DE3601050A1 - Fluegelzellenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flügelzellenmotor mit einem in einem Gehäuse angeordneten Rotor, mit mehre­ ren den Rotor umgebenden, axial nebeneinander angeordne­ ten Hubringen, mit jeweils einem Hubring zugeordneten Sätzen von Flügeln, die in sich radial erstreckenden Schlitzen des Rotors verschiebbar sind und die einen zwi­ schen Rotor und Hubringen angeordneten, mit Ein- und Aus­ laßöffnungen versehenen Arbeitsraum in Arbeitszellen un­ terteilen, und mit den Arbeitsraum seitlich begrenzenden Seitenscheiben.

Ein derartiger Flügelzellenmotor ist aus der US-PS 34 55 245 bekannt. Der bekannte Flügelzellenmotor weist in einem Gehäuse zwei axial nebeneinander angeordnete Flügelzelleneinheiten auf, die jeweils aus Hubring, Flü­ geln und Rotorelement bestehen und die zwischen zwei Sei­ tenscheiben angeordnet sind. Die Hubringe weisen gleiche Hubkurven auf und sind bezüglich ihrer Hubkurven axial fluchtend angeordnet. Die beiden Hubringe sind durch sie durchsetzende Bolzen drehfest zueinander und zu den bei­ den Seitenscheiben angeordnet. Bei einem derartig ausge­ bildeten Flügelzellenmotor läßt sich das Arbeitsvolumen nur stufenweise durch Verändern der Zahl der axial anein­ andergereihten Flügelzelleneinheiten ändern.

In der Zeitschrift Ölhydraulik und Pneumatik 19 (1975) Nr. 3 ist auf den Seiten 153 ff eine stufenlos regelbare doppelt wirkende Flügelzellenpumpe beschrieben, die nur einen Hubring aufweist, der relativ zu den Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen zwecks Änderung des Fördervolumens ver­ drehbar ist. Da bei einer derartigen Anordnung ungünstige Strömungsverhältnisse, die zu hohen Druckpulsationen füh­ ren können, vorliegen, sind bei dieser Pumpe aufwendige Maßnahmen zur Kompensation daraus entstehender nachteili­ ger Effekte erforderlich.

In der nicht vorveröffentlichten DE-Patentanmel­ dung P 34 44 262.6 ist zur Lösung dieser Probleme bereits ein Flügelzellenmotor beschrieben, bei dem zumindest ein Hubring in Umfangsrichtung relativ zu einem weiteren Hub­ ring verdrehbar ist. Eine besonders einfache Ausführungs­ form dieses Flügelzellenmotors sieht zwei Hubringe vor, von denen einer drehfest angeordnet ist. Diese Ausführung hat gegenüber einer Flügelzellenmaschine mit nur einem drehbaren Hubring den Vorteil, daß die durch den verdreh­ ten Hubring zeitweise entgegen der normalerweise sich einstellenden Strömungsrichtung auftretende Verdrängung im wesentlichen wieder kompensiert wird, und zwar durch den in normaler Stellung feststehenden Hubring. Druckpul­ sationen und daraus resultierende Drehmomentschwankungen und Geräusche werden mit dieser Ausführungsform schon re­ lativ gut beherrscht.

Auch bei diesem Flügelzellenmotor treten jedoch bei ver­ stelltem Hubring noch unerwünschte Druckschwankungen so­ wie Geräuschprobleme im Zulauf und im Rücklauf auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flügelzellenmotor der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, bei dem die Druckschwan­ kungen und die Geräusche gemildert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patent­ anspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine stufenlos ver­ stellbarer Flügelzellenmotor geschaffen, bei dem das Laufgeräusch sowie die Druckpulsation im Zulauf des Mo­ tors auf einfache Weise wesentlich verringert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Ansteuerung der Steuerkanäle am Rotor Ansteuertaschen ausgebildet sind.

Die Steuerkanäle werden zweckmäßig teilweise von Ansteu­ erbohrungen in einer der Seitenscheiben gebildet und teilweise von im verdrehbaren Hubring vorgesehenen Lang­ löchern bzw. Nuten, die bei Verdrehung des Hubrings mit in einer der Seitenscheiben und dem feststehenden Hubring vorgesehenen, mit dem Zulaufkanal in Verbindung stehenden Bohrungen zur Überdeckung bringbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und im folgenden beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Flügelzellenmotor,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Flügelzellenmotor nach der Fig. 1 in der Ebene des verdrehbaren Hubringes,

Fig. 3 und 4 Hubkurven in schematisierter Darstellung.

Die erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine besteht aus ei­ nem aus mehreren Bauteilen aufgebauten Gehäuse 1 mit ei­ nem Anschluß 2, der zur Druckmittelversorgung dient, und einem nicht dargestellten Anschluß zur Ableitung des Druckmittels. Im Inneren der Flügelzellenmaschine befin­ det sich ein mit einer Welle zur Weiterleitung des Dreh­ moments drehfest verbundener Rotor 4 mit radial sich er­ streckenden Schlitzen 5, in denen jeweils zwei Flügel 6, 7 radial verschieblich angeordnet sind. Die Flügel 6 sind gegen einen Hubring 8 anlegbar während die Flügel 7 gegen einen Hubring 9 anlegbar sind. Das Anlegen der Flügel 6, 7 wird durch an Federführungsleisten 10, 11 geführte Flügel­ ausfahrfedern 12 unterstützt, die in Fußbohrungen der Schlitze 5 angeordnet sind.

Zwischen den Hubringen 8, 9 und der Rotormantelfläche ist ein Arbeitsraum ausgebildet, der durch die Flügel 6, 7 in Arbeitszellen 13 unterteilt ist. Der Arbeitsraum ist in axialer Richtung durch Gehäusebauteile in Form von Sei­ tenscheiben 14, 15 begrenzt.

Die Seitenscheibe 14 ist mit einer Bohrung 16 zur Rück­ führung des durch die Laufspalte zwischen Rotor 4 und Seitenscheiben 14, 15 durchtretenden Lecköls versehen.

Die Seitenscheibe 15 weist einen vom Anschluß 2 zu Ein­ laßöffnungen 16 führenden Kanal 17 sowie einen von den Auslaßöffnungen 18 zu dem Anschluß zur Ableitung des Druckmittels führenden Kanal auf. Die Einlaß- und Auslaß­ öffnungen 16, 18 sind nierenförmig in der dem Arbeitsraum zugewandten Oberfläche der Seitenscheibe 15 ausgebildet; die Zahl der Einlaßöffnungen 16 und die der Auslaßöffnun­ gen 18 entspricht der Zahl der an den Hubringen 8, 9 je­ weils ausgebildeten Hubkurven 20, 21. In der Seitenscheibe 15 sind ferner zwecks Unterstützung der Anlage der Flügel in bestimmten Phasen vorgesehenen Kanäle 19 zur Druckmit­ telversorgung der Fußbohrungen der Schlitze 5 ausgebildet.

Den zwischen den Seitenscheiben 14 und 15 angeordneten Hubringen 8, 9 sind Dichtungen an axialen Anlageflächen zugeordnet. Der Hubring 8 ist mit der Seitenscheibe 14 fest verschraubt. Zwischen dem Hubring 8 und der Seiten­ scheibe 15 ist ein den Hubring 9 umgebender Zwischenring 22 angeordnet; die Seitenscheibe 14, der Hubring 8, der Zwischenring 22 und die Seitenscheibe 15 sind fest mit­ einander verbunden und bilden das Gehäuse 1 des Flügel­ zellenmotors.

Der Hubring 9 ist zwischen dem Hubring 8 und der Seiten­ scheibe 15 mit Bewegungsspiel angeordnet und radial über ein Wälzlager 23 oder ein nicht dargestelltes Gleitlager am Zwischenring 22 abgestützt, so daß er in Umfangsrich­ tung verdrehbar ist.

Die Lagerung des Hubrings 9 im Zwischenring 22 erfolgt nicht längs des ganzen Umfangs, sondern an z. B. fünf über den Umfang verteilten Abstützstellen 24; die Wälzkörper werden durch einen Käfig 25 oder andere Mittel auf dem vorbestimmten Abstand gehalten.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist eine Verdreheinrichtung 30 im wesentlichen tangential zum Hubring 9 angeordnet und greift über ein gabelförmiges Zwischenelement 31 durch eine Öffnung im Käfig 25 am Hubring 9 an. Die Schenkel des Zwischenelements 31 weisen Langlöcher auf, in denen ein mit einem Verstellkolben 32 verbundener Bol­ zen 33 gleitend geführt ist. Der Verstellkolben 32 ist in einer Druckmittelkammer 34 angeordnet und durch einen Steuerdruck verschiebbar. Da der Motor in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel nur in einer Richtung dreht, weist der Ver­ stellkolben nur eine druckbeaufschlagbare Fläche zwecks Verstellung gegen das Reaktionsmoment auf. Zwischen Ver­ stellkolben 32 und Gehäuse 1 ist eine Rückstellfeder 35 angeordnet, die den Hubring 9 entgegen der Drehrichtung des Rotors 4 beaufschlagt und ihn bei drucklosem Motor an dem in Fig. 2 rechten Gehäuseanschlag hält.

Zwischen den die Flügel 7 aufnehmenden Teilen 44 des Ro­ tors 4 sind jeweils Ansteuertaschen 45 ausgebildet. In der angrenzenden Seitenscheibe 14 sind entsprechend achs­ parallel verlaufende Ansteuerbohrungen 46 vorgesehen, die radial gesehen auf der Höhe der Ansteuertaschen 45 liegen und die Teil eines Steuerkanales sind, der den Arbeits­ raum mit dem Zulaufkanal verbindet. Als weiterer Teil dieses Kanals sind in der Seitenscheibe 14 parallel zur Ansteuerbohrung 46 verlaufende Bohrungen 47 vorgesehen, die mit der Ansteuerbohrung 46 über einen Kanal 55, der zweckmäßig auch als Ringkanal ausgebildet sein kann, in Verbindung sind. Der Ringkanal 55 ist auf der radial in­ nenliegenden Seite mit einem Abdichtelement 59 verschlos­ sen. Entsprechende, auf demselben Radius liegende Bohrun­ gen 48 sind im Hubring 8 vorgesehen. Diese Bohrungen 48 führen zu einem im Hubring 8 ausgebildeten Langloch bzw. einer Nut 49. Die Nut 49 steht über eine im Hubring 9 vorgesehene Bohrung 51 mit einem auf der anderen Seite des Hubringes 9 ausgebildeten Langloch bzw. einer Nut 56 in Verbindung. Die Nut 56 ihrerseits ist über eine Boh­ rung 53 mit dem Kanal 17 (Zulauf, Druck) verbunden.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Flügelzellenmo­ tors wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 erläutert: Die Fig. 3 und 4 zeigen die Flügelausfahrverhältnisse im Verlauf der Drehung des Rotors 4; die Flügel 6 und 7, die in der Darstellung hintereinander liegen, nehmen bei Dre­ hung des Rotors 4 in der durch den Pfeil 40 gekennzeich­ neten Richtung unterschiedliche Stellungen ein. Fig. 3 zeigt die Lage der (gestrichelt dargestellten) Hubkurve 20 des feststehenden Hubrings 8 bzw. die Lage der Hubkur­ ve 21 des gegen den Hubring 8 nicht verdrehten Hubrings 9 relativ zu einer Einlaßöffnung 16 und einer Auslaßöffnung 18 an. Fig. 4 zeigt den Verlauf der Hubkurve 21 bei gegen den feststehenden Hubring 8 verdrehtem Hubring 9 an.

Es sei zunächst der in Fig. 3 dargestellte Fall betrach­ tet, daß die Hubkurven 20, 21 beider Hubringe 8, 9 axial fluchtend ausgerichtet sind, wobei bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Hubkurven 20, 21 beider Hubringe 8, 9 gleich ausgebildet sind. Nach der Darstellung in Fig. 3 befinden sich die Hubkurven 20, 21 beider Hubringe 8, 9 in der Normalstellung. Druckmittel unter hohem Druck ge­ langt über die Einlaßöffnung 16 in die Arbeitszelle 13, bewirkt eine Drehung des Rotors 4 in der durch den Pfeil 40 gekennzeichneten Richtung und gelangt über die Auslaß­ öffnung 18 zum Anschluß zur Ableitung des entspannten Druckmittels. Die Flügel 6, 7 verschieben sich synchron beim Durchlaufen der verschiedenen Stellungen in dem Schlitz 5 des Rotors 4. Die Bohrungen 47 und 48 sind in dieser Stellung nicht überdeckend angeordnet, so daß eine Verbindung über den von den Bohrungen 46, 47, 48 und dem Langloch 49 gebildeten Steuerkanal zum Zulaufkanal nicht besteht. Der Motor arbeitet mit maximalem Arbeitsvolumen, d.h. mit minimaler Drehzahl und maximalem Drehmoment.

Nun sei der Fall betrachtet, daß bei unveränderter Lage der in Fig. 4 gestrichelt dargestellten Hubkurve 20 des feststehenden Hubrings 8 die Hubkurve 21 die durch den ausgezogenen Linienzug gekennzeichnete Lage zu der Ein­ laß- bzw. Auslaßöffnung 16, 18 einnimmt. Die Flügel 6, 7 verschieben sich nicht mehr synchron, da die Bewegung des Flügels 6 durch die Hubkurve 20 und die des Flügels 7 durch die Hubkurve 21 bestimmt ist. Es stellt sich ein gegenüber dem maximalen Arbeitsvolumen verringertes Ar­ beitsvolumen ein.

In dieser Stellung sind die Bohrungen 48 und 51 zumindest teilweise überdeckend angeordnet. Durch die Anordnung der Bohrung 46 in einer bestimmten Stellung bezüglich der Hubkurve 21 und entsprechende Bemessung der Ansteuerta­ schen 45 wird erreicht, daß die Steuerkante 50 die Mün­ dung der Ansteuerbohrung 46 dann freigibt, wenn sich die Zelle 13′ verkleinert. Da durch das schnelle Öffnen der Ansteuerbohrung 46 eine Verbindung zum Zulaufkanal ge­ schaffen ist, wird verhindert, daß sich in der Zelle 13′ schlagartig ein Druck aufbaut. Die Steuerung wird dabei insbesondere bei einer Verdrehung des Hubringes von ca. 5° bis zur maximalen Verdrehung wirksam.

Claims (4)

1. Fügelzellenmotor mit einem in einem Gehäuse angeordne­ ten Rotor, mit den Rotor umgebenden, axial nebeneinan­ der angeordneten Hubringen, wobei zumindest ein Hub­ ring in Umfangsrichtung relativ zu einem weiteren Hub­ ring verdrehbar ist, mit jeweils einem Hubring zuge­ ordneten Sätzen von Flügeln, die in radial sich er­ streckenden Schlitzen des Rotors verschiebbar sind und die einen zwischen Rotor und Hubringen angeordneten Arbeitsraum in Arbeitszellen unterteilen, mit den Ar­ beitsraum seitlich begrenzenden Seitenscheiben und mit einem Zuführkanal, um dem Arbeitsraum Druckmittel zu­ zuführen und einem Ablaufkanal, über den das Druckmit­ tel aus dem Arbeitsraum abführbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Steuerkanäle (46, 47, 48, 49, 51, 53, 55) vorgesehen sind, die in den Arbeitsraum münden und diesen mit dem Zuführkanal verbinden, und daß der Rotor (4) ein Ansteuerelement für die Steuer­ kanäle (46, 47, 48, 49, 51, 53, 55) bildet.

2. Flügelzellenmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Steuerkanäle (46, 47, 48, 49) am Rotor Ansteuertaschen (45) ausgebildet sind.

3. Flügelzellenmotor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanäle (46, 47, 48, 49, 51, 53, 55) teilweise von Ansteuerbohrungen (46) in einer der Seitenscheiben (15) gebildet sind.

4. Flügelzellenmotor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanäle (46, 47, 48, 49, 51, 53, 55) teilweise von im verdrehbaren Hubring (9) vorgesehenen Langlöchern bzw. Nuten (49) gebildet sind, die bei Verdrehung des Hubringes (9) mit in einer der Seitenscheiben (15) und dem feststehenden Hubring (8) vorgesehenen, mit dem Zulaufkanal in Verbindung stehenden Bohrungen (47, 48) zur Überdeckung bringbar sind.