DE102008023475A1 - Hydromaschine - Google Patents

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DE102008023475A1
DE102008023475A1 DE200810023475 DE102008023475A DE102008023475A1 DE 102008023475 A1 DE102008023475 A1 DE 102008023475A1 DE 200810023475 DE200810023475 DE 200810023475 DE 102008023475 A DE102008023475 A DE 102008023475A DE 102008023475 A1 DE102008023475 A1 DE 102008023475A1
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Germany
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pressure
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rotor
hydraulic machine
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DE200810023475
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Brian Kane
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03CPOSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C2/00Rotary-piston engines
    • F03C2/08Rotary-piston engines of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C3/00Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members
    • F01C3/06Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • F01C3/08Rotary-piston machines or engines with non-parallel axes of movement of co-operating members the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Abstract

Offenbart ist eine Hydromaschine mit einem Antriebsrotor und einem Abtriebsrotor, deren Achsen zueinander angestellt sind und die über eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken. Über benachbarte Zähne der Stirnverzahnung ist jeweils ein Arbeitsraum begrenzt, der bei Umdrehung der Rotoren mit einem Eingangskanal und einem Ausgangskanal verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist eine von den Arbeitsräumen abgewandte rückseitige Stützfläche eines Rotors mit einem Druck in den Arbeitsräumen entsprechenden Stützdruck beaufschlagbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hydromaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In dem Dokument DE 10 2004 026 048 A1 ist eine Hydromaschine in der Form eines Förderaggregats offenbart. Dieses hat einen Antriebsrotor und einen von diesem angetriebenen Abtriebsrotor, die beide über eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken und wobei die Rotorachsen zueinander angestellt sind. Über jeweils benachbarte Zähne der Stirnverzahnung werden Arbeitsräume begrenzt, in die bei der Rotation der Rotoren Druckmittel von einem Niederdruckanschluss einströmt und aus denen Druckmittel druckerhöht an einen Hochdruckanschluss abgeben wird. Ein Abtriebszapfen des Abtriebsrotors ist dabei über eine Verstellkraft in Richtung der Rotorachse axial verstellbar. Die axiale Verstellbarkeit des Abtriebsrotors dient dazu, die Spaltbreite zwischen den Zähnen der Stirnradverzahnung zu variieren, um somit mit einem veränderbaren Kurzschlussspalt zwischen den Arbeitsräumen die Fördermenge des Förderaggregats zu bestimmen. Nachteilig hierbei ist, dass durch die Kraftbeaufschlagung des Abtriebzapfens der Rotor ungleichmäßig an einer Gleitlagerbuchse aufliegt und somit lokal hohe Lagerkräfte auftreten, was zu einem schlechten Wirkungsgrad und zu einer Beschädigung des Förderaggregats führt.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hydromaschine zu schaffen, die eine hohe Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Hydromaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß hat eine Hydromaschine einen Antriebsrotor und einen Abtriebsrotor, deren Achsen zueinander angestellt sind. Über eine Stirnverzahnung wirken diese kämmend zusammen, wobei über benachbarte Zähne der Stirnverzahnung jeweils ein Arbeitsraum begrenzt ist, der bei Umdrehung der Rotoren mit einem Niederdruckbereich bzw. -anschluss und einem Hochdruckbereich bzw. -anschluss ver bindbar ist. Zumindest eine von den Arbeitsräumen abgewandte rückseitige Stützfläche eines Rotors ist mit einem Stützdruck beaufschlagt, der einem Druck in den Arbeitsräumen entspricht.
  • Diese Lösung hat den Vorteil, dass der Stützdruck entgegen dem Druck in den Arbeitsräumen wirkt und der Rotor somit hydrostatisch entlastet werden kann, wodurch einseitige Abstütz- und Lagerkräfte des Rotors beispielsweise an einem Lager verringert werden. Daraus folgt eine geringere Lagerreibung des Rotors und eine geringere Flächenpressung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse und somit ein höherer Wirkungsgrad und eine höhere Lebensdauer der Hydromaschine.
  • Um die Reibverluste der Hydromaschine weiter zu minimieren, kann der Antriebsrotor einen in einem Antriebslager vorgesehenen Antriebszapfen und der Abtriebsrotor einen in einem Abtriebslager vorgesehenen Abtriebszapfen haben, wobei eine Stirnseite des Abtriebszapfens und die von den Arbeitsräumen abgewandten rückseitigen Stützflächen der Rotoren mit dem Stützdruck beaufschlagt sind.
  • Vorzugsweise wird der Abtriebszapfen mit dem Stützdruck aus einem Niederdruckbereich und die Stützflächen der Rotoren jeweils mit dem Stützdruck aus einem Hochdruckbereich der Hydromaschine beaufschlagt.
  • Die Hydromaschine kann vorteilhafterweise sehr einfach aufgebaut sein, wobei die Rotoren von einem Gehäuse mit einem Gehäusedeckel umschlossen sind. Der Antriebszapfen des Antriebsrotors ist dabei in ein Gehäuse und der Abtriebszapfen des Abtriebsrotors in einem radial zurückgestuften und in das Gehäuse eintauchenden Zylinderbereich des Gehäusedeckels gelagert.
  • Der Stützdruck kann besonders einfach auf die Stützflächen der Rotoren aufgebracht werden, wenn der Gehäusedeckel eine erste und das Gehäuse eine zweite Drucktasche aufweisen, die die voneinander abgewandten Stützflächen der Rotoren jeweils mit Stützdruck aus dem Hochdruckbereich der Hydromaschine beaufschlagen.
  • Durch die Drucktaschen kann der Rotor einfach mit Stützdruck beaufschlagt werden, wenn diese konzentrisch um die jeweilige Rotorachse entlang der Stützflächen der Rotoren verlaufen und im Wesentlichen im Bereich der höheren und höchsten durch die Arbeitsräume erzeugten Druckbelastung angeordnet sind.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Drucktaschen jeweils durch einen inneren und einen äußeren konzentrisch um die jeweilige Rotorachse sich erstreckenden Stützsteg des Gehäuses und des Gehäusedeckels begrenzt sind. An den Stützstegen können sich dabei vorteilhafterweise die Stützflächen der Rotoren abstützen.
  • Bei einer einfachen Lösung weist die Hydromaschine einen rückseitigen Stützraum auf, um den Abtriebszapfen des Abtriebrotors in Richtung der Rotorachse mit Stützdruck zu beaufschlagen. Dieser ist stirnseitig einerseits von einer Ausnehmung im Gehäusedeckel und andererseits von einer rückseitigen Stirnfläche des Abtriebszapfens begrenzt und kann dabei mit dem Niederdruckbereich der Hydromaschine verbunden sein.
  • Der Stützraum wird beispielsweise über einen ersten Niederdruckkanal im Gehäusedeckel und einen daran anschließenden zweiten Niederdruckkanal im Gehäuse mit dem Niederdruckbereich der Hydromaschine verbunden sein.
  • Bei einem kostengünstigen Aufbau der Hydromaschine kann die erste Drucktasche über einen ersten Hochdruckkanal im Gehäuse und die zweite Drucktasche über einen zweiten Hochdruckkanal im Gehäusedeckel und einen daran anschließenden dritten Hochdruckkanal im Gehäuse mit dem Hochdruckbereich der Hydromaschine verbunden sein.
  • Die Nieder- und Hochdruckkanäle können einfach als Bohrungen oder als Nuten in den Gehäusedeckel und in das Gehäuse eingebracht sein.
  • Vorteilhalfterweise kann im Mündungsbereich des Antriebslagers hin zum Abtriebsrotor eine mit dem Niederdruckbereich der Hydromaschine verbundene Ringnut in das Gehäuse eingebracht sein, wodurch der über diese Ringnut an den Antriebsro tor angreifende Fluiddruck dem über den Stützraum an den Abtriebsrotor angreifenden Fluiddruck entgegenwirkt.
  • Als Material für die Rotoren kann verstärkter Kunststoff eingesetzt werden, der sich durch geringe Reibungswerte auszeichnet.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch eine Hydromaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
  • 2 einen Längsschnitt durch eine Hydromaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer Hydromaschine aufgezeigt, die als Förderaggregat ausgeführt ist. Die erfindungsgemäße Hydromaschine ist allerdings nicht auf derartige Förderaggregate beschränkt, sondern kann beispielsweise auch als Hydromotor eingesetzt werden.
  • In 1 ist ein Längsschnitt durch ein Förderaggregat 1, beispielsweise eine Stirnradpumpe, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel abgebildet. Dieses weist einen Antriebsrotor 2 und einen vom Antriebsrotor 2 angetriebenen Abtriebsrotor 4 auf, wobei die beiden Rotoren 2, 4 jeweils über eine Stirnverzahnung 6 kämmend zusammenwirken. Die Rotoren 2, 4 sind von einem Gehäuse 8 mit einem Gehäusedeckel 10 umgriffen. Eine An- und eine Abtriebsachse 12, 14 der Rotoren 2, 4 sind zueinander angestellt. Benachbarte Zähne 16, 18 der Stirnverzahnung 6 begrenzen jeweils einen Arbeitsraum 19, der Fluid von einem Eingangskanal 20 bzw. einen Niederdruckbereich 20 aufnimmt und nach einer Rotation der Rotoren 2, 4 druckerhöht an einen Ausgangskanal 22 bzw. Hochdruckbereich 22 abgibt. Der Arbeitsraum 19 hat am Eingangskanal 20 das größte Volumen, welches sich bei der Rotation der Ro toren 2, 4 zum Ausgangskanal 22 verkleinert und anschließend bis zum Eingangskanal 20 wieder vergrößert. Die mit dem Eingangskanal 20 verbundenen Arbeitsräume 19 bilden die sogenannte Saugseite und die mit dem Ausgangskanal 22 verbundenen Arbeitsräume 19, die sogenannte Druckseite des Förderaggregats 1.
  • Der Gehäusedeckel 10 hat einen Radial zurückgestuften Zylinderabschnitt 23, der in das Gehäuse 8 eintaucht. Eine durch die Stufung gebildete Ringfläche 24 des Gehäusedeckels 10 liegt spielfrei an einer ebenfalls ringförmigen Gehäusestirnfläche 25 des Gehäuses 8 an. Mit Verbindungselementen 26, beispielsweise Schrauben, wird der Gehäusedeckel 10 dichtend mit dem Gehäuse 8 verbunden. Der Antriebsrotor 2 hat ferner einen Antriebszapfen 28, der radial in einer Durchgangsöffnung 29 des Gehäuses 8 gelagert und mit einem Zapfenendabschnitt 30 aus dem Gehäuse herausgeführt ist. An dem Zapfenendabschnitt 30 wird der Antriebsrotor 2 von einem Aktor, beispielsweise einem Elektromotor angetrieben. Der Abtriebsrotor 4 ist mit einem Abtriebszapfen 32 in eine Lagerausnehmung 33 des Zylinderabschnitts 24 des Gehäuses 8 radial gleitend gelagert. Die Zähne 16 des Abtriebsrotors 4 sind ringförmig an einem zylindrischen Trägerabschnitt 34 ausgebildet, der mit seiner Mantelfläche 35 in dem Gehäuse 10 ebenfalls gleitend gelagert ist. Des Weiteren stützt sich der Abtriebsrotor 4 mit einem sich mittig von dem Trägerabschnitt 33 sich erstreckenden Kugelabschnitt 36, an einem Lagerschalenabschnitt 37 des Antriebsrotors 2 ab. Eine von den Arbeitsräumen 19 abgewandte kugelschalenförmige rückseitige Stützfläche 38 des Lagerschalenabschnitts 36 ist gleitend in dem Gehäuse 8 gelagert. Entsprechend ist eine von den Arbeitsräumen 19 abgewandte und rückseitige kreisringförmige Stützfläche 40 des Trägerabschnitts 34, die sich senkrecht zur Abtriebsachse 14 erstreckt, stirnseitig an dem Zylinderabschnitt 24 des Gehäusedeckels 10 gleitend und spielfrei gelagert. Die Zähne 18 des Antriebsrotors 2 sind ringförmig an einer kegelstumpfförmigen Ringfläche 43 des Lagerschalenabschnitt 37 ausgebildet und erstrecken sich um dem Kugelabschnitt 36 des Abtriebsrotors 4 herum. Die Durchgangsöffnung 29 des Gehäuses 8 ist mit einem Dichtring 44 nach außen abgedichtet.
  • Im Betrieb des Förderaggregats 1 treten in den hochdruckseitigen Arbeitsräumen 19 hohe Drücke und somit hohe Druckkräfte auf, die auf die Arbeitsräume 19 begrenzenden Rotoren 2, 4 wirken. Hierdurch entstehen große Lagerkräfte an den Stützflächen 38, 40 und an den An- und Abtriebszapfen 28, 32 der Rotoren 2, 4. Um diese Lagerkräfte zu verkleinern, werden die Rotoren 2, 4 mit einem Stützdruck beaufschlagt, was im Folgenden näher erläutert wird.
  • Zur Aufbringung des Stützdrucks auf die Rotoren 2, 4 sind hochdruckseitig im Gehäuse 8 und im Gehäusedeckel 10 eine erste und zweite Drucktasche 48, 50 vorgesehen, die die Stützflächen 38, 40 der Rotoren 2, 4 mit Stützdruck beaufschlagen. Die den Antriebsrotor 2 mit Stützdruck beaufschlagende erste Drucktasche 48 erstreckt sich kreisabschnittsförmig um die Antriebsachse 12 und wird radial von einem inneren und einem äußeren Stützsteg 52, 54 begrenzt. Entsprechend ist die zweite Drucktasche 50 kreissegmentförmig um die Abtriebsachse 14 angeordnet und wird ebenfalls radial von einem inneren und äußeren Stützsteg 56, 58 begrenzt. Über eine erste Hochdrucknut 59 ist die erste Drucktasche 48 mit dem Ausgangskanal 22 in Fluidverbindung. Die Hochdrucknut 59 erstreckt sich dabei in der Schnittebene in 1 durch den äußeren Stützsteg 54 hindurch. Die im Gehäusedeckel 10 eingebrachte Drucktasche 50 ist über eine zweite und dritte Hochdrucknut 60, 61 ebenfalls mit dem Ausgangskanal 22 des Förderaggregats 1 in Fluidverbindung. Die zweite Hochdrucknut 60 erstreckt sich radial von der Drucktasche 50 durch den äußeren Stützsteg 58 hindurch und mündet in der dritten Hochdrucknut 61, wobei diese parallel zur Abtriebsachse 14 im Gehäuse 8 entlang des Zylinderbereichs 24 des Gehäusedeckels 10 und des Abtriebsrotors 4 bis zum Ausgangskanal 22 verläuft.
  • Der Fluiddruck in den Drucktaschen 48, 50 entspricht somit in etwa dem Fluiddruck im Ausgangskanal 22. Die Drucktaschen 48, 50 haben eine konzentrische Ausdehnung um die jeweilig An- und Abtriebsachse 12, 14 von beispielsweise 60° in die Zeichenebene der 1 hinein und 60° aus der Zeichenebene heraus. Somit sind diese im Wesentlichen gegenüberliegend der einen hohen Fluiddruck aufweisenden Arbeitsräumen 19 angeordnet und können den daraus resultierenden Druckkräften entgegenwirken. Eine erste und zweite Druckangriffsflächen 62, 63 des Fluiddrucks in den Drucktaschen 48, 50 auf die Rotoren 2, 4 sind in ihrer Größe jeweils an eine dritte und vierte Druckangriffsfläche 64, 65 des Fluiddrucks der Arbeitsräume 19 auf die Rotoren 2, 4 angepasst. Die dritte Druckangriffsfläche 64 des Abtriebsrotors 4 besteht dabei im wesentlichen aus dem Bereich, der außerhalb des Kugelabschnitts 36 und im Hochdruckbereich der Arbeitsräume 19 liegt. Auf dem Antriebsro tor 2 liegt die vierte Druckangriffsfläche 65 und entspricht im wesentlichen dem Teil der Ringfläche 43, der sich im Bereich des hohen Fluiddrucks der Arbeitsräume 19 befindet.
  • Die Ausgestaltung der Größe der ersten Druckangriffsfläche 62 erfolgt derart, dass die Anteile der jeweiligen Kräfteresultierenden des auf die erste und auf die dritte Druckangriffsfläche 62, 64 wirkenden Fluiddrucks, die entgegengesetzt gerichtet sind, in etwa gleich sind. Das Gleiche gilt für die Ausgestaltung der zweiten Druckangriffsfläche 63, wobei die Anteile der Kräfteresultierenden des auf die zweite und auf die vierte Druckangriffsfläche 63, 65 wirkenden Fluiddrucks, die entgegengesetzt gerichtet sind, ebenfalls in etwa gleich sind. Der jeweilige Rotor 2, 4 ist durch die an diesen angreifenden Angriffsflächen 62, 63, 64, 65 in etwa im Bereich des hohen Fluiddrucks der Arbeitsräume 19 somit in etwa in einem hydrostatischen Gleichgewicht. Beispielsweise können die Fläche 62 bis 65 derart ausgestaltet sein, dass diese im wesentlichen gleich groß sind. Die 120°-Ausdehnung um die An- und Abtriebsachse 12, 14 herum und die Geometrie der Drucktaschen 48, 50 ist allerdings nur ein Anhaltspunkt und kann beliebig variiert werden, um je nach Einsatz des Förderaggregats 1 minimale Lagerkräfte, minimale Flächenpressung zwischen den Rotoren 2, 4 und dem Gehäuse 8 und ein optimales hydrostatisches Gleichgewicht der Rotoren 2, 4 zu erreichen.
  • Der Abtriebsrotor 4 hat zusätzlich zur Drucktasche 50 einen stirnseitigen Stützraum 66, um unter anderem die wirkenden Lagerkräfte zu minimieren. Dieser ist von einer Ausnehmung des Gehäusedeckels 10 und von einer rückseitigen Stirnfläche 68 des Abtriebszapfens 32 begrenzt. Der Stützraum 66 ist über eine erste, zweite und dritte Niederdrucknut 70, 72, 74 mit dem Eingangskanal 20 des Förderaggregats 1 verbunden. Die erste Niederdrucknut 70 erstreckt sich parallel zur Abtriebsachse 14 entlang der Lagerausnehmung 33 des Gehäusedeckels 10 bis zur Stützfläche 40 des Abtriebsrotors 4 und mündet in der zweiten Niederdrucknut 72. Diese verläuft radial zur Abtriebsachse 14 entlang des Zylinderabschnitts 24 des Gehäusedeckels 10 bis zur dritten Niederdrucknut 74, die diametral zur dritten Hochdrucknut 61 im Gehäuse 8 eingebracht ist und im Eingangskanal 20 mündet. Der Fluiddruck in dem Stützraum 66 entspricht somit im Wesentlichen dem Fluiddruck in dem Eingangskanal 20, womit der Abtriebszapfen 32 des Abtriebsrotors 4 über die Stirnfläche 68 mit diesem Fluiddruck axial in Richtung der Abtriebsachse 14 beaufschlagt wird.
  • Zur Leckagerückführung ist im Bereich des Antriebszapfens 28, insbesondere des Bereichs des Dichtrings 44, ist eine Ringkammer 76 in das Gehäuse 8 eingebracht, die mit dem Eingangskanal 20 verbunden ist. Die Ringkammer 76 wird von einer Ausnehmung im Gehäuse 8, von dem Dichtring 44 und dem Abtriebszapfen 32 begrenzt. Die Verbindung des Ringkanals 76 mit dem Eingangskanal 20 erfolgt über eine Verbindungsnut 78, welche im Wesentlichen in der Zeichenebene in 1 im Gehäuse 8 eingebracht ist und entlang des Antriebsrotors 2 zwischen dem Ringkanal 76 und dem Eingangskanal 20 verläuft. Im Mündungsbereich der Durchgangsöffnung 29 des Gehäuses 8 hin zum Abtriebsrotor 14 ist eine Ringnut 79 in das Gehäuse 8 eingebracht. Diese ist über die Verbindungsnut 78 mit dem Eingangskanal 20 verbunden, womit der Fluiddruck in der Ringnut 79 in etwa der Gleiche wie im Eingangskanal 20 ist. Eine Druckangriffsfläche 80 des Fluiddrucks in der Ringnut 79 auf den Antriebsrotor 2 entspricht im Wesentlichen der Stirnfläche 68, die als Druckangriffsfläche für den Fluiddruck in dem Stützraum 66 dient. Somit wirken die resultierenden Kräfte des an den Flächen 68, 80 angreifenden Fluiddrucks einander in etwa entgegen und die Lagerkräfte der Rotoren 2, 4 an den Stützfläche 38, 40 werden verringert.
  • 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Förderaggregat 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Drucktaschen 48, 50, der Stützraum 66 und die Ringkammer über Bohrungen mit den Ein- und Ausgangskanälen 20, 22 verbunden sind. Die Fluidverbindung der dem Antriebsrotor 2 zugeordneten Drucktasche 48 mit dem Ausgangskanal 22 erfolgt über eine erste und zweite Hochdruckbohrung 81, 82. Diese sind in das Gehäuse 8 eingebracht, wobei die erste Hochdruckbohrung 81 von der Drucktasche 48 aus, weg von der Stützfläche 38, bis zur zweiten Hochdruckbohrung 82 verläuft, die schräg zum Ausgangskanal 22 eingebracht ist. Die erste Hochdruckbohrung 81 ist dabei bei der Herstellung im nicht montierten Zustand von einem Innenbereich des Gehäuses 8 aus und die zweite vom Ausgangskanal 22 aus bohrbar.
  • Die Drucktasche 50 wird über eine dritte und vierte Hockdruckbohrung 84, 86 mit dem Ausgangskanal 22 verbunden. Die dritte Hochdruckbohrung 84 durchsetzt das Gehäuse 8 ebenfalls schräg zum Ausgangskanal 22 und mündet in der vierten Hochdruckbohrung 86, die schräg zur Abtriebsachse 14 in den Zylinderabschnitt 24 des Gehäusedeckels 10 bis zur Drucktasche 50 eingebracht ist. Bei der Herstellung wird die dritte Hochdruckbohrung 84, wie die erste Hochdruckbohrung 81, von einem Innenbereich des Gehäuses 8 und die vierte Hochdruckbohrung 86 wird einfach in die äußere Mantelfläche des Zylinderabschnitts 24 her gebohrt.
  • Der Stützraum 66 ist über eine erste und zweite Niederdruckbohrung 88, 90 mit dem Eingangskanal 20 in Fluidverbindung. Die erste Niederdruckbohrung 88 durchsetzt den Zylinderabschnitt 24 des Gehäusedeckels 10 schräg zur Abtriebsachse 14 hin zum Eingangskanal 20 und geht über in den ebenfalls schräg durch das Gehäuse 8 sich erstreckenden zweiten Niederdruckbohrung 90, der im Eingangskanal 20 mündet. Die Herstellung erfolgt wie oben bei den Hochdruckbohrungen einmal bei der zweiten Niederdruckbohrung 90 vom Innenbereich des Gehäuses 8 und bei der ersten Niederdruckbohrung 88 von der äußeren Mantelfläche des Zylinderabschnitts 24 her.
  • Der Ringkanal 76 ist über in den Rotoren 2, 4 eingebrachte Bohrungen mit dem Stützraum 66 in Fluidverbindung. Eine erste Verbindungsbohrung 92 erstreckt sich vollständig und in etwa koaxial zur Abtriebsachse 14 durch den Abtriebsrotor 4 hindurch. Der Kugelabschnitt 36 des Abtriebsrotors 4 ist an seinem Scheitel etwas abgeflacht, wodurch ein Verbindungsraum 94 zwischen dem Kugelabschnitt 36 und dem Lagerschalenabschnitt 37 des Antriebsrotors 2 gebildet ist. Von diesem aus ist eine zweite Verbindungsbohrung 96 als Sacklochbohrung in den Antriebsrotor 2 in etwa koaxial zur Antriebsachse 12 eingebracht und endet etwa im Bereich des Ringkanals 76. Diese Verbindungsbohrung 96 ist dann über eine in dem Antriebsrotor 2 eingebrachte Radialbohrung 98 mit dem Ringkanal 76 verbunden. Zwischen der Durchgangsöffnung 29 und dem Antriebszapfen 28 des Antriebsrotors 2 ist ein geringer Spalt 100, über den die Ringnut 79 mit der Ringkammer 76 in Druckmittelverbindung steht und somit die Druckangriffsfläche 80 mit Fluiddruck beaufschlagt ist.
  • Alle Bohrungen 81, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 96, 98 sind so in dem Förderaggregat 1 angeordnet, dass diese einfach fertigbar sind und können von der oben beschriebenen Anordnung durchaus abweichen.
  • Wird die erfindungsgemäße Hydromaschine entsprechend den oben erläuterten Ausführungsbeispielen als Hydromotor eingesetzt, so dienen die An- und Abtriebsrotoren dazu, Fluiddruck des Druckmittelvolumenstroms in mechanische Energie umzuwandeln. Der Antriebsrotor kann dann beispielsweise einen Generator antreiben. Ein Hydromotor ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, weswegen an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird. Die erfindungsgemäßen vorteilhaften Merkmale des Förderaggregats 1 gelten entsprechend für den Hydromotor.
  • Offenbart ist eine Hydromaschine 1 mit einem Antriebsrotor 2 und einem Abtriebsrotor 4, deren Achsen 12, 14 zueinander angestellt sind und die über eine Stirnverzahnung 6 kämmend zusammenwirken. Über benachbarte Zähne 16, 18 der Stirnverzahnung 6 ist jeweils ein Arbeitsraum 19 begrenzt, der bei Umdrehung der Rotoren mit einem Eingangskanal 20 und einem Ausgangskanal 22 verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist eine von den Arbeitsräumen 19 abgewandte rückseitige Stützfläche 38 eines Rotors 2 mit einem Druck in den Arbeitsräumen 19 entsprechenden Stützdruck beaufschlagbar.
  • 1
    Förderaggregat
    2
    Antriebsrotor
    4
    Abtriebsrotor
    6
    Stirnverzahnung
    8
    Gehäuse
    10
    Gehäusedeckel
    12
    Antriebsachse
    13
    Abtriebsachse
    14
    Ringfläche
    15
    Gehäusestirnfläche
    16
    Zähne
    18
    Zähne
    19
    Arbeitsraum
    20
    Eingangskanal bzw. Niederdruckbereich
    22
    Ausgangskanal bzw. Hochdruckbereich
    24
    Zylinderabschnitt
    26
    Verbindungselemente
    28
    Antriebszapfen
    29
    Durchgangsöffnung
    30
    Zapfenendabschnitt
    32
    Abtriebszapfen
    33
    Lagerausnehmung
    34
    Trägerabschnitt
    35
    Mantelfläche
    36
    Kugelabschnitt
    37
    Lagerschalenabschnitt
    38
    Stützfläche
    40
    Stützfläche
    43
    Ringfläche
    44
    Dichtring
    48
    Drucktasche
    50
    Drucktasche
    52
    Stützsteg
    54
    Stützsteg
    56
    Stützsteg
    58
    Stützsteg
    59
    Hochdrucknut
    60
    Hochdrucknut
    61
    Hochdrucknut
    62
    Druckangriffsfläche
    63
    Druckangriffsfläche
    64
    Druckangriffsfläche
    65
    Druckangriffsfläche
    66
    Stützraum
    68
    Stirnfläche
    70
    Niederdrucknut
    72
    Niederdrucknut
    74
    Niederdrucknut
    76
    Ringkammer
    78
    Verbindungsnut
    79
    Ringnut
    80
    Druckangriffsfläche
    81
    Hochdruckbohrung
    82
    Hochdruckbohrung
    84
    Hochdruckbohrung
    86
    Hochdruckbohrung
    88
    Niederdruckbohrung
    90
    Niederdruckbohrung
    92
    Verbindungsbohrung
    94
    Verbindungsraum
    96
    Verbindungsbohrung
    98
    Radialbohrung
    100
    Spalt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004026048 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Hydromaschine mit einem Antriebsrotor (2) und einem Abtriebsrotor (4), deren Achsen (12, 14) zueinander angestellt sind und die über einer Stirnverzahnung (6) kämmend zusammenwirken, wobei über benachbarte Zähne (16, 18) der Stirnverzahnung (6) jeweils ein Arbeitsraum (19) begrenzt ist, der bei Umdrehung der Rotoren (2, 4) mit einem Niederdruckbereich (20) und einem Hochdruckbereich (22) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von den Arbeitsräumen (19) abgewandte rückseitige Stützfläche (38, 40) eines Rotors (2, 4) mit einem dem Druck in den Arbeitsräumen (19) entsprechenden Stützdruck beaufschlagt ist.
  2. Hydromaschine nach Anspruch 1, wobei der Antriebsrotor (2) einen in einem Antriebslager (29) vorgesehenen Antriebszapfen (28) und der Abtriebsrotor (4) einen in einem Abtriebslager (33) vorgesehenen Abtriebszapfen (32) hat und wobei eine Stirnfläche (68) des Abtriebszapfen (32) und die von den Arbeitsräumen (19) abgewandten rückseitigen Stützflächen (38, 40) der Rotoren (2, 4) mit dem Stützdruck beaufschlagt sind.
  3. Hydromaschine nach Anspruch 2, wobei der Abtriebszapfen (32) mit dem Stützdruck aus einem Niederdruckbereich (20) und die Stützflächen (38, 40) der Rotoren (2, 4) jeweils mit dem Stützdruck aus einem Hochdruckbereich (22) der Hydromaschine (1) beaufschlagt sind.
  4. Hydromaschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Rotoren (2, 4) von einem Gehäuse (8) mit einem Gehäusedeckel (10) umschlossen sind und der Antriebszapfen (28) des Antriebsrotors (2) in dem Gehäuse (8) und der Abtriebszapfen (32) des Abtriebsrotors (4) in einen radial zurückgestuften und in das Gehäuse (10) eintauchenden Zylinderbereich (24) des Gehäusedeckels (10) gelagert ist.
  5. Hydromaschine nach Anspruch 4, wobei der Gehäusedeckel (10) eine erste und das Gehäuse (8) ein zweite Drucktasche (48, 50) aufweisen, die die Stützflächen (38, 40) der Rotoren (2, 4) jeweils mit Stützdruck aus dem Hochdruckbereich (22) der Hydromaschine (1) beaufschlagen.
  6. Hydromaschine nach Anspruch 5, wobei die Drucktaschen (48, 50) in etwa kreisabschnittsförmig um die jeweilige Rotorachse (12, 14) entlang der Stützflächen (38, 40) der Rotoren (2, 4) verlaufen und im Wesentlichen im Bereich der höheren und höchsten in den Arbeitsräumen erzeugten Druckbelastung angeordnet sind.
  7. Hydromaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Drucktaschen (48, 50) jeweils durch einen inneren und einen äußeren konzentrisch um die jeweilige Rotorachse (12, 14) sich erstreckenden Stützsteg (52, 54, 56, 58) des Gehäuses (8) und des Gehäusedeckels (10) begrenzt sind, wobei an den Stützstegen (52, 54, 56, 58) die Stützflächen (38, 40) der Rotoren (2, 4) anliegen.
  8. Hydromaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, mit einem rückseitigen Stützraum (66), der stirnseitig einerseits von einer Ausnehmung im Gehäusedeckel (10) und andererseits von einer rückseitigen Stirnfläche (68) des Abtriebszapfens (32) begrenzt ist und der mit dem Niederdruckbereich der Hydromaschine (1) verbunden ist.
  9. Hydromaschine nach Anspruch 8, wobei der Stützraum (66) über einen ersten Niederdruckkanal (70) im Gehäusedeckel (10) und einen daran anschließenden zweiten Niederdruckkanal (72) im Gehäuse (8) mit dem Niederdruckbereich (20) der Hydromaschine (1) verbunden ist.
  10. Hydromaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die erste Drucktasche (48) über einen ersten Hochdruckkanal (59; 81, 82) im Gehäuse und die zweite Drucktasche über einen zweiten Hochdruckkanal (60, 84) im Gehäusedeckel (10) und einen daran anschließenden dritten Hochdruckkanal (61, 86) im Gehäuse (8) mit dem Hochdruckbereich (22) der Hydromaschine (1) verbunden sind.
  11. Hydromaschine nach Anspruch 10, wobei die Niederdruck- und Hochdruckkanäle (70, 72, 59, 60, 61, 81, 82, 84, 86, 88, 90) als Nieder- und Hochdruckbohrungen (81, 82, 84, 86, 88, 90) in den Gehäusedeckel (10) und in das Gehäuse (8) eingebracht sind.
  12. Hydromaschine nach Anspruch 10, wobei die Niederdruck- und Hochdruckkanäle (70, 72, 59, 60, 61, 81, 82, 84, 86, 88, 90) als Nieder- und Hochdrucknuten (70, 72, 59, 60, 61) in den Gehäusedeckel (10) und in das Gehäuse (8) eingebracht sind.
  13. Hydromaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei im Mündungsbereich des Antriebslagers (29) hin zum Abtriebsrotor (14) eine mit dem Niederdruckbereich (20) der Hydromaschine (1) verbundene Ringnut (79) in das Gehäuse (8) eingebracht ist.
  14. Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotoren (2, 4) im Wesentlichen aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.
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