DK159980B - Hydraulisk vingehjulsmaskine - Google Patents

Description

DK 159980 B

Opfindelsen angår en hydraulisk vingehjulsmaskine med en med en hovedaksel koblet rotor med i hovedsagen cirkulært tværsnit, som bærer radialt forskydelige vinger, som er belastet udad af fjedre og eventuelt af trykket i et radialt indad 5 anbragt trykrum, og med en stator, som på den indvendige omkreds har en løbeflade for vingerne, som afvekslende har nær rotoromkredsen liggende kortere minimum-afsnit og i en større afstand fra rotoromkredsen forløbende længere maksimumafsnit samt derimellem har overgangs-afsnit, og hvor der i 10 minimum-afsnittene er anbragt tætningselementer, som er anbragt i udsparinger af statoren, forløber igennem en gennemgangsåbning til løbefladen og ligger fjedrende an mod rotoromkredsen.

Man kender en maskine af denne art (DE-OS 23 56 192), ved 15 hvilken løbefladens minimum-afsnit kan forkortes ganske betydeligt i forhold til maksimum-afsnittene ved anvendelse af tætningselementer, således at maskinens størrelse kan formindskes, eller dens ydelse kan forhøjes. Tætningselementerne består af i statorens radialslidser førte tætningsvinger, 20 som ved hjælp af en fjeder trykkes radialt indad. Ved denne konstruktion giver rotorvingernes løb forbi tætningsvingerne vanskeligheder. Da tætningsvingernes stilling alene er bestemt af rotoromkredsen, står disse inden for rammerne af det konstruktivt anbragte spillerum og de tolerancer, der må 25 regnes med, ud over løbefladen. Selv når vingernes endesider er afrundede, kan det ikke udelukkes, at tætningsvinger og rotorvinger udøver ikke ubetydelige påramningskræfter på hinanden, som fører til støj og slitagefremkomster. Vælger man svage fjedre for tætningsvingerne, for at der ikke skal 30 optræde for stor friktion mellem tætningsvingerne og statoren, er der fare for, at tætningsvingerne trykkes fuldstændigt ind i stator-udsparingerne af rotorvingerne, og rotorvingerne kolliderer med gennemgangsåbningerne. Vælger man derimod fjedrene for tætningsvingerne stærkere, må man regne 35 med for store friktionstab.

DK 159980 B

2

Endvidere kendes hydrauliske vingehjulsmaskiner (US-PS 2 393 223r US-PS 2 653 551r US-PS 2 738 774), ved hvilke mi-nimum-afsnittene, idet man giver afkald på tætningselementerne, har omtrent den samme længde som maksimum-afsnittene, 5 således at rotorvingerne konstant ligger an mod løbefladen.

Denne har herved såvel i maksimum-afsnittene som i minimum-afsnittene konstant radius.

Formålet med opfindelsen er at angive en hydraulisk vinge-hjulsmaskine af den i indledningen beskrevne art, ved hvil-10 ken de ved rotorvingernes løb forbi tætningselementerne optrædende vanskeligheder nedsættes.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at tætningselementerne er dannet af i sig selv radialt fjedrende rørelementer, og stator-udsparingerne har et tværsnit, hvis bredde 15 til dannelse af holdeflader tiltager udgående fra gennemgangsåbningen og til slut igen aftager til dannelse af støtteflader for rørelementet.

Ved denne konstruktion sørger holdefladerne i tilslutning til gennemgangsåbningen for, at de fjedrende rørelementer 20 indad kun kan rage ubetydeligt frem over løbefladen. Den fremstående del danner på grund af sin forholdsvis ringe krumning en i forhold til sin bredde flad forhøjning hen over løbefladen. Efter indbygningen af rotoren trykker denne rørelementerne mod støttefladerne, hvorved rørelementerne 25 deformeres elastisk og ligger med en tilsvarende anlægskraft ligger an mod rotoren. Herved står rørelementet mindre stærkt, men stadig med en meget flad del ud over løbefladen, således at rotorvingerne uden vanskeligheder og uden støj eller forstyrrende påvirkninger kan føres forbi tætningsele-30 mentet. De herved af rotorvingerne på rørelementerne udøvede yderligere kræfter kan ikke bevirke en væsentlig forskydning af tætningselementet, da dets elastiske tilbagestillingskræfter efter anlægget mod støttefladerne stiger stærkere, 3 DK 159980 B i og desuden yder den i Tørelementets indre indesluttede mængde hydraulikvæske modstand mod en tværsnitsformindskelse.

Alt i alt kan der arbejdes med et meget ringe spillerum mellem rotoromkreds og løbefladens minimum-afsnit, således at 5 også det skadelige volumen, som forringer virkningsgraden, i er lavt, skønt der på grund af fjederegenskaben også kan optages betydelige toleranceafvigelser. En yderligere fordel består i, at yderligere fjedre bortfalder, fordi tætnings- i element og fjeder dannes af det fjedrende rørelement.

| 10 Særlig gunstigt er det, når stator-udsparingernes tværsnit i det mindste tilnærmelsesvis er cirkelformet, fordi der så fås en god tilpasning til rørelementerne. Hvis tværsnittet er nøjagtig cirkelformet, forenkles også fremstillingen, fordi stator-udsparingerne kan frembringes ved en simpel bo-15 ring.

Ved en foretrukken udførelsesform har rørelementerne en længdeslids, som er anbragt på den over for gennemgangsåbningen liggende side. Ved sådanne slidsede rørelementer kan man blandt andet ved valg af slidsbredden meget nøjagtig 20 konstatere den i normaldrift optrædende anlægskraft i forhold til rotoren. De på slidskanten optrædende kanter lægger sig med stor fladepresning an mod støttefladerne, således at der på disse steder fås en særlig god tætning mellem tryk-og lavtrykside. Desuden er den i rørelementets indre indsi-25 vede hydraulikvæske sikkert indesluttet, således at også den fordel forbliver opretholdt, at denne indesluttede væske modvirker formændringer af rørelementet. Især kan slidsen vælges således, at der fås overordentlig små afstande mellem rotoromkreds og løbeflade, men at der alligevel er en for 30 tætningen netop tilstrækkelig anlægskraft mellem rørelement og rotor til stede.

For at længdeslidsen bibeholder sin stilling og ikke muligvis når ind i gennemgangsåbningens område, skal rørelementet

DK 159980 B

4 sikres mod drejning. Dette sker lettest ved et drejesik-ringselement, der griber ind i længdeslidsen.

I videre udformning af opfindelsen er ved tilstedeværelse af mindst tre tætningselementer rotoren koblet selvcentrerende 5 med hovedakslen. Rotoren indstilles i en stilling, som fås på grund af de af alle rørelementer udøvede radialkræfter.

På denne måde fås ved alle tætningselementer tilnærmelsesvis ens anlægskræfter på det mindst mulige niveau.

Især kan koblingen have en krum polygonprofil ifølge DIN 10 32711. Sådanne profiler fører til en berøring på mindst tre over omkredsen forskudte punkter, hvad der på den ene side fører til den ønskede selvcentrering og på den anden side tillader overførelsen af høje drejningsmomenter.

Med særlig fordel har løbefladens minimum-afsnit en konstant 15 radius, som højst er 0,1 mm, fortrinsvis mindre end 0,05 mm, større end rotorradien. Ved rotorvingernes løb forbi rørelementerne behøver disse to dele kun at gennemføre en meget lille undvigelsesbevægelse, som til sammen svarer til den nævnte afstand.

20 Opfindelsen forklares nærmere nedenstående ved hjælp af et på tegningen vist, foretrukket udførelseseksempel, der viser i fig. 1 et længdesnit gennem en vingehjulsmaskine ifølge opfindelsen ifølge snittet I-I i fig. 2, 25 fig. 2 et sidebillede af stator og rotor ifølge linien II-II i fig. 1, fig. 3 et sidebillede af en endedel ifølge linien III-III i fig. 1, 5

DK 159980 B

fig. 4 et sidebillede af en mellemplade svarende til linien IV-IV i fig. 1, fig. 5 et forstørret tværsnit gennem et tætningselement før indsættelsen af rotoren og 5 fig. 6 et forstørret tværsnit svarende til fig. 5 efter indsættelsen af rotoren.

Den i figurerne viste hydrauliske vingehjulsmaskine har et hus 1, som består af en stator 2, på dets to sider anbragte mellemplader 3 og 4 samt to endedele 5 og 6. I to lejer 7 og 10 8 er der lejret en hovedaksel 9, der er koblet drejefast med en rotor 10. Til dette formål har hovedakslen 9 et koblingsafsnit 11 med en polygonprofil ifølge DIN 32711, som har krumme sideflader, og rotoren 10 har en tilsvarende optagelsesåbning 12.

15 Endedelen 5 har en tilslutningsstuds 13 og et dermed forbundet fordelerringrum 14, endedelen 6 har en tilslutningsstuds 15 og et dermed forbundet fordelerringrum 16. Fordelerring-rummet 14 er over åbninger 17 og gennembrud 18 i mellempladen 3 forbundet med tre fordelerrum 19 i statoren 2. Forde-20 lerringrummet 16 er over tilslutninger 20 og gennembrud 21 i mellempladen 4 forbundet med tre fordelerrum 22 i statoren 2. Mellem nabo-fordelerrum 19 og 22 samt de tilhørende tilslutningskanaler forløber i alle nævnte huskomponenter seks boringer 23, 24 og 25 til optagelse af spændebolte, som hol-25 der husets 1 dele aksialt sammen. Dette sker under mellemlæg af tætningsringe 26 og 27, som er anbragt i ringnoter 28 og 29 af henholdsvis endedelene 5 og 6 og statoren 2. Herved kan mellempladerne 3 og 4 ved hjælp af yderligere skruer fastgøres på statoren 2, som går gennem huller 30 i mellem-30 pladen 4 og griber ind i gevindboringer 31 af statoren 2.

Statoren 2 har på den indvendige omkreds en løbeflade 32,

DK 159980 B

6 som har tre hver over 120o strækkende sektioner, der hver består af fire afsnit A - D. Maksimum-afsnittet B har konstant radius og har en afstand fra rotorens 10 omkreds 33. Minimum-afsnittet D er væsentligt kortere, har ligeledes en 5 konstant radius og ligger nær rotoromkredsen 33. Overgangsafsnittene A og C har henholdsvis til- og aftagende radius, hvorved forløbet er valgt således, at de giver en af maksimum-afsnittet B afbrudt sinuskurve, hvorved den første og den sidste kvartbølge er erstattet af en sinus-kvadrat-kur-10 ve. Fra begge endesider af fordelerrummene 19 strækker der sig noter 34 og 35 til overgangs-afsnittene A, og fra begge sider af fordelerrummene 22 strækker der sig noter 36 og 37 til overgangs-afsnittene C.

Rotoren bærer tolv vinger 38, som er ført radialt, og hver 15 trykkes af en bladfjeder 39 udad mod løbefladen 32. Bladfjedrene befinder sig i et trykrum 40, som på begge sider står i forbindelse med en blindhulboring 41 og 42. Disse blind-hulboringer kommer ved rotordrejningen i forbindelse med forbindelsesåbninger 43, 44 og 45 i mellempladerne 3 og 4, 20 som det er stiplet vist i fig. 2. Forbindelsesåbningerne 43 fører over noterne 34 og 35 til fordelerrummene 19, forbindelsesåbningerne 44 fører over noterne 36 og 37 til fordelerrummene 22. Forbindelsesåbningerne 45 står i forbindelse med ringnoter 46 og 47 i endedelene 5 og 6. Ringnoterne 46 25 og 47 er forbundet indbyrdes over forlængelser 48 samt boringer 49 i mellempladerne og boringer 50 i statoren 2. De forbindes over kontraventiler 51 og 52, af hvilke der kan ses et ventilsæde 53 i fig. 3, med det trykket førende af de to ringrum 14 og 16 og fører derfor ligeledes arbejdstryk.

30 Dette har til følge, at vingerne 38 i maksimum-afsnittet B af arbejdstrykket trykkes mod løbefladen 32. I de to overgangs-afsnit A og C er vingerne 38 på begge endesider påvirket af det samme tryk, altså trykaflastet, og trykkes kun af fjedrene 39 og centrifugalkraften udad. I minimum-afsnittet 7

DK 159980 B

D er trykrummet 40 spærret udadtil, således at hydraulikvæske kun kan strømme ud over lækageveje.

I hvert minimum-afsnit befinder der sig en tætning 54 med et fjedrende rørelement 55, som er anbragt i en stator-udspa-5 ring 56 og rager frem ud af en i løbefladen 32 anbragt gennemgangsåbning 57. Dette er vist i detaljer i fig. 5 og 6. Rørelementet 55 er udformet cylindrisk og har en længdeslids 58. I denne rager et i statoren 2 fastholdt drejesikrings-element 59. Stator-udsparingen 56 er udformet som boring, 10 således at der nær gennemgangsåbningen 57 fås holdeflader 60 og på den over for liggende side støtteflader 61. Hvis statoren 2 endnu ikke er bygget ind, indtager rørelementet 55 den i fig. 5 viste stilling, ved hvilken den fremstående del 62 af rørelementet 55 er bestemt af holdefladerne 60. Px har 15 udragningen over løbefladen 32 en værdi a på 0,2 mm. Indsættes rotoren 10, som fig. 6 viser, trykkes rørelementet 55 mod støttefladerne 61 og trykkes derved radialt udad sammen. Udragningen af den fremstående del 62 forringes til værdien b, som fx udgør 0,04 mm. Ved hjælp af af sammenpresningsgra-20 den og rørelementets 55 dimensioner inklusiv dets slids 58 i forhold til stator-udsparingen 56 er også tætningskraften forudbestemt, med hvilken rørelementet 55 ligger an mod rotoromkredsen 33. Af fig. 6 kan man se, at rotorvingernes 38 bevægelse forbi rørelementet 55 er mulig uden problemer. En 25 for stærk indtrykning af rørelementet 55 i stator-udsparingen 56 forhindres ved, at det indre rum 63 er fyldt med indsivet hydraulikvæske, som kun svært kan strømme ud, fordi det indre rum 63 er godt tætnet ved rørelementets 55 anlæg mod støttefladerne 61. Derfor er der ingen fare for, at ro-30 torvingen 38 bliver hængende ved gennemgangsåbningen 57. På grund af den meget lille radialbevægelse, som rørelement 55 og rotorvinge 38 skal gennemføre relativt til hinanden, og på grund af den forholdsvis lille krumningsradius af rørelementet 55 optræder der ved rotorvingernes 38 bevægelse forbi 35 tætningen hverken støj eller utilladelige mekaniske belastninger.

DK 159980 B

8 I fig. 2 er der yderligere indtegnet, hvordan maskinen ved en drift tilsluttes som motor. En pumpe 64 er på tryksiden forbundet med tilslutningen 13, mens den anden tilslutning 15 står i forbindelse med beholderen 65. Pumpetrykket her-5 sker derfor i fordelerrummene 19 og ved reaktion af kontraventilen 52 også i forbindelsesåbningerne 45. Tanktryk hersker derimod i fordelerrummene 22. I overgangs-afsnittet A tilføres derfor de fortrængningskamre, som forstørres, trykvæske mellem på hinanden følgende rotorvinger 38, hvorved 10 rotoren 10 begynder at dreje mod uret. Maksimum-afsnittet B har en længde, som er mindst lig med afstanden af på hinanden følgende rotorvinger 38, således at tryk- og lavtrykside på denne måde er sikkert tætnet mod hinanden. I overgangsafsnittet C bortledes hydraulikvæsken igen. I det i omkreds-15 retning meget korte minimum-afsnit D bevirkes tætningen mellem tryk- og lavtrykside ved hjælp af rørelement-tætningen 54.

Ved anvendelse af den selvcentrerende kobling 11, 12 lykkes det at gøre de af de tre rørelementer 55 udøvede, radialt 20 indad rettede kræfter indbyrdes ens, hvorved også afstandene b er tilnærmelsesvis ens.

Som følge af anvendelsen af kontraventiler 51, 52 kan henholdsvis motoren og pumpen drives i begge drejeretninger.

Som følge af det valgte forløb af løbefladen er ændringen af 25 stillingen, hastigheden og accelerationen af rotorvingerne 38 lig nul ved gennemløb af maksimum-afsnittet B, fordi radien er konstant. Det betyder, at den geometriske fortrængning af maskinen er konstant, hvorved også de bedste forudsætninger for et konstant drejningsmoment er givet. Rotor-30 vingerne 38 trykkes sikkert mod løbefladen 32. Trykkammerets 40 volumen forbliver konstant, således at man ikke behøver at befrygte trykspidser ved ændringer af kammervolumenet. I overgangs-afsnittene A og C står der til fyldning og tømning af trykkamrene 40 forholdsvis store fladetværsnit til rådig-

DK 159980 B

9 hed, således at rotorvingerne 38 uden videre kan følge formen af løbefladen 32. Da rotorvingerne 38 i disse zoner står under hydraulisk trykudligning, kan man heller ikke vente for store trykpåvirkninger af løbefladen 32 og heller ikke 5 for store friktionskræfter. Indløbs- og udløbskurverne i overgangs-afsnittene A og C er valgt således, at de giver så ringe acceleration som muligt, således at der ikke kan indstilles trykspidser.

Claims (7)

1. Hydraulisk vingehjulsmaskine med en med en hovedaksel (9) koblet rotor (10) med i hovedsagen cirkulært tværsnit, som bærer radialt forskydelige vinger (38), som er belastet udad af fjedre (39) og eventuelt af trykket 5. et radialt indad anbragt trykrum (40), og med en sta tor (2), som på den indvendige omkreds har en løbeflade (32) for vingerne (38), som afvekslende har nær rotoromkredsen (33) liggende kortere minimum-afsnit (D) og i en større afstand fra rotoromkredsen (33) forløbende 10 længere maksimum-afsnit (B) samt derimellem har over gangs-afsnit (A, C), og hvor der i minimum-afsnittene (D) er anbragt tætningselementer (55), som er anbragt i udsparinger (56) af statoren (2), forløber igennem en gennemgangsåbning (57) til løbefladen (32) og ligger 15 fjedrende an mod rotoromkredsen (33), kendeteg net ved, at tætningselementerne er dannet af i sig selv radialt fjedrende rørelementer (55), og stator-ud-sparingerne (56) har et tværsnit, hvis bredde til dannelse af holdeflader (60) tiltager udgående fra gennem-20 gangsåbningen (57) og til slut igen aftager til dannel se af støtteflader (61) for rørelementet.

2. Vingehjulsmaskine ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stator-udsparingernes (56) tværsnit i det mindste tilnærmelsesvis er cirkelformet.

3. Vingehjulsmaskine ifølge krav 1 eller 2, k e n d e - tegnet ved, at rørelementerne (55) har en længdeslids (58), som er anbragt på den over for gennemgangsåbningen (57) liggende side.

4. Vingehjulsmaskine ifølge krav 3,kendetegnet 30 v e d, at et drejesikringselement (59) griber ind i længdesiidsen (58). ,, DK 159980 B

5. Vingehjulsmaskine ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at ved tilstedeværelse af mindst tre tætningselementer er rotoren (10) koblet selvcentrerende med hovedakslen (9).

6. Vingehjulsmaskine ifølge krav 5, kendetegnet v e d, at koblingen (11, 12) har en krum polygonprofil ifølge DIN 32711.

7. Vingehjulsmaskine ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at løbefladens (32) minimum-afsnit 10 (D) har en konstant radius, som højst er 0,1 mm, for trinsvis mindre end 0,05 mm, større end rotorradien.