugt werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Rohrelemente einen
Längsschlitz auf, der auf der der Durchtrittsöffnung gegenüberliegenden Seite angeordnet
ist. Bei solchen geschlitzten Rohrelementen kann man unter anderem durch Wahl der
Schlitzbreite die im Normalbetrieb auftretende Anpreßkraft gegenüber dem Rotor sehr
genau festlegen. Die am Schlitzrand auftctenden Kanten legen sich mit hoher Flächenpressung
gegen die Abstützflächen an, so daß sich an diesen Stellen eine besonders gute Abdichtung
zwischen Druck- und Niederdruckseite ergibt. Außerdem ist die in den Innenraum des
Rohrelements eingesickerte Hydraulikflüssigkeit fest eingeschlossen, so daß auch
der Vorteil erhalten bleibt, daß diese eingeschlossene Flüssigkeit Formänderungen
des Rohrelements entgegenwirkt. Insbesondere kann der Schlitz so gewählt werden,
daß sich außerordentlich kleine Abstände zwischen Rotorumfang und Lauffläche ergeben.
trotzdem aber eine für die Abdichtung gerade ausreichende Anpreßkraft zwischen Rohrelement
und Rotor vorhanden ist.
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Damit der Längsschlitz seine Lage beibehält und nicht etwa in den
Bereich der Durchtrittsöffnung gelangt, muß das Rohrelement gegen Drehung gesichert
werden. Am einfachsten erfolgt dies durch ein Drehsicherungselement, das in den
Längsschlitz eingreift.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist beim Vorhandensein von
mindestens drei Dichtelementen der Rotor selbstzentrierend mit der Welle gekuppelt.
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Der Rotor stellt sich in eine Lage ein, die sich aufgrund der von
allen Rohrelementen ausgeübten Radialkräfte ergibt. Auf diese Weise ergeben sich
bei allen Dichtelementen annähernd gleiche Anpreßkräfte auf dem klcinstmöglichen
Niveau.
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Insbesondere kann die Kupplung ein gekrümmtes Polygonprofil nach
DIN 32711 haben. Derartige Profile führen zu einer Berührung an mindestens drei
über den Umfang versetzten Punkten, was einerseits zu der gewünschten Selbstzentrierung
führt und andererseits die Übertragung hoher Drehmomente zuläßt.
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Mit besonderem Vorteil haben die Minimal-Abschnitte der Lauffläche
einen konstanten Radius, der höchstens um 0,1 mm, vorzugsweise um weniger als 0.05
mm größer ist als der Rotorradius. Beim Vorbeilauf der Rotorflügel an den Rohrelementen
brauchen diese beiden Teile nur eine sehr kleine Ausweichbewegung durchzuführen,
die zusammen dem erwähnten Abstand entspricht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zcichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispicls näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine gemäß dem Schnitt l-l der Fig.
2, F i g. 2 eine Seitenansicht von Stator und Rotor ge-
mäß der Linic l l-l l del
Fig. I, F i g. 3 eine Seitenansicht ciiies Fndteils gciiiät der l.inic 111-111 der
l:ig Ii g. 4 eilt.8 Seitciiiiisiclli ciitci. / iscliciill.iiic ciii sprechend der
I Linie 1 l IV-IV der I i g. 1 Fig.S einen vergröl3erten Querschnitt durch ein Dichtelement
vor dem Einbringen des Rotors und F i g. 6 einen vergrößerten Querschnitt entsprechend
F i g. 5 nach dem Einbringen des Rotors.
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Die in den Figuren veranschaulichte hydraulische Flügelzellenmaschine
weist ein Gehäuse 1 auf. das aus einem Stator 2, zu dessen beiden Seiten angeordneten
Zwischenplatten 3 und 4 sowie zwei Endteilen 5 und 6 besteht. In zwei Lagern 7 und
8 ist eine Welle 9 gelagert, die drehfest mit einem Rotor 10 gekuppelt ist. Zu diesem
Zweck besitzt die Welle 9 einen Kupplungsabschnitt 11 mit einem Polygonprofil nach
DIN 32 711, das gekrümmte Seitenflächen hat, und der Rotor 10 eine entsprechende
Aufnahmeöffnung 12.
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Das Endteil 5 weist einen Anschlußstutzen 13 und einen damit verbundenen
Verteilerringraum 14, das Endteil 6 einen Anschlußstutzen 15 und einen damit verbundenen
Verteilerringraum 16 auf. Der Verteilerringraum 14 ist über Öffnungen 17 und Durchbrüche
18 in der Zwischenplatte 3 mit drei Verteilerräumen 19 im Stator 2 verbunden. Der
Verteilerringraum 16 ist über Anschlüsse 20 und Durchbrüche 21 in der Zwischenplatte
4 mit drei Verteilerräumen 22 im Stator 2 verbunden.
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Zwischen benachbarten Verteilerkammern 19 und 22 sowie den zugehörigen
Anschlußkanälen verlaufen in allen genannten Gehäusebauteilen sechs Bohrungen 23,
24 bzw. 25 zur Aufnahme vom Spannbolzen, welche die Teile des Gehäuses 1 axial zusammenhalten.
Dies geschieht unter Zwischenlage von Dichtringen 26 und 27.
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welche in Ringnuten 28 und 29 der Endteile 5 und 6 bzw.
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des Stators 2 angeordnet sind. Hierbei können die Zwischenplatten
3 und 4 mit Hilfe zusätzlicher Schrauben am Stator 2 befestigt werden. welche durch
Löcher 30 in der Zwischenplatte 4 gehen und in Gewindebohrungen 31 des Stators 2
eingreifen.
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Der Stator 2 besitzt am Innenumfang eine Lauffläche 32, die drei
sich je über 1200 erstreckende Sektionen besitzt, die je aus vier Abschnitten A
bis D bestehen.
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Der Maximal-Abschnitt B hat konstanten Radius und hat einen Abstand
vom Umfang 33 des Rotors 10. Der Minimal-Abschnitt D ist wesentlich kürzer. hat
ebenfalls einen konstanten Radius und ist dem Rotorumfang 33 dicht benachbart. Die
Übergangs-Abschnitte A und C haben zu- bzw. abnehmenden Radius. wobei der Verlauf
so gewählt ist, daß sie eine durch den Maximal-Abschnitt B unterbrochene Sinuskurve
ergeben, wobei die erste und die letzte Viertelwelle durch eine Sinus-Quadrat-Kurve
ersetzt ist. Von beiden Stirnseiten der Verteilerkammern 19 erstrecken sich Nuten
34 und 35 zu den Übergangs-Abschnitten A und von beiden Seiten der Verteilerkammern
22 erstrecken sich Nuten 36 und 37 zu den Übergangs-Abschnitten C.
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Der Rotor trägt zwölf Flügel 38, die radial geführt sind und je durch
eine Blattfeder 39 nach außen gegen die Lauffläche 32 gedrückt werden. Die Blattfedern
befinden sich in einem Druckraum 40, der beidseitig mit einer Sackbohrung 41 bzw.
42 in Verbindung steht. Diese Sackbohrungen kommen bei der Rotordrehung mit Verbindungsöffnungen
43, 44 und 45 in den Zwischenplatten 3 und 4 in Verbindung, wie es gestrichelt in
Fig.2 angedeutet ist. Die Verbindungsöffnungen 43 führen über die Nuten 34 und 35
zu den Verteilerkammern 19, die Verbindungsöffnungen 44 über die Nuten
36
und 37 zu den Verteilerkammern 22. Die Verbindungsöffnungen 45 stehen mit Ringnuten
46 und 47 in den Endteilen 5 bzw. 6 in Verbindung. Die Ringnuten 46 und 47 sind
untereinander über Fortsätze 48 sowie Bohrungen 49 in den Zwischenplatten und Bohrungen
50 im Stator 2 verbunden. Sie werden über Rückschlagventile 51 und 52, von denen
ein Ventilsitz 53 in F i g- 3 erkennbar ist, mit dem Druck führenden der beiden
Ringräume 14 bzw. 16 verbunden und führen daher ebenfalls den Arbeitsdruck.
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Dies hat zur Folge, daß die Flügel 38 im Maximal-Abschnitt B vom
Arbeitsdruck an die Lauffläche 32 gedrückt werden. In den beiden Übergangs-Abschnitten
A und C sind die Flügel 38 an beiden Stirnseiten vom gleichen Druck beaufschlagt,
also druckentlastet, und werden nur durch die Feder 39 und die Fliehkraft nach außen
gedrückt. Im Minimal-Abschnitt D ist der Druckraum 40 nach außen hin abgesperrt,
so daß Hydraulikflüssigkeit nur über Leckpfade entweichen kann.
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In jedem Minimal-Abschnitt befindet sich eine Dichtung 54 mit einem
federnden Rohrelement 55, das in einer Statorausnehmung 56 angeordnet ist und aus
einer in der Lauffläche 32 vorgesehenen Durchtrittsöffnung 57 vorsteht. Dies ist
im einzelnen in den F i g. 5 und F i g. 6 veranschaulicht. Das Rohrelement 55 ist
zylindrisch ausgebildet und weist einen Längsschlitz 58 auf.
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In diesen ragt ein im Stator 2 festgehaltenes Drehsicherungselement
59. Die Statorausnehmung 56 ist als Bohrung ausgebildet, so daß sich nahe der Durchtrittsöffnung
57 Halteflächen 60 und auf der gegenüberliegenden Seite Abstützflächen 61 ergeben.
Wenn der Stator 2 noch nicht eingebaut ist, nimmt das Rohrelement 55 die in F i
g. 5 veranschaulichte Stellung ein, bei der der vorstehende Teil 62 des Rohrelements
55 durch die Halteflächen 60 bestimmt ist. Beispielsweise hat der Überstand über
die Lauffläche 32 einen Betrag a von 0,2 mm.
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Wird der Rotor 10 eingesetzt. wie es F i g. 6 zeigt. wird das Rohrelement
55 gegen die Abstützflächen 61 gedrückt und dabei radial nach außen zusammengedrückt.
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Der Uberstand des vorstehenden Teils 62 verringert sich auf den Wert
b. der beispielsweise 0,04 mm beträgt.
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Durch die Größe der Zusammenpressung und die Abmessungen des Rohrelements
55 einschließlich seines Schlitzes 58 mit Bezug auf die Statorausnehmung 56 ist
auch die Dichtkraft vorgegeben, mit der das Rohrelement 55 am Rotorumfang 33 anliegt.
Aus F i g. 6 ist erkennbar, daß die Vorbeibewegung der Rotorflügel 38 am Rohrelement
55 problemlos möglich ist. Ein zu starkes Eindrücken des Rohrelements 55 in die
Statorausnehmung 56 wird dadurch verhindert, daß der Innenraum 63 mit eingesickerter
Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, die nur schwer entweichen kann, weil der Innenraum
63 durch Anlage des Rohrelements 55 an den Abstützflächen 61 gut abgedichtet ist.
Daher besteht keine Gefahr, daß der Rotorflügel 38 an der Durchtrittsöffnung 57
hängen bleibt. Wegen der sehr kleinen Radialbewegung, welche Rohrelement 55 und
Rotorflügel 38 relativ zueinander durchführen müssen und wegen des vergleichsweise
kleinen Krümmungsradius des Rohrelements 55 treten bei der Vorbeibewegung der Rotorflügel
38 an der Dichtung weder Geräusche noch unzulässige mechanische Beanspruchungen
auf.
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In F i g. 2 ist zusätzlich noch eingezeichnet, wie die Maschine bei
einem Betrieb als Motor angeschlossen wird. Eine Pumpe 64 ist druckseitig mit dem
Anschluß 13 verbunden. während der zweite Anschluß 15 mit dem Behälter 65 in Verbindung
steht. Der Pumpendruck herrscht daher in den Verteilerkammern 19 und durch
Ansprechen
des Rückschlagventils 52 auch in den Verbindungsöffnungen 45. Tankdruck herrscht
dagegen in den Verteilerkammern 22. Im Übergangs-Abschnitt A wird daher den sich
vergrößernden Verdrängerkammern zwischen aufeinanderfolgenden Rotorflügeln 38 Druckflüssigkeit
zugeführt, wodurch sich der Rotor 10 im Uhrzeigergegensinn zu drehen beginnt. Der
Maximal-Abschnitt B besitzt eine Länge, die mindestens gleich dem Abstand aufeinanderfolgender
Rotorflügel 38 ist, so daß auf diese Weise Druck- und Niederdruckseite sicher gegeneinander
abgedichtet sind. Im Übergangs-Abschnitt Cwird die Hydraulikflüssigkeit wieder abgeführt.
In dem in Umfangsrichtung sehr kurzen Minimal-Abschnitt D wird die Abdichtung zwischen
Druck- und Niederdruckseite durch Die Rohrelement-Dichtung 54 bewirkt.
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Durch Verwendung der selbstzentrierenden Kupplung 11, 12 gelingt
es, die von den drei Rohrelementen 55 ausgeübten, radial nach innen gerichteten
Kräfte einander gleich zu machen, wobei auch die Abstände b annähernd gleich sind.
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Infolge der Verwendung der Rückschlagventile 51,52 kann der Motor
bzw. die Pumpe in beiden Drehrichtungen betrieben werden. Infolge des gewählten
Verlaufs der Lauffläche ist die Änderung der Lage, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung
der Rotorflügel 38 beim Durchlauf des Maximal-Abschnitts B gleich Null. weil der
Radius konstant ist. Das bedeutet, daß die geometrische Verdrängung der Maschine
konstant ist, wodurch auch die besten Voraussetzungen für ein konstantes Drehmoment
gegeben sind. Die Rotorflügel 38 werden sicher gegen die Lauffläche 32 gedrückt.
Das Volumen der Druckkammer 40 bleibt konstant, so daß keine Druckspitzen durch
Änderungen des Kammervolumens zu befürchten sind. In den Übergangs-Abschnitten A
und C stehen zur Füllung und Entleerung der Druckkammern 40 verhältnismäßig große
Flächenquerschnitte zur Verfügung. so daß die Rotorflügel 38 der Form der Lauffläche
32 ohne weiteres folgen können. Da in diesen Zonen die Rotorflügel 38 unter hydraulischem
Druckausgleich stehen, sind auch keine zu starken Druckbeaufschlagungen der Lauffläche
32 und keine zu hohen Reibungskräfte zu erwarten. Die Einlauf- und Auslaufkurven
in den Übergangs-Abschnitten A und C sind so gewählt, daß sie so wenig Beschleunigung
wie möglich ergeben, so daß sich keine Druckspitzen einstellen können.