DE2240113A1

DE2240113A1 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2240113A1
Application number: DE2240113A
Authority: DE
Inventors: George Alvah Blandford
Original assignee: Lucas Aerospace Ltd
Current assignee: Northrop Grumman Properties Ltd
Priority date: 1971-08-17
Filing date: 1972-08-16
Publication date: 1973-02-22
Also published as: IT962121B; US3857326A; FR2231248A5; JPS5131683B2; GB1398527A; JPS4829002A

Description

PATENTANWÄLTE
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

Rotationskolbenmaschine

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

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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

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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.

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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.

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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.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

\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 -

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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 gebildet_T 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.

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