DE3108507C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Flügelzellenmotor mit einem eine Einlaßöffnung zum Zuführen und eine Auslaßöffnung zum Abführen der Flüssigkeit aufweisenden Gehäuse, einem exzentrisch im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor und am Rotor angeordneten Flügeln, die elastisch ausgebildet sind.

Die DE-AS 10 23 469 beschreibt einen Flügelzellenmotor der eingangs genannten Art. Dort ist jeder Flügel durch eine Blattfeder abgestützt, damit man einen ausreichenden Anpreßdruck der Flügelkante an der Umfangsfläche erzielt. Die Federkonstante ist bei diesem Flügelzellenmotor konstant, so daß die Anpreßkraft bzw. Dichtkraft unabhängig von der Durchbiegung der Flügel gleichbleibt. Damit ergibt sich auf dem gesamten Umfang eine hohe Reibung.

Aufgabe der Erfindung ist es, von einer bestimmten Durchbiegung der Flügel an den Anpreßdruck bzw. die Dichtkraft stärker zu vergrößern, um hierdurch die Abdichtwirkung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als bei geringer Durchbiegung der Flügel die Reibung stark herabgesetzt ist. Da in diesen Bereichen der Druck des Mediums vergleichsweise gering ist, wird die Abdichtwirkung hierdurch nicht beeinträchtigt.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, die darstellen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Flügelzellenmotors,

Fig. 2 einen elastischen Flügel des Rotors in drei verschiedenen Stellungen und in einem größeren Maßstab als in Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der zum Biegen des elastischen Flügels gemäß der Fig. 2 notwendigen Kraft in Abhängigkeit des Abstandes zwischen dem freien Ende des Flügels und der Drehachse,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Flügelzellenmotors

Fig. 5 einen elastischen Flügel des Rotors in drei verschiedenen Biegestellungen und in einem größeren Maßstab als in der Fig. 4 und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der zum Biegen des elastischen Flügels gemäß der Fig. 5 notwendigen Kraft in Abhängigkeit des Abstandes zwischen dem freien Ende des Flügels und der Drehachse.

Das in der Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des hydraulischen Flügelzellenmotors besitzt ein Gehäuse 1 mit einer zylindrischen Innenfläche 2, eine Einlaßöffnung 3 und eine Auslaßöffnung 4. Die beiden Öffnungen sind zueinander gegenüberliegend angeordnet und erstrecken sich nur über einen Teil der Ausdehnung des Gehäuses in Richtung der Drehachse eines Rotors 5. Der Rotor 5 ist exzentrisch bezüglich der zylindrischen Innenfläche 2 angeordnet und auf einer Welle 6 befestigt, die ihrerseits in zwei ebenen Seitenwänden gelagert ist, von welchen Seitenwänden nur die eine Seitenwand 7 in der Fig. 1 sichtbar ist.

Aus der Fig. 1 und insbesondere aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß sich vom Rotor 5 aus radial gerichtete Tragplatten 8 erstrecken, die starr mit dem Rotor 5 verbunden sind. In axialer Richtung des Rotors 5 erstrecken sich die Tragplatten 8 nicht ganz von einer der Seitenwände 7 bis zur anderen. An jeder Tragplatte ist ein parallel und benachbart zum Rotor 5 verlaufender Rand eines elastischen Flügels aus einem synthetischen Elastomer, z. B. "Neopren", befestigt. Die elastischen Flügel können auch aus Federstahl oder Federbronze hergestellt sein. Der genannte Randbereich des Flügels 9 ist zwischen einer Stützplatte 10 und der Tragplatte 8 eingeklemmt, wobei die Klemmwirkung von einer Klemmleiste 11 ausgeht, die mit wenigstens einem Niet 12 oder einer Schraube an der Tragplatte 8 befestigt ist.

Ein Teil der Stützplatte ragt über die Klemmleiste 11 hinaus und dieser Teil ist von der Tragplatte 8 weggebogen. Die Funktion der Stützplatte ist aus den Fig. 2 und 3 erkennbar. In der Fig. 2 ist der elastische Flügel verkürzt und im noch nicht in das Gehäuse 1 eingesetzten Zustand dargestellt. Weiter sind in der Fig. 2 weitere mögliche Stellungen des Flügels 9′ und 9′′ strichpunktiert gezeigt. Die graphische Darstellung in der Fig. 3 zeigt die zum Biegen des Flügels 9 notwendige Kraft P in der Funktion eines Abstandes W. Der Abstand W ist in der Fig. 1 eingetragen und ist der Abstand zwischen einem gestrichelt gezeichneten Umkreis 13 und dem freien Ende des umgebogenen Flügels 9. Längs des Umkreises 13 würden sich die Enden der Flügel 9 bewegen, wenn sie nicht durch die Innenfläche 2 des Gehäuses 1 gebogen würden und die strichpunktiert bezeichnete Stellung 14 in der Fig. 1 einnähmen.

Auf den in der Fig. 2 dargestellten Flügel 9 wirkt keine Kraft ein, deshalb ist er nicht gebogen. Auf den Flügel 9′ wirkt eine Kraft P₁ ein und der Flügel wird leicht gebogen, wobei aber der gebogene Teil des Flügels noch nicht an den gebogenen Teil der Stützplatte anstößt. Wird die auf den Flügel einwirkende Kraft vergrößert, so nimmt auch der oben beschriebene Abstand W zu. Erhöht sich die einwirkende Kraft auf den Wert P₂, so liegt das gekrümmte Teilstück des Flügels 9′′ an dem gebogenen Teil der Stützplatte 10 an. Danach nimmt die wirksame Federkonstante des Flügels 9′′ sprunghaft zu, wie dies aus der Fig. 3 ersichtlich ist.

Die Länge der Flügel 9 in radialer Richtung, die Biegung der Stützplatte 10 und die Exzentrität der Drehachse der Welle 6 bezüglich der zylindrischen Innenfläche 2 des Gehäuses 1 sind so gewählt, daß, wenn die Flügel 9 am unteren Teil der zylindrischen Innenfläche 2, bezogen auf die Fig. 1, anliegen, dann ebenfalls die Flügel 9 an der Stützplatte 10 anliegen. Dies bedeutet, daß die Flügel 9 bedeutend stärker an den unteren Teil der Innenfläche 2 des Gehäuses 1 gepreßt werden, als an den oberen Teil der Innenfläche 2.

Das heißt mit anderen Worten, die Flügel 9 werden bei dem oben beschriebenen Flügelzellenmotor mit der gleichen Kraft an den unteren Teil der Innenfläche 2 gepreßt, wie bei dem bekannten Flügelzellenmotor, jedoch mit bedeutend weniger Kraft an den oberen Teil der Innenfläche 2. Dadurch verringert sich die Reibung zwischen den Flügeln 9 und dem oberen Teil der Innenfläche 2, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führt.

Zum Betrieb des in der Fig. 1 dargestellten Flügelzellenmotors wird die Auslaßöffnung 4 mit einer nicht dargestellten Saugpumpe verbunden, welche durch den Flügelzellenmotor hindurch und durch die Einlaßöffnung 3 Wasser ansaugt. Dadurch entsteht im Bereich der Auslaßöffnung 4 ein Unterdruck gegenüber dem Bereich der Einlaßöffnung 3. Durch diesen Druckunterschied werden zwei in entgegengesetztem Drehsinn wirkende Drehmomente auf den Rotor 5 ausgeübt, wobei die Differenz zwischen diesen beiden Drehmomenten eine Drehung des Rotors 5 im Uhrzeigersinn bewirkt. Diese Differenz der Drehmomente ist um so größer, je größer der Unterschied zwischen dem minimalen Abstand zwischen dem Rotor 5 und der Innenfläche 2 und dem maximalen Abstand zwischen dem Rotor 5 und der Innenfläche 2 ist.

Es ist sehr wesentlich, daß die Abdichtwirkung zwischen den Flügeln 9 und dem unteren Teil der Innenfläche 2 gut ist, damit möglichst das ganze den Flügelzellenmotor durchströmende Wasser zwischen dem Rotor 5 und dem oberen Teil der Innenfläche 2 hindurchfließt. Durch den starken Anpreßdruck der Flügel 9 an den unteren Teil der Innenfläche 2 ist diese Bedingung erfüllt.

Die Fig. 4 zeigt die wesentlichsten Teile eines zweiten Ausführungsbeispieles. Ein Gehäuse 15 weist eine zentrale Innenfläche 16 auf, gegenüber welcher ein exzentrisch angeordneter Rotor auf einer Welle 18 befestigt ist. Die Welle ist in Seitenwänden, von denen nur die Seitenwand 19 sichbar ist, drehbar gelagert. Das Gehäuse weist an gegenüberliegenden Stellen eine Einlaßöffnung 20 und eine Auslaßöffnung 21 auf. Vom Rotor 17 aus erstrecken sich elastische Flügel 22 zur Innenwand 16 des Gehäuses 15.

Die Fig. 5 zeigt einen Teil des Rotors 17 und einen der Flügel 22 in einem größeren Maßstab als in der Fig. 4 bezeichnet. Auf den Flügel 22 wirkt keine Kraft ein, so daß sich derselbe radial vom Rotor 17 wegerstreckt. Am Rotor 17 ist eine radial abstehende Tragplatte 23 starr befestigt. Der dem Rotor 17 benachbarte Randbereich des Flügels 22 ist zwischen einer Klemmleiste 24 und der Tragplatte 23 eingeklemmt. Die Klemmleiste 24 ist mit wenigstens einem Niet 25 an der Tragplatte 23 befestigt.

Am vom Rotor 17 entfernten Ende jedes Flügels 22 ist eine Gleitplatte 26 mittels Nieten 27 befestigt. Wenn der Rotor 17 mit den Flügeln 22 in das Gehäuse 15 eingesetzt ist, liegen nicht die Flügel 22, sondern eine oder zwei Kanten 28 bzw. 29 der Gleitplatten 26 an der Innenfläche 16 des Gehäuses 15 an.

Die Fig. 6 zeigt in Abhängigkeit eines Abstandes W die auf die Gleitplatte 26 radial einwirkenden Kräfte. Der Abstand W ist der Abstand zwischen einem in der Fig. 4 gestrichelt gezeichneten Umkreis 30 und der äußeren Kante 28 bzw. inneren Kante 29 der Gleitplatte 26. Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, daß, so lange die äußere Kante 28 der Gleitplatte 26 allein an der Innenfläche 16 des Gehäuses 15 anliegt, die Beziehung zwischen der auf die Gleitplatte 26 einwirkende Kraft P und des Abstandes W linear und die wirksame Federkonstante des elastischen Flügels 22 relativ klein ist. Wenn der Abstand W größer als W_x wird und beide Kanten 28 und 29 der Gleitplatte 26 an der geannnten Innenfläche 16 anliegen, nimmt die Federkonstante progressiv zu, weil der als Feder wirkende Teil des elastischen Flügels immer kürzer wird, wie dies in der Fig. 5 anhand der gekrümmten Flügel 22′ und 22′′ dargestellt ist. Längs des genannten Umkreises 30 würden sich die äußeren Enden der Gleitplatten 26 bewegen, wenn sie sich nicht im Gehäuse 15 befinden würden, wie dies in der Fig. 4 strichpunktiert dargestellt ist.

Die Gleitplatten 26 können aus Metall oder aus hartem Kunststoff hergestellt sein, dementsprechend ist die Reibung zwischen den Gleitplatten 26 und der Innenfläche 16 des Gehäuses 15 klein.

Die Funktionsweise des oben mit Bezug auf die Fig. 4 bis 6 beschriebenen Flügelzellenmotors ist ähnlich wie jene des zuvor beschriebenen Flügelzellenmotors. Das in die Einlaßöffnung 20 einströmende Wasser soll möglichst vollständig zwischen dem oberen Teil der Innenfläche 16 und dem Rotor 17 durch die Turbine hindurch und durch die Auslaßöffnung 21 fließen. Die gute Abdichtwirkung zwischen den Gleitplatten 26 und dem unteren Teil der Innenfläche 16 wird durch die progressiv ansteigende Kraft erzielt, mit der die Gleitplatten 26 an den unteren Teil der Innenfläche 16 angepreßt werden.

Weil die Reibung zwischen den Gleitplatten 26 und der Innenfläche 16 des Gehäuses klein ist, sind die in dem Flügelzellenmotor gemäß der Fig. 4 auftretenden Verluste relativ klein und der Wirkungsgrad entsprechend größer.

Darüber hinaus ist ein drittes Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem jeder Flügel mit der Gleitplatte 26 und zusätzlich mit der Stützplatte 10 ausgerüstet ist. Bei einer derartigen Ausführungsform wird die Kraft, mit welcher die Gleitplatte 26 an den unteren Bereich der Innenfläche angepreßt wird, nochmals vergrößert.

Claims (2)

1. Hydraulischer Flügelzellenmotor mit einem eine Einlaßöffnung zum Zuführen und eine Auslaßöffnung zum Abführen der Flüssigkeit aufweisenden Gehäuse, einem exzentrisch im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor und am Rotor angeordneten Flügeln, die elastisch ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Flügel (9, 22) wenigstens ein starres Mittel (10, 26) zum Vergrößern der Federkonstante, wenn die Biegung des Flügels einen Sollwert überschreitet, zugeordnet ist.

2. Flügelzellenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel eine starre Stützplatte (10) ist, daß die Stützplatte am rotorseitige Ende des Flügels (9) angeordnet ist und daß sich die Stützplatte anfänglich vom Rotor (5) aus radial und parallel zum genannten Endbereich des Flügels erstreckt und danach vom unbelasteten Flügel weg gebogen oder gekrümmt ist.