DE69628046T2

DE69628046T2 - Flüssigkeitsdrehflügelmotor/-pumpe

Info

Publication number: DE69628046T2
Application number: DE69628046T
Authority: DE
Inventors: Leslie Mervyn Harrison
Original assignee: Leslie Mervyn Harrison
Current assignee: FLUID DRIVE TECHNOLOGY PTY LTD., NORANDA, WASH, US
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: ATE239858T1; US6132196A; DE69628046D1; JP3699125B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur Verwendung als Pumpe oder Motor geeignet ist, und insbesondere eine Fluidflügelpumpe/-Motor.
Hintergrund der Erfindung
Typischerweise weisen Fluidflügelmotoren ein Gehäuse, das eine zylindrische Bohrung aufweist, die durch Endplatten verschlossen ist, und einen Rotor auf, der zur Rotation innerhalb der Bohrung angebracht ist. Der Rotor liegt in der Form eines massiven zylindrischen Metallblocks mit sich längs erstreckenden Schlitzen vor, die um seinen Umfang ausgebildet sind. Die Umdrehungsachse des Rotors ist parallel, jedoch versetzt zur Längsachse des Gehäuses. Mehrere Flügel werden in jeweiligen Längsschlitzen im Rotor in einer solchen Weise gehalten, daß eine Bewegung in die radiale Richtung zugelassen wird. Es sind Fluidkammern zwischen benachbarten Flügeln ausgebildet, wobei sich das Volumen der Kammern verändert, wenn sich der Rotor dreht. Beim Betrieb als Pumpe dienen die Kammern dazu, ein Fluid aus einem Einlaß im Gehäuse zu einem Auslaß zu verdrängen, und beim Betrieb als Motor lassen die Kammern die Druckentspannung eines Druckfluids zu, um eine Rotation einer Welle zu bewirken, die am Rotor angebracht ist.
Herkömmliche Fluidflügelmotoren/-Pumpen sind infolge einer Fluidundichtigkeit zwischen benachbarten Kammern über Sickerwege, die um den Umfang der Flügel als auch durch den Rotor selbst ausgebildet sind, notorisch uneffizient. Zusätzlich treten infolge einer wesentlichen Kontaktfläche zwischen den Umfangskanten der Flügel und den Endplatten des Gehäuses hohe Reibungsverluste auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die zur Verwendung als Pumpe oder Motor mit einer erhöhten Effizienz geeignet ist.
EP-A-0230054 offenbart eine Drehflügelmaschine, in der ein Rotor exzentrisch innerhalb eines Zylinders drehbar ist. Der Rotor weist eine hohle Trommel mit axialen Schlitzen in seinem äußeren Umfang für Flügel auf, die radial in den Schlitzen verschiebbar sind. Der Rotor weist Haltebereiche mit einem reduzierten Durchmesser auf, die sich von der hohlen Trommel an jedem Ende axial weg erstrecken. Der Rotor wird über diese Bereiche mit reduziertem Durchmesser in Lagern gehalten. Die Schlitze in der hohlen Trommel erstrecken sich bis zu, jedoch nicht in die Haltebereiche mit einem reduzierten Durchmesser des Rotors.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung bereitgestellt, wie in Anspruch 1 definiert.
Vorzugsweise sind die gegenüberliegenden Enden jedes Schlitzes in ihrer Form gebogen.
Vorzugsweise ist jedes Ende des Gehäuses mit einer abgestuften Innenseite versehen, die durch die Verbindung zweier Flächen gebildet wird, und jede Dichtung kann einen abdichtenden Kontakt mit beiden Flächen eines benachbarten Endes des Gehäuses herstellen.
Vorzugsweise ist eine Nut, die sich radial von jedem Ende jedes Schlitzes erstreckt, an einer Fläche jedes der ersten und zweiten Enden innerhalb des Rotorkörpers zur Aufnahme axial gegenüberliegenden Enden eines Flügels ausgebildet, der in diesem Schlitz aufgenommen ist.
Vorzugsweise erstrecken sich die Nuten auf der Innenfläche am ersten Ende des Rotorkörpers über die Mitte des Rotorkörpers hinaus.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Innenfläche am ersten Ende des Rotorkörpers mit einer kreisförmigen Aussparung versehen, die um die Umdrehungsachse zentriert ist, und die an dieser Innenfläche ausgebildeten Nuten erstrecken sich radial vom Ende der Schlitze nahe dem ersten Ende zu der kreisförmigen Aussparung.
Vorzugsweise weist der Rotor eine Welle auf, die sich vom ersten Ende des Rotorkörpers und durch eine Öffnung erstreckt, die in einem ersten der Enden des Gehäuses ausgebildet ist, wobei, wenn die Vorrichtung als Pumpe verwendet wird, ein Drehmoment auf die Welle ausgeübt werden kann, um dem Rotor eine Rotationsbewegung zu erteilen, und wenn die Vorrichtung als Motor verwendet wird, die Welle als ein Zapfwellenantrieb dienen kann.
Vorzugsweise ist das zweite Ende des Rotorkörpers, das der Welle gegenüberliegt, mit einer Aussparung zur Aufnahme einer Flanschwelle versehen, die an einem zweiten der Enden des Gehäuses zum drehbaren Halten des zweiten Endes des Rotorkörpers ausgebildet ist.
Vorzugsweise sind die axial gegenüberliegenden Kanten der Flügel für einen gleitenden und im wesentlichen abdichtenden Kontakt mit jeweiligen benachbarten ersten und zweite Enden des Gehäuses mit gebogenen Flächen ausgebildet.
Vorzugsweise ist die radial entfernte Kante jedes Flügels für einen gleitenden und im wesentlichen abdichtenden Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses mit einer gebogenen Fläche ausgebildet.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine Vorspannungseinrichtung auf, die innerhalb des Rotorkörpers zur Vorspannung der Flügeln radial nach außen zur inneren Umfangsfläche des Gehäuses hin angeordnet ist.
Vorzugsweise ist zur Aufnahme der Vorspannungseinrichtung innerhalb axial gegenüberliegender Enden jedes Flügels in der radialen Innenkante jedes Flügels eine Aussparung ausgebildet.
Vorzugsweise weist der Rotor eine Welle auf, die sich vom ersten Ende des Rotorkörpers und durch eine Öffnung erstreckt, die in einem ersten der Enden des Gehäuses ausgebildet ist, wobei, wenn die Vorrichtung als Pumpe verwendet wird, ein Drehmoment auf die Welle ausgeübt werden kann, um dem Rotor eine Rotationsbewegung zu erteilen, und wenn die Vorrichtung als Motor verwendet wird, die Welle als Zapfwellenantrieb dienen kann.
Vorzugsweise weist das elastische Element eines auf aus: eine Spalthülse oder ein Rohr aus elastischem Material; ein Stück Rohr oder Stab aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk; ein Rohr oder Stab, der aus Kunststoffmaterial besteht; eine Schraubenfeder mit flachem Querschnitt, die axial in den Rotorkörper eingebaut ist; einen massiven oder hohlen Stab oder Rohr aus Material, das mit elastischen, in Umfangsrichtung beabstandeten Einsätzen in Abständen versehen ist, die dem Ort der Flügel entsprechen. In einer alternativen Ausführungsform, weist die Vorspannungseinrichtung ein Druckfluid auf, das im Rotorkörper gehalten wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es wird nun lediglich beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen axialen Schnitt und eine Ansicht mit teilweise aufgelösten Einzelteilen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine Enddraufsicht eines Endes eines Rotors, der in die in 1 gezeigte Vorrichtung eingebaut ist;
3 eine Enddraufsicht eines gegenüberliegenden Endes des in 2 gezeigten Rotors;
4 eine seitliche Draufsicht des in den 1 und 2 gezeigten Rotors;
5A eine seitliche Draufsicht eines Flügels, der in die in 1 gezeigte Vorrichtung eingebaut ist;
5B eine Draufsicht von unten des in 5A gezeigten Flügels;
5C eine Ansicht eines Schnitts A-A des in 5A gezeigten Flügels;
6A eine seitliche Draufsicht eines Vorspannungselements, das in die in 1 gezeigte Vorrichtung eingebaut ist;
6B eine Enddraufsicht des in 6A gezeigten Vorspannungselements;
7 einen axialen Schnitt und eine Ansicht mit teilweise aufgelösten Einzelteilen einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung;
8 eine Enddraufsicht eines Endes des in 7 gezeigten Rotors;
9A eine seitliche Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines Flügels, der in der vorliegenden Vorrichtung verwendet wird;
9B eine Ansicht von unten des in 9A gezeigten Flügels; und
9C eine Ansicht eines Schnitts A-A des in 9A gezeigten Flügels.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bezugnehmend auf 1, kann erkannt werden, daß eine Vorrichtung 10, die zur Verwendung als eine Pumpe oder Motor geeignet ist, ein Gehäuse 12 aufweist, das abgedichtete Enden 14 und 16 aufweist und mit einem Hohlraum 18 zwischen den Enden 14 und 16 versehen ist. Es sind auch erste und zweite Anschlüsse 20 und 22 im Gehäuse 12 ausgebildet, um eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren und Äußeren des Gehäuses 12 zuzulassen. Der Rotor 24, der einen im wesentlichen hohlen Körper 26 aufweist, wird durch das Gehäuse 12 zur Rotation innerhalb des Hohlraums 18 um eine Umdrehungsachse 28 gehalten, die parallel, jedoch versetzt zur Längsachse 30 des Hohlraums 18 ist. Mehrere Flügel 32 werden durch den Rotor 24 für eine zur Umdrehungsachse 28 radiale Bewegung gehalten. Die Flügel 32, der Rotor 24 und das Gehäuse 12 sind nebeneinander angeordnet, so daß eine im wesentlichen abgedichtete Kammer zwischen benachbarten Flügeln 32, der Innenseite 34 des Gehäuses 12 und der äußeren Umfangsfläche 36 des Rotorkörpers 26 ausgebildet ist. Die ersten und zweiten Anschlüsse 20 und 22 sind in unterschiedlichen Kammern angeordnet.
Das Gehäuse 12 besteht aus einem zylindrischen Glied 38, dessen Inneres den Hohlraum 18 bildet. Enden 14 und 16 des Gehäuses 12 liegen in der Form von Platten 40 bzw. 42 vor, die mit gegenüberliegenden Enden am zylindrischen Element 38 verschraubt werden können. Wie aus 1 deutlich wird, ist die Fläche jeder der Platten 40 und 42, die dem Rotor 24 gegenüberliegt, abgestuft. Im Fall der ersten Platte 40 ist die Innenfläche 44 abgestuft, so daß sie in ihrer Breite in die radiale Richtung zur Umdrehungsachse 28 hin reduziert ist. Insbesondere weist die Fläche 44 eine erste ringförmige, radial äußerste Fläche 46, eine abgestufte Fläche 47, eine benachbarte zweite radial innere ringförmige Zwischenfläche 48, eine weitere abgestufte Fläche 4, und eine benachbarte und radial innerste dritte ringförmige Fläche 50 auf. Eine Öffnung oder ein Loch 52 ist durch die erste Platte 40 ausgebildet, das um die Umdrehungsachse 28 zentriert ist.
Die zweite Platte 42 weist eine innere Fläche 54 auf, die aus einer ersten radial äußersten ringförmigen Fläche 56, einer ersten abgestuften Fläche 57, einer benachbarten und radial inneren ringförmigen zweiten Fläche 58, einer zweiten abgestuften Fläche 59 und einer radial innersten ringförmigen dritten Fläche 80 besteht. Von der dritten Fläche 60 erstreckt sich eine Flanschwelle 62 konzentrisch zur Umdrehungsachse 28. Mehrere sich axial erstreckende Löcher 64 sind in Umfangsrichtung um die ersten und zweiten Platten 40 und 42 ausgebildet, die so angeordnet sind, daß sie sich mit Gewindelöchern 66 decken, die in den gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Elements 38 ausgebildet sind. Es werden (nicht gezeigte) Schrauben durch die Löcher 64 gesteckt und greifen durch das Gewinde in die Löcher 66 ein, um die ersten und zweiten Platten 40 und 42 an gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Elements 38 zu befestigen.
Wie in den 2 bis 4 zu sehen ist, liegt der Rotorkörper 26 in der allgemeinen Form eine hohlen Zylinders vor, der an einem ersten Ende 68 geschlossen und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende 70 geöffnet ist. Der Rotorkörper 26 ist an dem ersten bzw. zweiten Ende 60 bzw. 70 mit Abschnitten 72 und 74 mit reduziertem Durchmesser versehen. Wie in 1 an deutlichsten zu sehen ist, bieten die Abschnitte 72 und 74 mit reduziertem Durchmesser Sitze für ringförmige Dichtungen 76 bzw. 78. Eine Welle 80 erstreckt sich aus dem ersten Ende 88 konzentrisch mit der Umdrehungsachse 28 durch das Loch 52 in der ersten Platte 40. Ein kurzes Stück 82 der Welle 30, das zum ersten Ende 68 benachbart ist, ist mit einem vergrößerten Durchmesser ausgebildet. Ein Lager 83 ist auf einem kurzen Stück 82 auf die Welle 80 gesetzt und gegen die Flächen 48 und 50 der ersten Platte 40 abgedichtet.
Das zweite Ende 70 ist mit einem, sich radial nach innen erstreckenden Umfangsrand 84 und einem, sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprung 86 ausgebildet. Eine Flanschwelle 62 kann in die Öffnung aufgenommen werden, die durch den Rand 84 und den Vorsprung 86 gebildet wird. Die Nebeneinanderstellung der ringförmigen Fläche des Randes 84, die zu einer zweiten Platte 42 weist, und der radial innersten Umfangsfläche 92 des Vorsprungs 86 bilden einen Sitz für ein Lager 94. Das Lager 94 weist einen inneren Laufring 96 auf, der mit einem Preßsitz die Flanschwelle 62 aufnimmt.
Es sind mehrere Schlitze 96 (siehe 2 bis 4) im Rotorkörper 26 ausgebildet, die sich zwischen und innerhalb des ersten Endes 68 und zweiten Endes 70 erstrecken. Wie in 4 am deutlichsten zu sehen ist, sind gegenüberliegende Enden 98 und 100 der Schlitze 96 in ihrer Form gebogen und enden an den Abschnitten 72 bzw. 74 mit reduziertem Durchmesser. Die Schlitze 98 gehen vollständig durch die Dicke des Rotorkörpers 26. In dieser besonderen Ausführungsform sind vier gleich beabstandete Schlitze 96 in Umfangsrichtung um den Rotorkörper 26 ausgebildet. Eine sich radial erstreckende Nut 102 (siehe 1 und 3) ist auf einer Innenfläche des ersten Endes 88 ausgebildet, die sich kolinear mit der Tiefe jedes Schlitzes 96 am Ende 98 erstreckt. Jede Nut 102 erstreckt sich zur Umdrehungsachse 28 und geht in eine entsprechende Nut 102 eines gegenüberliegenden Schlitzes 96 über.
Nuten 104 mit einer ähnlichen Gestaltung wie die Nuten 102 sind am gegenüberliegenden Ende 100 jedes Schlitzes 98 an einer axialen inneren ringförmigen Fläche 108 des Randes 84 ausgebildet. Da sich jedoch die Nuten 104 nur über das axiale Stück des Randes 84 erstrecken, gehen sie nicht durch die Umdrehungsachse 28, noch gehen die Nuten 104 gegenüberliegender Schlitze 96 ineinander über.
Die Flügel 32 liegen in der Form allgemein rechteckiger Platten vor, die bogenförmige, und insbesondere konvex gekrümmte axiale Kanten 108 und 110 und eine entsprechend gekrümmte radial entfernte Kante 112 und radial nahe Kante 114 aufweisen. Die axialen Kanten 108 und 110 erstrecken sich in eine radiale Richtung unter die radial nahe Kante 104, so daß sie vorstehende Nasen 116 bzw. 118 bilden, zwischen denen eine Aussparung 120 definiert ist.
Eine Vorspannungseinrichtung in der Form einer Spalthülse 122 (siehe 1, 6A und 6B) ist innerhalb des zylindrischen Elements 38 angeordnet, um die Flügel 32 von der Umdrehungsachse 28 radial nach außen vorzuspannen, so daß eine radial entfernte Kante 112 der Flügel 32 sich mit mindestens einer Schmiermittelschicht dazwischen in gleitendem und abdichtendem Kontakt mit der Innenseite 34 befindet. Die Spalthülse 122 ist in die Aussparung 120 zwischen den Nasen 116 und 118 jedes Flügels 32 aufgenommen, wobei eine axiale Bewegung der Hülse 122 während des Betriebs der Vorrichtung 10 verhindert wird. Die Hülse 122 besteht aus einem Federmetall und ist so dimensioniert, daß sie mit allen Flügeln 32 während der Rotation des Rotors 24 Kontakt hält. Es wird erkannt werden, daß die Hülse 122 innerhalb des Rotors 24 schwimmt und eine Position annimmt, die konzentrisch und parallel zur Achse 30 des Gehäuses 12 ist. Im allgemeinen ist der Durchmesser der Hülse 122 gleich dem Innendurchmesser des Gehäuses 12 minus dem doppelten Abstand zwischen den radial entfernten und nahen Kanten 112 und 114 eines Flügels 32. Jedoch ist im spezifischen Fall der vorliegenden Spalthülse der Außendurchmesser unbedeutend größer, um einen Federbelastungsgrad der radial nahen Kanten 114 der Flügel 32 bereitzustellen.
Wenn die Vorrichtung 10 vollständig zusammengebaut ist, liegt die Dichtung 76 über dem Ende 98 jedes Schlitzes 96 und stößt an die axiale Kante 108 jedes Flügels 32 an. Die Dichtung 78 ist entsprechend relativ zum Ende 100 der Schlitze 96 und der axialen Kante 110 der Flügel 32 daneben angeordnet. Als Ergebnis dichten die Dichtungen 76 und 78 die Enden der Schlitze 96 effektiv ab. Ferner stößt die Dichtung 78 abdichtend an die Flächen 47 und 48 der ersten Platte 40 an. Ebenso stößt die Dichtung 78 abdichtend an die Flächen 57 und 58 der zweiten Platte 42 an. Die radial entfernte Kante 112 jedes Flügels 32 bildet eine gleitende Dichtung gegen die Innenseite 34 des Gehäuses 12.
Die Krümmung an den radial entfernten und radial nahen Kanten 112 und 114 der Flügel 32 ist so geformt, daß sie zur Krümmung der Innenseite 34 des Gehäuses 12 bzw. der Krümmung und dem Ort der äußeren Umfangsfläche der Hülse 122 paßt. Die Flügel 32 weisen eine Länge auf, die gleich jener des zylindrischen Elements 313 des Gehäuses weniger einer Schmierungstoleranz ist, entsprechend sind die Breite der Schlitze 98 und die Dicke der Flügel 32 verhältnismäßig so bemessen, daß sie das Gleiten der Flügel 32 in den Schlitzen 96 mit einer Schmierungstoleranz dazwischen zulassen. Indem diese Komponenten der Vorrichtung 10 miteinander unter dem Einschluß der Dichtungen 76 und 78 mit einer solch engen Toleranz ausgebildet sind, wird ein Fluidaustritt innerhalb der Vorrichtung 10 minimiert.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung 10 mit drei Flügeln wird in den 7 und 8 dargestellt. In diesen Figuren geben gleich Nummern dieselben Merkmale an, wie sie unter Bezugnahme auf die Ausführungsform beschrieben werden, die in den 1 bis 6B gezeigt wird.
Es wird erkannt werden, daß wenn die Vorrichtung 10 drei (oder irgendeine andere ungerade Zahl) Flügel 32 aufweist, es keine Paare sich diametral gegenüberliegender Nuten 102 geben wird, die im Fall einer Vorrichtung 10 mit einer geraden Anzahl von Flügeln 32 das Zurückziehen der Flügel 32 innerhalb des Rotors über die Mittelachse 28 hinaus zulassen. Um ein solches Zurückziehen der Flügeln 32 über die Mitte zuzulassen, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Innenfläche des ersten Endes 68 um die Achse 28 versenkt, um eine kreisförmige Aussparung 103 mit einer Tiefe zu bilden, die gleich der Tiefe der Nuten 102 ist.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Gestaltung der Flügel 32 so modifiziert werden, daß die radiale Innenkante 114 auf beiden Seiten verjüngt ist, wie in den 9A bis 9C gezeigt. Die Verjüngung ist im Fall des Rotors 24, der sechs oder weniger Flügel 32 trägt, nicht notwendig. Jedoch ist sie besonders vorteilhaft, um eine gegenseitige Störung zwischen der radialen Innenkante 114 benachbarter Flügel 32 in dem Fall eines Rotors zu verhindern, der sieben oder mehr Flügel aufweist, wenn sich benachbarte Flügel am vollständigen Einzug befinden oder sich ihm nähern, und sich über die Achse 28 erstrecken.
Aus der vorhergehenden Beschreibung wird für Fachleute deutlich werden, daß die obigen Ausführungsformen zahlreiche Vorzüge und Vorteile gegenüber vorher bekannten radialen Flügelmotoren und Pumpen aufweisen, die umfassen:

(a) Der hohle Rotor bietet eine beträchtliche Gewichtsreduzierung verglichen mit dem herkömmlichen massiven geschlitzten Rotor.
(b) Ein Rotor mit kleinerem Durchmesser kann mit einem größeren Exzentrizitätsmaß innerhalb eines Gehäuses eines gegebenen Innendurchmessers eingesetzt werden, was zu einer Zunahme der effektiven Flügelausdehnung mit einer damit verbundenen Zunahme des Fassungsvermögens führt.
(c) Eine größere Anzahl an Flügeln kann im hohlen Rotor mit einer großen effektiven Flügelausdehnung vom Rotor eingesetzt werden, als mit dem herkömmlichen geschlitzten Rotor erreicht werden kann, infolge der Tatsache, daß die Nuten 102 des hohlen Rotors sich an der Rotorachse 28 schneiden (siehe 3). Es folgt, daß wenn sich die Schlitze in einem herkömmlichen Rotor an der Rotorachse schneiden würden, kein Segmentsteg am Fuß der Schlitze bleiben würde und der Rotor in dieser Form nicht existieren könnte. Da sich im Gegensatz dazu der Segmentsteg des hohlen Rotors an seinem Außendurchmesser befindet, beeinflußt der Schnittpunkt der Nuten an der Rotorachse nicht die Integrität des Rotors. Daher hat der Motor mit hohlem Rotor das Potential, mehr Leistung mit einer geringeren Drehmomentvariation als die herkömmliche Einheit zu liefern, die dieselben äußeren Abmessungen aufweist, und als Pumpe eine größere Fluidliefermenge mit einer niedrigeren Pulsamplitude als eine herkömmliche Einheit bereitzustellen, die dieselben äußeren Abmessungen aufweist.
(d) Die Hülse 122, die nahezu die gesamte Länge der Flügel 32 hält, stellt den richtigen abdichtenden Kontakt zwischen dem Flügel 32 und dem Gehäuse sicher, wobei ein teilweises Zurückziehen der Flügel verhindert wird, wenn sie hohen Betriebsdrücken ausgesetzt sind, wie es der Fall ist, wobei auf den Fluiddruck zur Flügelausdehnung gesetzt wird und eine Durchbiegung der Flügel unter einem hohen Fluiddruck verhindert wird, wenn solche Flügel nur an ihren Enden durch Nocken oder Ringe usw. gehalten werden. Die Verhinderung des Fluidvorbeiströmens zwischen den Flügeln 32 und der Innenseite 34 des Gehäuses 12 wird zu einer verbesserten Effizienz der Vorrichtung führen.
(e) In herkömmlichen Pumpen und Motoren mit radial gleitenden Flügeln befinden sich flache axiale Enden der Flügel in ständigem Kontakt mit den Flächen der Endplatten, unabhängig davon, ob sie relativ zum Rotor eingezogen oder ausgefahren sind, was ein Grund für einen beträchtlichen lateralen Reibungswiderstand ist. Da die Endplatten 40, 42 in der beschriebenen Ausführungsform auf den Außendurchmesser des Rotorkörpers 26 ausgespart sind, können die Flügel 32 nur die Endplatten 40, 42 berühren, wenn sie sich über die äußere Umfangsfläche 36 des Rotorkörpers 26 ausdehnen, daher wird der Reibungswiderstand, der auf die axialen Flügelenden 108, 110 zurückzuführen ist, beträchtlich reduziert, indem ihr Kontakt auf annährend 50% der Endplattenarbeitsflächen begrenzt ist. Dieser Reibungswiderstand wird durch die kleinere Kontaktfläche der gekrümmten axialen Flügelenden 108, 110 weiter reduziert, im Gegensatz zu jenem, der durch flache Flügelenden mit voller Dicke erzeugt wird. Dieses Merkmal schließt auch die Möglichkeit aus, daß die Rotorenden die Endplatten berühren, wie es in herkömmlichen Einheiten mit gleitenden Flügeln üblich ist.
(f) Dichtungen 76,78 mit korrekten Toleranzen verhindern ein inneres Vorbeiströmen des Arbeitsfluids zwischen benachbarten oder anderen Kammern entweder um die axialen Flügelenden 108, 110 herum oder über die nicht belegten Abschnitte der Schlitze 96 infolge ihres gemeinsamen Zugangs zum Arbeitsfluid, wie es in herkömmlichen Pumpen oder Motoren mit gleitenden Flügeln üblich ist. Dieses Merkmal begrenzt auch den Fluidverlust oder das innere Vorbeiströmen, wenn die Einheit sich unter Betriebslastbedingungen im blockierten Zustand befindet.

Nun, daß eine Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben worden ist, wird es einschlägigen Fachleuten klar sein, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne die grundlegenden erfinderischen Konzepte zu verlassen. Obwohl zum Beispiel das Gehäuse 12 so gezeigt wird, daß es getrennte Endplatten 40 und 42 aufweist, kann eines dieser Enden integral mit dem zylindrischen Element 138 des Gehäuses 12 ausgebildet sein und so bearbeitet sein, daß es die relevanten Stufenflächen aufweist. Während außerdem der Rotor 24 so gezeigt wird, daß er vier Flügel aufweist (d. h. vier Schlitze 96), können mehr oder weniger Flügel eingebaut werden. Zusätzlich wird das Vorspannungselement, um die Flügel 32 radial nach außen vorzuspannen, so gezeigt, daß es eine Spalthülse 122 ist. Jedoch können andere Arten von Vorspannungselementen verwendet werden, um denselben Effekt zu erzielen, zum Beispiel: ein Stück eines elastischen Rohrs oder Stabs, wie es aus natürlichen oder synthetischen Kautschuk, oder Kunststoffmaterial bestehen kann; eine Schraubenfeder mit flachem Querschnitt; ein massiver oder hohler Stab oder Rohr aus einem Material, das mit elastischen, in Umfangsrichtung beabstandeten Einsätzen an Abständen versehen ist, die dem Ort der Flügel 32 entsprechen; oder ein Druckfluid, das im Rotorkörper eingeschlossen ist. Alle solchen Modifikationen und Variationen werden als innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegend angesehen, deren Natur aus den folgenden Ansprüchen bestimmt werden soll.

Claims

Vorrichtung (10), geeignet zur Verwendung als Pumpe oder Motor, wobei die Vorrichtung (10) aufweist: ein Gehäuse (12) mit abgedichteten Enden (14, 16) und mit einem Hohlraum (18) zwischen den Enden, wobei das Gehäuse ferner einen ersten und zweiten Anschluß (20, 22) aufweist, die beide eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren und Äußeren des Gehäuses (12) erlauben; einen Rotor (24) mit einem im wesentlichen hohlen Rotorkörper (26), der von dem Gehäuse (12) gehalten wird, um sich innerhalb des Hohlraums (18) um eine Rotationsachse (28) zu drehen, die sich parallel und versetzt zu einer Längsachse (30) des Hohlraums (18) erstreckt, wobei der Rotorkörper (26) ein erstes und zweites Ende (68, 70) hat, die sich gegenüberliegen und jeweils Abschnitte (72, 74) mit bezüglich eines mittleren Abschnitts des Rotorkörpers verringertem Durchmesser aufweisen; mehrere in dem Rotorkörper (26) geformte Schlitze (96); und mehrere Flügel (32), von denen einzelne gleitbar in getrennten Schlitzen (96) gehalten werden, um sich radial zur Rotationsachse (28) zu bewegen; wobei die Flügel (32), der Rotor (24) und das Gehäuse (12) aneinander angrenzen, so daß eine im wesentlichen abgedichtete Kammer zwischen benachbarten Flügeln (32), einer inneren Umfangsfläche (34) des Gehäuses (12) und dem Rotor (24) gebildet ist, und wobei der erste und zweite Anschluß (20, 22) in unterschiedlichen Kammern angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlitze (96) zwischen dem ersten und dem gegenüberliegenden zweiten Ende (68, 70) erstrecken und innenbords und in den Abschnitten mit verringertem Durchmesser (72, 74) enden, und gekennzeichnet durch Dichtungen (76, 78), die jeweils um die Ab schnitte (72, 74) mit verringertem Durchmesser herum angeordnet sind, wobei die Dichtungen (76, 78) so eingesetzt sind, daß sie gegenüberliegende Enden (98, 100) jedes Schlitzes (96) abdecken und an axial gegenüberliegenden Enden (108, 110) der Flügel (32) abdichtend anliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Enden (98, 100) jedes Schlitzes (96) bogenförmig sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) mit zwei gestuften Innenflächen (47, 48; 57, 58) versehen ist, die jeweils von der Verbindungsstelle zweier Flächen gebildet werden, und die jeweiligen Dichtungen (76, 78) einen Dichtungskontakt mit beiden der Flächen (47, 48; 57, 58) der gestuften Innenflächen herstellen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Nut (102, 104), die sich radial von jedem Ende jedes Schlitzes (96) entlang einer Oberfläche sowohl am ersten wie auch am zweiten Ende (68, 70) innerhalb des Rotorkörpers (26) erstreckt, um axial gegenüberliegende Enden (108, 110) eines in diesem Schlitz (96) aufgenommenen Flügels (32) aufzunehmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten (102) an dem ersten Ende (68) des Rotorkörpers (26) über das Zentrum des Rotorkörpers (26) hinaus erstrecken.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des ersten Endes (68) des Rotorkörpers (26) mit einer um die Rotationsachse (28) zentrierten kreisförmigen Aussparung (103) versehen ist und sich die an dieser Innenfläche gebildeten Nuten (102) radial von dem Ende der Schlitze (98) nahe dem ersten Ende (96) zu der kreisförmigen Aussparung (103) erstrecken.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Gleit- und wesentlichen Dichtungskontakt mit dem jeweiligen ersten und zweiten Ende (14, 16) des Gehäuses (12) axial gegenüberliegende Kanten (108, 110) der Flügel (32) mit bogenförmigen Flächen gebildet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Gleit- und wesentlichen Dichtungskontakt mit der inneren Umfangsfläche (34) des Gehäuses (12) eine radial fern gelegene Kante (112) jedes Flügels (96) mit einer bogenförmigen Fläche gebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch innerhalb des Rotorkörpers (26) angeordnete Vorspannungseinrichtungen (122) zum Vorspannen der Flügel (96) radial nach außen in Richtung auf die innere Umfangsfläche (34) des Gehäuses (12).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung (122) ein federndes Element aufweist, das sich in Richtung der Rotationsachse (28) erstreckt und angepaßt ist, um gleichzeitig auf jeden Flügel (96) zu wirken.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (122) ein Element aus der folgenden Auflistung aufweist: eine geschlitzte Manschette oder ein Rohr aus einem federnden Material; ein Stück eines Rohrs oder Stabs aus Natur- oder synthetischem Kautschuk; ein Rohr oder einen Stab aus Kunststoffmaterial; eine axial innerhalb des Rotorkörpers eingesetzte Schraubenfeder mit flachem Querschnitt; einen massiven oder hohlen Stab oder ein massives oder hohles Rohr aus einem Material, das mit in Umfangsrichtung beabstandet angeordneten federnden Einsätzen in Abständen versehen ist, die dem Ort der Flügel (96) entsprechen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Aussparung (120), die in der radial inneren Kante (114) jedes Flügels (96) innenbords der axial gegenüberliegenden Enden (108, 110) jedes Flügels (96) gebildet ist, um die Vorspannungseinrichtung (122) aufzunehmen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung (122) ein unter Druck stehendes Fluid aufweist, das innerhalb des Rotorkörpers (26) gehalten wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (24) eine Welle (80) aufweist, die sich von dem ersten Ende (68) des Rotorkörpers (26) aus und durch ein Loch (52) erstreckt, das in einem ersten Ende der Enden (140) des Gehäuses (12) gebildet ist, wobei bei einer Verwendung der Vorrichtung (10) als Pumpe ein Drehmoment an die Welle (80) angelegt werden kann, um auf den Rotor (24) eine Rotationsbewegung zu übertragen, und bei Verwendung der Vorrichtung als Motor die Welle (80) als Abtrieb wirken kann.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das der Welle (80) gegenüberliegende zweite Ende (70) des Rotorkörpers (26) mit einer Aussparung (92) versehen ist, um eine in einem zweiten Ende (16) der Enden des Gehäuses (12) gebildete Flanschwelle (62) aufzunehmen, um das zweite Ende (70) des Rotorkörpers (26) drehbar zu halten.