DE1286470B

DE1286470B - Rotor fuer Drehkolbenmaschine

Info

Publication number: DE1286470B
Application number: DEB60752A
Authority: DE
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1960-01-08
Filing date: 1961-01-07
Publication date: 1969-01-02
Also published as: US3076415A; GB897875A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rator für eine als Pumpe oder Flüssigkeitsmotor verwendbare, in der Drehrichtung leicht umschaltbare Drehkolbenmaschine, welche mit einem oder mehreren radial gerichteten und parallelwandigen Schlitzen versehen ist, in denen Arbeitsschieber radial beweglich und, im Querschnitt gesehen, mit solchem Spiel eingesetzt sind, daß sie je nach der Drehrichtung des Rotors in die eine oder andere Richtung kippen können, wobei jeweils an beiden Breitseiten zwischen den Arbeitsschiebern und den Rotorschlitzwänden Kanäle, die zu den Schlitzkammern an den zur Rotordrehachse weisenden Unterseiten der Arbeitsschieber führen, so vorgesehen sind, daß infolge der jeweiligen Kipplage der Arbeitsschieber Flüssigkeit nur entlang der in Drehrichtung vorderen bzw. Hochdruckseite an die erwähnten Schlitzkammern gelangen kann, während der Rückflußweg entlang der hinteren bzw. Niederdruckseite der Arbeitsschieber durch diese abgesperrt ist.
Drehkolbenmaschinen mit parallelwandigen Schlitzen, in die Arbeitsschieber radial bewegbar eingesetzt sind, sind bekannt. So ist bereits bekannt, in den Seitenflächen kippbarer Arbeitsschieber Einlaßschlitze vorzusehen, die Druckflüssigkeit von der jeweiligen Hochdruckseite des Arbeitsschiebers her an die Unterseite des Arbeitsschiebers heranführen. Hierbei ist durch die Einlaßschlitze die Angriffsfläche für die Druckflüssigkeit an der' Unterseite der Arbeitsschieber zur Bildung einer wirksamen, radial gerichteten Kraftkomponente verhältnismäßig gering. Außerdem können bei Ausführungen, bei denen die Arbeitsschieber einen verhältnismäßig großen radialen Hub ausführen, die Einlaßschlitze am Arbeitsschieber so weit aus den Rotorschlitzen austreten, daß die Druckmittelflüssigkeit auch auf der anderen Seite in die Schlitzkammer eindringen kann. Dies ist nachteilig.
Ferner ist bekannt, die Kanäle zum Beaufschlagen der Arbeitsschieber mit Druckflüssigkeit in einer Schlitzwand vorzusehen. Das ist allerdings nur möglich, weil der Rotor nur in einer Drehrichtung betrieben wird.
Bei Maschinen, die nur in einer Drehrichtung laufen, ist es auch bekannt, bis auf den Grund der Schlitze führende Bohrungen, in Drehrichtung gesehen, hinter den Arbeitsschiebern im Rotor vorzusehen. Vor den Arbeitsschiebern an dem obersten Schlitzrand ist eine Rolle vorgesehen, die den Spalt zwischen der Schlitzwand und den Arbeitsschiebern gegen den Durchtritt von Druckflüssigkeit abdichtet.
Schließlich ist auch bekannt, über einen Ringkanal alle Arbeitsschieber von unten mit Druckflüssigkeit zu beaufschlagen. Wenn die Drehrichtung der Maschine umkehrbar sein soll, dann müssen die Ringkanäle über Ventile abwechselnd an die jeweilige Druckseite angeschlossen werden. Als Nachteil dieser Konstruktion ergibt sich, daß einem raschen Drehrichtungswechsel der Maschine die Druckbeaufschlagung der Arbeitsschieber nicht schnell genug folgen kann.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer Drehkolbenmaschine, die in beiden Drehrichtungen betrieben wird, die Kanäle zum Zuführen des Druckmittels in die Schlitzkammer in den Wänden der Rotorschlitze anzuordnen.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einer Maschine der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, daß die eingangs erwähnten Kanäle jeweils in beide, zur Rotordrehachse parallele, einander gegenüberliegende Wände eines Rotorschlitzes eingelassen sind, an einer Begrenzungslinie beginnen, die radial mit geringem Abstand von den Kanten der zylindrischen Rotorumfangsfläche und den Schlitzwänden in letzterer gelegen ist, und bis zum Boden des Rotorschlitzes bzw. zur erwähnten Schlitzkammer an der Unterseite des Arbeitsschiebers führen, wobei die Kanten zwischen der Rotorumfangsfläche und den Schlitzwänden als nicht unterbrochene Abdichtkanten ausgebildet sind.
Dadurch ist der Vorteil erzielt, daß auch bei einem sehr raschen Wechsel der Drehrichtung die Druckbeaufschlagung der Arbeitsschieber in einfacher und wirksamer Weise immer gewährleistet ist und die Arbeitsschieber auf die Umschaltvorgänge ansprechen. Unabhängig vom Drehsinn des Läufers und von der Richtung des Druckunterschiedes zwischen den beiden Flächen der Arbeitsschieber ist der Schlitz mit dem Statorraum an jeweils nur einer Seite des Arbeitsschiebers verbunden, so daß die Flüssigkeit, die unter hohem Druck in dem Statorraum steht, den Arbeitsschieber von unten beaufschlagen kann und diesen aus dem Schlitz herausdrückt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung entsprechend der Linie 1-1 der F i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 die Teildarstellung eines Schnittes entlang der Linie 3-3 der F i g. 1, F i g. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der F i g. 3.
Der Stator der dargestellten Maschine ist in axialer Richtung in drei Abschnitte 20, 24 und 25 unterteilt, die beispielsweise mittels Bolzen zusammengesetzt sind. In dem Gehäuseabschnitt 20 dreht sich eine Welle 22 in zu diesem Zweck vorgesehenen Lagern. Der Zwischenabschnitt 24, welcher den eigentlichen Stator bildet, besitzt eine axiale Ausnehmung, deren Umfangslinie 26 in der F i g. 2 deutlich zu erkennen ist und die im folgenden noch näher erläutert werden soll. Der letzte Abschnitt 25 bildet den Deckel dieser Ausnehmung.
In der Ausnehmung des Abschnittes 24 ist ein zylindrischer Rotor 28 angeordnet, welcher drehfest mit der Welle 22 verbunden ist. In dem Ausführungsbeispiel ist der Rotor 28 mit der Welle 22 durch eine zusätzliche Welle 32 verbunden, deren beide Enden kronenartig angeordnete oder kugelförmige Ansätze besitzen, welche mit entsprechend geformten Ausnehmungen in Eingriff treten, die einerseits auf der Welle 22 und andererseits am Rotor vorgesehen sind, um eine gewisse Winkelverschiebung zwischen der Achse der Welle und der starren Achse des Rotors zu ermöglichen, ohne den Antrieb des einen Teils durch den anderen zu behindern.
Die innere Umfangslinie des Statorteils 24 ist eine mehrbogige Kurve mit Strahlensymmetrie, welche sich in Polarkoordinaten durch eine sinusartige Funktion darstellen läßt, oder es ist eine entsprechend angenäherte Kurve. Die Kurve besitzt hier sechs Bögen, berührt den Kreisumfang des Rotors genau in sechs gleichmäßig um die Achse verteilten Punkten, um sich zwischen diesen Punkten von dem Kreisumfang zu entfernen und die erwähnten Bögen zu bilden.
Am Umfang des Rotors sind rechtwinklige Schlitze 30 eingearbeitet, die entsprechend ihrer Vielzahl gleichmäßig verteilt liegen und sich allgemein achsenparallel erstrecken. Die Schlitze sind insbesondere in den F i g. 2 und 4 veranschaulicht und die Längswände mit 11 und 12 und die Seitenwände mit 13 und 14 bezeichnet. In jedem Schlitz gleitet ein Arbeitsschieber 36, dessen äußere Kante abgeschrägt ist. Eine leichte Blattfeder 34 ist am Boden des Schlitzes angeordnet und drückt den Arbeitsschieber so nach außen, daß die Abschrägung an der Umfangsfläche 26 des Stators anliegt.
Entsprechend der Erfindung ist die Querabmessung jedes Arbeitsschiebers 36 kleiner als diejenige des zugehörigen Schlitzes 30. Auf Grund des damit ermöglichten Spiels nimmt der Arbeitsschieber, falls der Rotor sich dreht, eine gegenüber dem durch den Schlitz gehenden mittleren Radius geneigte Lage ein, wobei der Neigungssinn übrigens von dem Sinn der Druckdifferenz abhängt, die zwischen den beiden Seiten des Arbeitsschiebers herrscht, oder von dem Drehsinn des Rotors. In der F i g. 3 ist mit vollen Strichen eine der beiden Neigungsstellungen des Arbeitsschiebers und in strichpunktierten Linien die andere Stellung dargestellt. Der Neigungswinkel des Arbeitsschiebers gegenüber dem mittleren Radius des Schlitzes kann verschiedene Werte annehmen und beispielsweise zwischen 7 und 10° betragen, obwohl diese Werte keinesfalls als Grenzwerte aufgefaßt werden sollen.
In jeder Wand des Schlitzes ist eine geradlinige Rinne 72, 72 a vorgesehen, welche parallel zum Außenrand des Schlitzes und mit geringem Abstand von diesem verläuft und sich im vorliegenden Beispiel über die ganze Länge des Schlitzes erstreckt. Jede dieser Rinnen 72, 72 a steht an ihren beiden Enden über zwei Kanäle 74, 74 a mit dem Boden des Schlitzes in Verbindung. Die Kanäle sind durch Abschrägung der vier radialen Kanten des Schlitzes hergestellt, wie deutlich aus der F i g. 4 hervorgeht.
Die F i g. 3 zeigt, daß, falls der Arbeitsschieber die in vollen Strichen ausgeführte Stellung 36 einnimmt, welches dem Fall entspricht, in welchem der hohe Druck der Arbeitsflüssigkeit, deren Zufuhr noch weiter unten erläutert wird, auf der linken Seite der Figur wirkt, diese unter Druck stehende Flüssigkeit durch die Kanäle 74 a der Wand des Schlitzes auf der Seite des hohen Druckes, in diesem Fall der linken, bis zum Boden des Schlitzes vordringen kann. Die Flüssigkeit kann jedoch nicht von dort nach der Seite des niederen Druckes entweichen, da an dieser Seite, der rechten, der Kanal durch die entsprechende Wand des Arbeitsschiebrs 36 versperrt ist, welche im Punkt 70 am äußeren Längsrand des Schlitzes anliegt. Auf diese Weise wirkt die unter Druck stehende Flüssigkeit, welche nach dem Boden des Schlitzes geführt worden ist, zusätzlich zur Feder 34, um den Arbeitsschieber gegen die Statorfläche 26 zu drücken. Die Federn 34 können äußerst schwach ausgeführt werden oder, falls erwünscht, sogar ganz fortgelassen werden. Falls die Arbeitsweise der Maschine umgekehrt wird, so daß der hohe Druck sich auf der rechten Seite der F i g. 3 befindet, kippt der Arbeitsschieber in die Stellung 36a. Die unter Druck stehende Flüssigkeit dringt dann durch die Kanäle 74 nach dem Boden des Schlitzes vor und wird durch die linke Wand des Arbeitsschiebers von der anderen Seite zurückgehalten, wobei der Arbeitsschieber am linken Rand des Schlitzes anliegt. Dadurch ergibt sich offensichtlich die bereits beschriebene Wirkung. Bei einer Umkehr der Laufrichtung, bei welcher der Rotor seinen Drehsinn gleichzeitig damit ändert, daß sich die Druckverhältnisse auf beiden Seiten eines jeden Arbeitsschiebers umkehren, kippen diese Arbeitsschieber sofort aus der einen in die andere ihrer beiden Neigungsstellungen, und die unter Druck stehende Flüssigkeit dringt unmittelbar nach dem Boden des Schlitzes über den neuen Zwischenraum vor, welcher sich zwischen dem Rand des Schlitzes und der Wand des Arbeitsschiebers bildet, wobei der Arbeitsschieber während jedes Augenblicks dieses Umkehrvorgangs unter der Belastung des Flüssigkeitsdruckes bleibt, welcher ihn gegen die Statorfläche drückt.
Wie bereits erwähnt wurde, können die Kanäle zur Leitung der Flüssigkeit nach dem Boden des Schlitzes dienen. Hierbei könnten die Kanäle vorteilhaft als Randabschrägung hergestellt werden, z. B. durch Fräsen der beiden Endkanten jeder Seitenwand des Arbeitsschiebers. Im übrigen kann auch jede Seitenwand des Arbeitsschiebers, falls erwünscht, eine den Rinnen 72, 72 a der F i g. 3 entsprechende Rinne tragen.
Auf Grund einer Besonderheit der Erfindung sind die Böden aller Schlitze untereinander verbunden, um die dort herrschenden Drücke anzugleichen. Zu diesem Zweck ist jeder Schlitz an seinem Boden mit einer mittleren Einsenkung 40 versehen, und alle diese Einsenkungen sind in ihrer Mitte durch einen Ringkanal 45 verbunden, welcher in dem Rotor eingearbeitet ist. Das Gesamtvolumen der unter Druck stehenden Flüssigkeit, welche in den Bodenteilen der Schlitze und im Kanal 45 enthalten ist und auf alle Arbeitsschieber einwirkt, bleibt bei jedem Umlauf des Rotors trotz der ständigen Hin- und Herbewegung der Arbeitsschieber gleich, da gewisse Arbeitsschieber zur gleichen Zeit und im gleichen Ausmaß nach außen vordringen, wenn andere Arbeitsschieber einwärts wandern.

Claims

Patentansprüche: 1. Rotor für eine als Pumpe oder Flüssigkeitsmotor verwendbare, in der Drehrichtung leicht umschaltbare Drehkolbenmaschine, welche mit einem oder mehreren radial gerichteten und parallelwandigen Schlitzen versehen ist, in denen Arbeitsschieber radial beweglich und, im Querschnitt gesehen, mit solchem Spiel eingesetzt sind, daß sie je nach der Drehrichtung des Rotors in die eine oder andere Richtung kippen können, wobei jeweils an beiden Breitseiten zwischen den Arbeitsschiebern und den Rotorschlitzwänden Kanäle, die zu den Schlitzkammern an den zur Rotordrehachse weisenden Unterseiten der Arbeitsschieber führen, so vorgesehen sind, daß infolge der jeweiligen Kipplage der Arbeitsschieber Flüssigkeit nur entlang der in Drehrichtung vorderen bzw. Hochdruckseite an die erwähnten Schlitzkammern gelangen kann, während der Rückflußweg entlang der hinteren bzw. Niederdruckseite der Arbeitsschieber durch diese abgesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kanäle (74, 74 a) jeweils in beide, zur Rotordrehachse parallele, einander gegenüberliegende Wände (11,12) eines Rotorschlitzes (30) eingelassen sind, an einer Begrenzungslinie beginnen, die radial mit geringem Abstand von den Kanten (70) zwischen der zylindrischen Rotorumfangsfläche (28) und den Wänden (11,12) in letzterer gelegen ist, und bis zum Boden des Rotorschlitzes (30) bzw. zur erwähnten Schlitzkammer an der Unterseite des Arbeitsschiebers (36) führen, wobei die Kanten (70) zwischen der Rotorumfangsfläche und den Wänden (11,12) als nicht unterbrochene Abdichtkanten ausgebildet sind.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der einander gegenüberliegenden Wände (11,12) des Rotorschlitzes mit einer zur Rotordrehachse parallelen Rinne (72, 72 a) versehen ist, welche die nahe der Schlitzkanten gelegene Begrenzungslinie der Kanäle (74,74a) bildet.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (74, 74 a) durch Abschrägungen an den Kanten der Schlitzwände (11,12) mit den beiden Stirnflächen (13,14) des Rotors gebildet sind.
4. Rotor mit kreiszylindrischem Umfang und nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die .Anwendung bei einer Drehkolbenmaschine, bei der die Querschnittskontur des Statorhohlraums um den Rotor wellig gestaltet ist, wobei zwischen Stellen, die den Rotorumfang fast berühren, Wellenbögen gebildet sind, die im Ab-Stand zum Rotorumfang stehen, womit zwischen Rotor und Stator mehrere Arbeitskammern entstehen, und bei der die Anzahl der Arbeitskammern größer ist als die Anzahl der Arbeitsschieber.
5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und der Abstand der Läuferflügel so gewählt sind, daß, falls wenigstens einer der Flügel eine Stellung einnimmt, in welcher die Umfangslinien von Läufer und Stator sich tangieren, wenigstens ein anderer Flügel sich an einem Punkt befindet, an welchem die radiale Abmessung des Statorraums einen Höchstwert hat.
6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangslinie des Stators sechs Bögen besetzt, während der Läufer mit vier Flügeln versehen ist. 7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei einer Drehkolbenmascbine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden aller Schlitze (30) zur Herstellung eines Druckausgleiches vorzugsweise über einen kreisförmig in dem Läufer ausgebildeten Kanal (45) verbunden sind. B. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schlitzkammer unterhalb jedes Arbeitsschiebers eine Blattfeder (34) sich befindet, die das ständige Andrücken der Arbeitsschieber gegen die Innenümfangswand des Statorhohlraums unterstützt.