DE2059158B2 - Hydraulischer Motor in Flügelzellenbauart - Google Patents

Description

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (40) des Stators (12) und die Aussparungen (52) des Rotors (14) gegenüber ihrem gemeinsamen Kreisradius (r) ihrer Schlitzbereiche (49 bzw. 54) eine annähernd gleiche Tiefe (x) aufweisen. ω

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Stator (12) und/oder am Rotor (14) die zwischen den einzelnen Aussparungen (40 bzw. 52) liegenden Übergangsabschnitte (48 bzw. 58) der Zwischenabschnitte (46 bzw. 56) ein h^r> sinusförmiges Konturenprofil aufweisen.

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Motor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem solchen, durch die US-PS 3016 021 bekannten Motor ist wegen der Form der Aussparungen in den Stator- und Rotorkonturenflächen ein über die gesamte Umdrehung konstantes Drehmoment nicht gegeben; die Statoraussparungen haben einen Bogenradius, der weit kleiner ist als ein Kreisbogen mit der Drehachse als Mittelpunkt, während die Rotoraussparungen begrenzt sind durch einen Bogen mit erheblich größerem Radius als dem Kreisbogen mit der Drehachse als Mittelpunkt, und der Rotorschlitzbereich weist nicht einen Kreisbogen auf, sondern scharfe spitze Kanten beidseits des Schlitzes, die eine abrupte Beschleunigung der Statortrennschieber bewirken. Die Winkelbreite der bogenförmigen Rotoraussparung ist erheblich größer als die Winkelbreite des Rotorschlitzbereichs, und die größte Tiefe der Rotoraussparung ist wesentlich kleiner als die größte Tiefe der Statoraussparung. Es liegen demnach nur mäßige Arbeits- bzw. Fördervolumina vor.

Bei einem Motor nach der US-PS 11 34 357 fehlen radial bewegliche Trennschieber im Stator, die auf der Rotorkonti.'renfläche gleiten; der Stator ist kreisrund ausgedieht und die Schlitze ruhende Dichtungen sind jeweils durch eine Blattfeder überdeckt, die einen größeren Radius besitzt als den Kreisradius: der Rotor hat keine Aussparungen. Ebenfalls keine Aussparungen weist der feststehende Mittelteil des Motors nach der DE-AS 9 43 518 auf; die drei Arbeitsschiebergruppen des Mittelteils laufen auf der Konturenfläche eines rotierenden Außenteils mit zwei Aussparungen, deren kreisrunde Abschnitte durch mehr als doppelt so breite Zwischenabschnitte getrennt sind; der Außenteil besitzt keine Trennschieber, sondern nur fakultative zusätzliche Dichlflügel, die nicht über die gesamte Konturenfläche des Mittelteils gleiten. Gemäß der US-PS 27 30 076 laufen die vier Arbeitsschieber des feststehenden Mittelteils, der keine Aussparungen aufweist, auf einer Konturen^fläche mit fünf Aussparungen des rotierenden Außenteils, deren Bogenbegrenzung einen kleinen Radius aufweist und die durch breite Zwischenabschnitte voneinander getrennt sind, die sanfte Übergänge bilden. Gemäß der US-PS 26 36 480 sind die Aussparungen im Stator durch den Bogen eines Kreises begrenzt, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse liegt, jedoch besitzt der Rotor keine Aussparungen und der Stator demzufolge auch keine Trennschieber, sondern nur in Längsschlitzen unter Flüssigkeitsdruck liegende Gummistangen als Abdichtung. Die spezifischen Merkmale der Erfindung zeigt keine dieser Druckschriften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs erwähnten bekannten Motor dahingehend zu verbessern, daß durch die Formgebung der wirksamen Konturenflächen von Stator und Rotor — bei Aufrechterhaltung der Ausschaltung jeglicher Radiallagerbelastung — das Drehmoment über die gesamte Umdrehung völlig konstant gehalten ist und eine maximale Leistung des Motors erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung bringt einen wesentlichen technischen Fortschritt mit sich. Durch die genaue Abstimmung der Aussparungen im Stator und Rotor aufeinander, durch die optimale Formgebung der Aussparungen, der Schlitzbereiche und der Übergangsabschnitte wird ein

über die gesamte Umdrehung gleichbleibendes Drehmoment erzielt bei minimaler Schieberbeschleunigung, so daß der Motor bei einer bestimmten Größe eine maximale Leistung abgeben kann, und zwar ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand, nur durch eine ί besondere Formgebung der Aussparungen in Stator und Rotor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnittsaufriß des to Stators eine« hydraulischen Motors,

Fig. 2 einen schematischen Querschnittsauf riß des Rotors sowie des Stators mit den jeweiligen Schiebern.

In der Zeichnung ist ein Motor 10 für flüssige oder gasförmige Arbettsmedien dargestellt. Obwohl es unerheblich ist, welcher Teil des Motors als Stator und welcher als Rotor dient, ist das Aggregat im vorliegenden Fall zu Darstellungszwecken mit einem feststehenden äußeren Stator 12 und einem inneren Rotor 14 aufgebaut; beide weisen in Schulzen radial bewegliche Schieber auf.

Um einen theoretischen Radialdruckausgleich und damit eine Radiallagerbelastung gleich Null zu erreichen, muß der Rotor mehr Arbeitsschieber enthalten als der Statortrennschieber aufweist, und zwar mindestens um zwei mehr, falls die Anzahl der im Stator vorgesehenen Schieber geradzahlig ist. Deshalb müssen im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Ro: or 14 mindestens zwei Arbeitsschieber 32 mehr vorhanden sein als Trennschieber 24 im Stator i2. Der Stator 12 ist mit vier sich in radialer Richtung erstreckenden, um den Umfang des Stators 12 gleichmäßig verteilten Statorschlitzen 22 versehen, wobei in jedem von ihnen ein Trennschieber 24 beliebiger passender Bauart angeordnet ist. Im vorliegenden Fall handelt es sich jeweils um J5 einen selbsttätig druckerzeugenden Belastungsschieber, dessen Außenkanten 25 an der äußeren Konturenfläche 18 des Rotors 14 anliegen. Die innere Konturenfläche 16 des Stators 12 und die äußere Konturenfläche 18 des Rotors 14 weisen in noch näher zu erläuternder Weise einen bestimmten entsprechenden Verlauf auf, um zwischen den genannten Flächen Ringspalte 20 für die Arbeitsräume zu bilden.

In analoger Weise (F i g. 2) umfaßt der Rotor 14 sechs voneinander gleich entfernte Rotorschlitze 30, von denen jeder einen Arbeitsschieber 32 aufnimmt, dessen Außenkante 33 an der inneren Konturenfläche 16 des Stators 12 anliegt.

Beiderseits der Trennschieber 24 im Stator 12 sind Durchflußkanäle für das Arbeitsmedium vorgesehen, und zwar ein Einlaß 26 und ein Auslaß 28. Somit dreht sich der Rotor des Motors 10 entgegen dem Uhrzeigersinn.

Es ist aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, daß eine konstante Drehmomentleistung erreichbar ist, wenn die Kon tu- v> renflächen 16 und 18 mit zweckentsprechend bemessenen und gestalteten Aussparungen derart versehen sind, daß die Summe der Einzeldrehmomente der jeweils wirksamen Arbeitsräume immer konstant ist, und daß die auf den Rotor und damit auf die Rotorachse wi wirkenden radialen Kräfte stets symmetrisch zur Rotorachse wirken und sich damit gegenseitig aufheben. Dadurch, daß die Konturenflächen sowohl des Stators als auch des Rotors derartige Aussparungen erhalten, die die Arbeitsräume bilden, werden eine maximale ιν> Flüssigkeitsverdrängung und somit die für die jeweiligen Anlageabmessungen höchstmögliche Leistung erreicht. In Fig. 1 wird der Verlauf der inneren Konturenfläche 16 des Stators 12, dte z. B. die zwischen den Radiallinien 42 und 44 befindliche Aussparung 40 bildet, nach außen aurch den Bogen eines Kreises begrenzt, dessen Mittelpunkt in der Achse 50 des Rotors 14 und des Stators 12 liegt, wodurch ein bei der jeweiligen Größe des Motors 10 größtmögliches Verdrängungsvolumen verwirklicht wird.

Die Oberflächen der einzelnen über die Statorkonturenfläche 16 verteilten Aussparungen 40 sind einander genau gleich. Das von einem einzelnen Rotorschieber 32 bei dessen Bewegung über eine Aussparung 40 mit konstantem Radius von der Winkellage entsprechend der Radiallinie 42 bis zur Winkellage entsprechend der Radiallinie 44 erzeugte Drehmoment ist offensichtlich konstant und durch die Gleichung

T = P-1- χ

gegeben, wobei

P den Differentialdruck,

I die Länge der Aussparung in Achsrichtung,

r den Teilkreisradius und

χ den Schieberhub

bedeutet.

Bei dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, dessen Rotor 14 mit sechs Arbeitsschiebern 32 und Stator 12 mit vier Trennschiebern 24 ausgestattet ist, umfassen die vier Aussparungen 40 der Konturenfläche 16 des Stators je einen Winkel von 60° und sind durch Zwischenabschnitte 46 voneinander getrennt, die in Fig. 1 je einem Winkel von 30° entsprechen und jeweils einen Schlitzbereich 49 in Form eines Kreisbogens, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse liegt, und an diesen beidseits angrenzend einen Übergangsabschnitt 48 zur benachbarten Aussparung 40 umfassen. Die Breite jeder Aussparung 40 im Stator entspricht daher einem Winkel von 360° geteilt durch die Anzahl der Rotorschieber. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß stets vier Rotorschieber 32 in Betrieb sind, während zwei Rotorschieber 32 den Übergangszyklus oder Leerzyklus Ausströmung—Druckerzeugung durchlaufen, in dem keine Arbeitsleistung stattfindet. Somit stellen die an einem Arbeitszyklus beteiligten Statorschieber 32 sowie die an einem Leerzyklus beteiligten stets eine gerade Zahl dar. Als Endergebnis ist das von der Bewegung der Rotorarbeitsschieber 32 über die Konturenfläche 16 erzeugte Drehmoment genau konstant.

Aus der Abbildung ist ferner ersichtlich, daß die Übergangsabschnitte 48 der Zwischenabschnitte 46 symmetrische Konturen bilden, die um ein Schlagen der Rotorschieber weitestgehend zu verhindern, eine minimale radiale Schieberbeschleunigung bewirken und vorzugsweise einen sinusähnlichen Verlauf aufweisen. Die Einlasse 26 und Auslässe 28 befinden sich an den Zwischenabschnitten 46, wobei jeder Statorschlitz 22 an einer Seite von einer Einlaßöffnung und an der anderen Seite von einer Auslaßöffnung flankiert ist. Im Idealfall sollten die genannten öffnungen unmittelbar an die nachfolgenden Aussparungen 40 angrenzen; bei einer praktischen Ausführung aber muß jeder Übergangsabschnitt 48 und etwa 2° vor dem Beginn der Aussparung 40 enden.

Aü„ F i g. 2 ist zu erkennen, daß der Rotor 14 ähnlich dem Stator mehrere gleichmäßig urn seine Konturenfläche 18 verteilte, durch Zwischenabschnitte 56 voneinander getrennte Aussparungen 52 aufweist, die — wie auch die Statoraussparungen 40 — teilweise von einem

Bogen eines Kreises begrenzt sind, dessen Mittelpunkt ;uif der Drehachse des Rotors 14 liegt, um die maximale Fliissigkritsvcrdrängiing zu gewährleisten und die Diehniomeiilschwankung gleich Null zu ermöglichen. Die Schlitzbereiche 54 stellen ebenfalls Oberflächen dar, die teilweise von einem Bogen eines Kreises abgegrenzt sind, dessen Mittelpunkt mit der Achse 50 zusammenfällt. Außerdem umfassen die Zwischenabschnitte 56 des Rotors beiderseits der Schlitzbereiche 54 Übergangsabschnitte 58. die eine minimale radiale Schieberbeschlcutiigung bewirken und symmetrische und vorzugsweise sinusähnliche Konturen aufweisen.

Aus der Abbildung ist ferner ersichtlich, daß die Breite der Aussparungen 52 demselben Winkel entsprechen wie die der Schlitzbcreiche 54. Im Fall der Ausführung mit sechs Rotorarbeitsschiebern 32 und vier Slalom ennschicbern 24 besitzen die Schlitzbcreiche 54 sowie die Aussparungen 52 eine Breite entsprechend einem H) -Zentriwinkel. Obwohl die einem Kreisbogen entsprechenden Schlitzberciche 54 bzw. Aussparungen 52 nicht unbedingt genau 10° breit zu sein brauchen, müssen sie jedoch untereinander gleiche Winkel umfassen. Bei dem mit einer schraffierten Fläche bezeichneten Flüssigkeitsvolumen 60 handelt es sich also um das von jedem Statortrennschieber 24 bei dessen Bewegung über jede Aussparung 52 bestrichene Volumen Aufgrund der Formgebung der Konturenflächc 18 des Rotors 14 wird erreicht, daß die Wirkung der Snitortrciiiischieber 24 auf die genannte Konturfläche 18 ein ihi'oreiisch konstantes Drehmoment gewährleistet, da die I Üibc der Trennschieber in ihrer Gesamtheit stets eine konstante Summe ergeben, die die gleiche ist, wie wenn zwei der Trennschieber bei allen Rotorwinkeln den Maximalhub anführen wurden. Mit anderen Worten ist bei einer mit α angenommenen maximalen Tiefe für die Aussparung 52 des Rotors die Summe aller von den Statortrennsehiebern 24 zurückgelegten Wege stets gleich 2 x, also konstant, und verursacht keine unerwünschten Drehmomentschwankungen oder Radiallagcrbelastungcn. Obwohl aus der Zeichnung hervorgehl, daß die maximale Flüssigkeitsverdrängung bzw. die Tiefe α der Aussparungen 40 des Stators 12 derjenigen der Aussparungen 52 des Rotors 14 gleich ist. ist dies nicht unbedingt notwendig. Vorzugsweise aber sind die Aussparungen 40 und die Aussparungen 52 in ihrer Tiefe annähernd gleich bemessen, um auch zwischen der Beschleunigung der Arbeitsschieber 32 am Rotor und der der Trennschieber 24 am Stator weitgehende Gleichheit zu erzielen.

Die Anordnung der Arbeitsschieber am Rotor 14 und der Trennschieber am Stator 12, die Anzahl der Schieber sowie der Verlauf der Konturenflächen 16 bzw. 18 des Stators 12 bzw. Rotors 14 ergeben daher einen hydraulischen Motor, der theoretisch eine Drehmomentschwankung sowie eine Radiallagerbclastung von jeweils Null und zugleich die bei den jeweiligen Abmessungen des Motors 10 sowie bei den sich aus den jeweiligen Flügelbeschleunigungsverhällnissen zwangsläufig ergebenden Begrenzungen noch mögliche maximale Flüssigkeitsverdrängung gewährlcistcn.

liier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Motor in Flügelzellenbauart, umfassend zwei konzentrische, relativ zueinander rotierbare Teile, von denen das äußere feststehende Gehäuse (im folgenden als »Stator« bezeichnet) und der innere Drehkolben (im folgenden als »Rotor« bezeichnet) zwischen ihren einander zugekehrten Konturenflächen Ringspalte für die Arbeitsräume bilden und die in ihren Konturenflächen mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte, sich axial erstreckende radiale Schlitze zur Aufnahme der Arbeitsschieber und Trennschieber aufweisen, umfassend ferner beidseits neben jedem im Stator vorgesehenen Schlitz einen in den Arbeitsraum mündenden Einlaß- bzw. Auslaßkanal und Schlitzbereiche des Stators, die von einem Kreisbogen mit derer Drehbewegungsradius der Rotornabe bzw. des Schlitzbereichs des Rotors gebildet werden, umfas- send weiterhin in den Stator und Rotor-Konturenflächen mehrere kreisbogenförmig verlaufende Aussparungen, die gegenüber dem Drehbewegungskreis der Rotornabe gebildet werden und die jeweils voneinander durch die Schlitze enthaltende Zwischenabschnitte getrennt sind, wobei einerseits die Anzahl der Stator- und der Rotorschlitze und andererseits auch die Anzahl der jeweils im Arbeitsund im Leerzyklus befindlichen Rotorschlitze geradzahlig ist und die Anzahl der Rotorschlitze die der Statorschlitze um mindestens zwei übersteigt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) daß die von den Zwischenabschnitten (56) des Rotors (14) umfaßten Schlitzbereiche (54) durch einen Kreisbogen begrenzt werden, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse (50) des Motors (10) liegt;

b) daß die Aussparungen (40, 52) des Stators (12) und des Rotors (14) durch einen Bogen eines Kreises begrenzt sind, dessen Mittelpunkt auf der gemeinsamen Drehachse (50) des Motors (10) liegt, wobei von den Aussparungen (40,52)

zu den Schlitzbereichen (49, 54) stetige Übergangsabschnitte (48,58) vorgesehen sind;

c) daß die Winkelbreite der durch den Kreisbogen definierten Stator-Aussparung (40) einem Winkel von 360° geteilt durch die Anzahl der Rotorschlitze (30) entspricht;

d) daß die Winkelbreite der kreisbogenförmigen Rotor-Aussparung (52) gleich der Winkelbreite der die Rotorschlitze (30) enthaltenden Schlitzbereiche (54) ist.