DE2240113A1 - Rotationskolbenmaschine - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE
DipUng. WERNER COHAUSZ · Dipl.-lng. WlLHELM FLORACK . Dipl.-Ing. RUDOLF KNAUF
DipUng. WERNER COHAUSZ · Dipl.-lng. WlLHELM FLORACK . Dipl.-Ing. RUDOLF KNAUF
4 Düsseldorf, Schumannstraße 97 2240113
Lucas Aerospace Limited
ÄXS*fc3iKXigxS$a$*ö$t Well Street
GB-Birmingham 15· Aug. 1972
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Rotationskolbenmaschine (d.h. eine Pumpe oder einen Motor), und ihr liegt die Aufgabe zugrunde,
eine solche Maschine in verbesserter Form zu schaffen.
Eine Maschine gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse
mit einem Einlaß und einem Auslaß, einen innerhalb des Gehäuses gelagerten Rotor, eine Anzahl von Kolben, die in Radialbohrungen
im Rotor verschiebbar sind, wobei die Borhungen im Lauf sukzessive mit dem Einlaß und dem Auslaß in Verbindung stehen, einen
den Rotor umschließenden Kurvenring mit einer inneren Kurvenfläche, an der die Kolben zum Angriff vorgesehen sind, und mit einer äußeren
Rotationsfläche, die an einer entsprechenden Fläche innerhalb des Gehäuses angreift, wobei der Kurvenring innerhalb des Geähäuses
um die Achse der äußeren Fläche herum drehbar ist, die exzentrisch sowohl der Achse der Kurvenfläche als auch der Achse des Rotors gegenüber
angeordnet ist, und Mittel zum Drehen des Kurvenrings innerhalb des Gehäuses.
Die Erfindung ist nachsetehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen
sind:
Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Pumpe, Fig. 2 ein Schnitt an der Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen der Effekte der Bewegungen
des Kurvenrings und
Fig. 5 eine graphische Darstellung von Vorkompressionsdrücken in
Fig. 5 eine graphische Darstellung von Vorkompressionsdrücken in
26 519
309 808/1002 "2"
Pumpen gemäß der Erfindung.
Die Pumpe hat ein Gehäuse 10 mit einem Einlaß 11 und einem Auslaß 12. Im Gehäuse 10 ist ein Rotor 15 drehbar gelagert, der eine Anzahl
von Radialbohrungen 14 aufweist (von denen nur eine gezeigt ist). Diese Borhungen sind in zwei Reihen A und B angeordnet. In
den Bohrungen 14 sind Kolben 15 verschiebbar gelagert.
Der Einlaß 11 öffnet in den Raum innerhalb des Gehäuses 10, der den
Rotor 13 umschließt, und zwar über eine Kammer 16, die ein Laufrad
17 enthält, welches am Rotor 13 angebracht ist. Innerhalb des Gehäuses
10 befinden sich zwei Lochplatten 18, die im einzelnen in Fig. 3 und 4 gezeigt sind und die Nierenlöcher 18a aufweisen, mit
denen Öffnungen 19 im Rotor I3 sukzessive während des Lufas in Verbindung
gelangen. Die Nierenöffnungen 18a stehen mit dem Auslaß in Verbindung.
Zwei Kurvenringe 20, 21 umschließen den Rotor 13, und diese sind jeweils den R ihen A bzw. B der Bohrungen I4 zugeordnet. Die Kurvenringe
20, 21 haben teilzylindrische äußere Flächen 20a, 21a, die an entsprechenden Flächen im Gehäuse 10 angreifen und deren jeweilige
Achsen 22, 23 die Drehachsen der betreffenden Kurvenringe 20,
21 sind. Die Achsen 22, 23 befinden sich im gleichen Abstand auf
gegenüberliegenden Seiten der Achse des Rotors I3. Der Kurvenring 21 ist nur in Fig. 2 gezeigt, wobei die relative Lage des Kurvenrings
20 angedeutet ist. Die Kurvenringe 20, 21 haben jeweils innere Kurvenflächen 24» 25, an denen die Kolben der betreffenden
Reihe angreifen, wobei die betreffenden inneren Kurvenflächen 24, 25 exzentrisch den betreffenden Achsen 22, 23 gegenüber angeordnet
sind. Die Exzentrizität der Kurvenflächen 24, 25 ist gleich der
Verlagerung der Achsen 22, 23 der Rotorachse gegenüber. In einer
Winkellage der Kurvenringe 20, 21, d.h. der in Fig. 2 gezeigten, liegen die Kurvenflächen 24» 25 konzentrisch zum Rotor I3.
Über einen Teil ihrer äußeren Flächen hinweg sind die Kurvenringe
— 3 —
309808/ 1 002
20, 21 mit Zähnen 26 versehen. Die Zähne 26 beider Ringe stehen im Eingriff mit Zahnstangenzähnen 27 an einem Schaft 28, der sich
durch die Bohrung 29 im Gehäuse 10 quer zur Achse des Rotors 13 erstreckt. Am Schaft 28 sitzen Kolben 30, 31, die in der Bohrung 29
in Erwiderung auf Drücke verschiebbar sind, welche an den betreffenden
Öffnungen 32, 33 wirksam werden, um den Schaft 28 in entgegengesetzte
Richtungen zu drücken. Die Kurvenringe 20, 21 werden damit im Einklang miteinander durch den Schaft 28 gedreht, wobei die
Hubwege der Kolben 30, 31 derart sind, daß die Kurvenringe eine Drehung von etwa 50° ausführen können. Die Ringe 20, 21 werden in Ausgangslage
so eingerichtet, daß die Achsen der Kurvenflächen 24, 25
mit der Rotorachse für eine bestimmte Stellung des Schafts 28 zusammenfallen.
Im Lauf arbeitet die Pumpe bei sich zum Rotor exzentrisch befindlichen
Flächen 24, 25 in bekannter Weise, um Flüssigkeit durch den
Einlaß 11 anzusaugen und sie unter Druck durch den Auslaß 12 abzufordern.
Die Hubwege der Kolben 15 sind durch Drehung der Ringe 20, 21 veränderlich.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der Lochplatte 18 und des Nierenlochs
18a der Achse des Rotors 13 und der Drehachse 22 des Kurvenrings
20 gegenüber, wenn der Kurvenring 20 nach rechts gedreht werden muß, um den Hub der Pumpe zu vergrößeren. Die Achse der Kurvenfläche
24 ist aus einer Position 40 nach rechts bewegbar, in der sie
mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt, und zwar in eine Position 41» in der die Kurvenfläche 24 in die bei 24a angedeutete Position
gewandert ist, wobei der obere Totpunkt 42 an der Fläche 24 längs der Linie 43 wandert. Für eine Drehung des Rotors I3 nach
rechts beginnt die Einwärtsbewegung der Kolben 15 an einer Winkelposition des Rotors 13, die der augenblicklichen Lage des Punkts
42 entspricht. Eine Bewegung des Kurvenrings 20 nach rechts verringert
den Winkel zwischen dieser Rotorposition und der Rotorposition, in der die Öffnungen 19» 18a miteinander in Terbindung stehen.
3 0 9808/1002
Eine Einwärtsbewegung der Kolben 15 bewirkt eine Kompression auf die Flüssigkeit nur, nachdem alle zugehörigen Öffnungen 19 durch
die Lochplatte 18 abgedeckt sind. Ehe die Öffnungen 19 diese Position erreichen, gibt die Einwärtsbewegung der Kolben 15 die Flüssigkeit
zur Niederdruckseite zurück. In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung
bewirkt also eine Bewegung des Kurvenrings 20 um einen erheblichen Betrag nach links aus seiner Vollhubposition 41 ein Abgeben
eines Teils der Flüssigkeit zur Niederdruckseite durch die Kolben 15, wie vorstehend erwähnt. Der V/inkel, über den hinweg
eine Vorkompression der Flüssigkeit erfolgt, ändert sich damit nicht nennenswert während der Änderung des Pumpenhubs. Mit der
Vergrößerung des Pumpenhubs nimmt darüber hinaus der Vorkompressionshub auch zu, nämlich der Weg, den die Kolben 15 durchlaufen,
um Flüssigkeit eainer Vorkompression zu unterziehen, nachdem die Öffnungen 19 abgesperrt worden sind und ehe die Öffnungen 19 mit
der Öffnung 18a in Verbindung gelangen. Unter diesen Umständen jedoch nimmt auch auf Grund des gesamten erhöhten bestrichenen
Volumens seitens der Kolben 15 das von den QKoIben 15 bestrichene
Volumen während der Vorkompression zu. Es läßt sich einrichten, daß das während der Vorkompression bestrichene Volumen über einen
entscheidenden Teil der Änderung im Pumpenhub ein im wesentlichen konstanter Bruchteil des Flüssigkeitsvolumens bleibt, das sich in
den Bohrungen 14 befindet, während die Öffnungen 19 abgesperrt werden. Fig. 5 zeigt Kurven des erreichbaren Vorkompressionsdrucks,
bezogen auf den Hub der Pumpe, für zwei Exzentrizitätswerte der Kurvenflächen 24, 25 den betreffenden Achsen 22, 2J gegenüber. Die
Kurve A entspricht einer Exzentrizität von 0,50 Zoll, und die Kurve
B entspricht einer Exzentriztitat von 0,187 Zoll. Der Vorkompressionsdruck
innerhalb der Bohrungen 14 bleibt damit bei einer Verbindung zwischen den Öffnungen 19 und der Öffnung 18a im wesentlichen
über diese Teile der Pumpenhubänderung konstant.
Ss versteht sich, daß die vorstehende Beschreibung im gleichen Unße
für den Kurvenring 21 gilt, der den Kolben 15 in der BaLhe B zugeordnet
ist.
30980 8/1002
22A0113
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der der Kurvenring 20 nach links gedreht wird, um den Pumpenhub zu vergrößern, wobei der Hotor 15
wie zuvor nach rechts läuft. In diesem Fall führt eine Vergrößerung im Pumpenhub zu einer Vergrößerung des Winkels zwischen dem
oberen Totpunkt und der Position, in der die Öffnungen 18a und 19 miteinander in Verbindung stehen.
Da die Öffnungen 19 durch die Lochplatte 18 während der Sinwärtsbewegung
der Kolben 15 bedeckt sind, und zwar in allen Zuständen des Pumpenhubs, vergrößert sich der Vorkompressionswinkel mit zunehmendem
Pumpenhub. Mit der Verringerung des Hubs erfolgt ferner eine Zunahme an Bewegung der Kolben 15 nahh außen, während die Öffnungen
19 durch die Platte 18 bedeckt sind. Diese Bewegung nach außen bewirkt eine anfängliche Dekompression bzw. ein Ansaugen von
Flüssigkeit in die Bohrungen 14» was bestrebt ist, den Vorkompressionsdruck
zu verringern, während sich der Pumpenhub verringert. Die kombinierten Effekte eines erhöhten Vorkompressionswinkels
und eines geringeren "Ansaugens" mit der Zunahme des Pumpenhubs bewirkt eine erhebliche Zunahme im Vorkompressionsdruck. Die in Fig.
4 gezeigte Anordnung ist deshalb nicht geeignet, wenn ein im wesentlichen konstanter Vorkompressionsdruck über einen erheblichen Teil
der Pumpenhubänderung hinweg erforderlich ist.
309 808/100 2
Claims (8)
- 22AO113Patentansprüche\1./Hydraulische Hotationskolbenmaschine, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10) mit einem Einlaß (11) und einem Auslad (12), einen innerhalb des Gehäuses (10) gelagerten Rotor (13), eine Anzahl von Kolben (15)» die in Radialbohrungen (14) im Rotor (13) gverschiebbar sind, wobei die Bohrungen (I4) im Lauf sukzessive mit dem Einlaß (11) und dem Auslaß (12) in Verbindung stehen, einen den Rotor (15) umschließenden Kurvenring (20,21) mit einer inneren Kurvenflä-.ehe (24,25), an der die Kolben (15) zum Angriff vorgesehen sind, und mit einer äußeren Rotationsfläche, die an einer entsprechenden Fläche innerhalb des Gehäuses (10) angreift, wobei der Kurvenring (20, 21) innerhalb des Gehäuses (10) um die Achse der äußeren Fläche herum drehbar ist, die exzentrisch sowohl der Achse der Kurvenfläche (24,25) als auch der Achse des Rotors (I3) gegenüber angeordnet ist, und Mittel zum Drehen des Kurvenrings (20,21) innerhalb des Gehäuses (10).
- 2. Hydraulische Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lochplatte (18), die im Gehäuse (1O) fixiert ist und an der der Rotor (I3) angreift, derart, daß sie als ein Ventil zur Bestimmung der Verbindung zwischen den Bohrungen (14) im Rotor (I3) und dem Einlaß (11) bzw. Auslaß (12) fungiert.
- 3* Hydraulische Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (I3) Öffnungen (19) aufweist, die jeweils mit den Bohrungen (I4) in Verbindung stehen und an einer Stirnfläche des Rotors (I3) öffnen, an der die Lochplatte (18) anliegt, wobei die Lochplatte (19) eine nierenförmige Öffnung (18a) aufweist, welche vom Rand der Lochplatte (18) im Bewegungsweg der Rotoröffnungen (19) darüber im Abstand angeordnet ist, der größer als die Breite jeder der Öffnungen ist, derart, daß während jeder Umdrehung des Rotors (13) eine Periode vorhanden ist, während der jede Öffnung durch die Lochplatte (18) abgeschlossen ist, so daß Flüssigkeit in der zugehörigen Bohrung einer Volumen- und Druckänderung ausgesetzt wird.Wa/Ti - 2 -309808/ 1 002
- 4. Hydraulische Rotationskolbenmaschine nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Kurvenrings (20,21) so in Bezug auf die Achse des Rotors (I3) und auf die Position der Lochplatte (18) angeordnet ist, daß die Druckänderung im wesentlichen unabhängig von der Position des Kurvenrings (20,21) konstant ist.
- 5. Hydraulische Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Drehen des Kurvenrings (20,21) durch Zähne (26) an der äueßeren Fläche des Kurvenrings (20,21) und ein Zahnelement (27) gebildet sind, das mit den Zähnen (26) im Eingriff steht und dem Gehäuse (1O) gegenüber beweglich ist.
- 6. Hydraulische Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnelement (28) durch eine Zahnstange gebildetT ist, die in einer Bohrung (29) im Gehäuse (1O) in Längsrichtung bewgeglich ist.
- 7· Hydraulische Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kuvrvenringe (20,21) vorhanden sind, deren Achsen ihrer äußeren Flächen im gleichen Abstand zur Achse des Rotors (I3) angeordnet sind und deren Achsen in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei der Rotor (1J) zwei Reihen A(b) an Ra-, dialbhhrungen (I4) a_ufweist, die Kolben (15) enthalten, welche an den inneren Kurvenflächen (24,25) der betreffenden Kurvenringe (20, 21) angreifen.
- 8. Hydraulische Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (28) sich in einer Richtung parallel zur gemeinsamen Ebene, jedoch rechtwinklig zur genannten Achse erstreckt und im Eingriff mit den Zähnen (26) an beiden Kurvenringen (20,21) steht.309 80 8/1002Lee rsei te
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Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |