DE4115642A1

DE4115642A1 - Hydro-motor/turbine mit verlustarmer leistungsabgabe

Info

Publication number: DE4115642A1
Application number: DE19914115642
Authority: DE
Inventors: Viktor Jeiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1991-10-02
Also published as: DE4115642C2

Description

Das bekannte Konstruktions- und Funktionsprinzip der Flügelpumpe hat verschiedene Schwachstellen, welche seine Anwendung begrenzen. Begrenzt sind die Umlaufgeschwindigkeit, der Förderdruck und damit die Gesamtleistung bei einer bestimmten Abmessung. Begrenzt ist der Einsatz vor allem in den Anwendungsbereichen, bei denen die Forderung einer hohen Leistung bei geringen Abmessungen mit hohem Wirkungsgrad erfüllt sein muß.

Das vorliegende Konstruktionsprinzip mit den benannten Patentansprüchen reduziert die leistungsmindernde Wirkung der Schwachstellen. Es ermöglicht, durch angepaßten Mehraufwand für Dichtung, Schiebergestaltung und Fertigungspräzision den Wirkungsgrad, je nach Einsatz des Hydro- Motors/Turbine/Pumpe, zu optimieren.

Hoher Wirkungsgrad bei hohem Leistung/Abmessung-Verhältnis ermöglicht die Anwendung auch dort, wo sie bisher aus wirtschaftlichen Gründen ausgeschlossen war,.

Gedacht ist hier vor allem der Einsatz als Antrieb, (statt mechanischer Kraftübertragung) Getriebe, (Wandler, bei Anordnung von mehreren gestaffelten Einheiten), Kupplung und Bremse. Die Anwendung dieser Einsatzmöglichkeiten dürfte z. Bsp. bei Kraftfahrzeugen gegeben sein.

Die hohe Proportionalität von Winkelgeschwindigkeit der Drehung zur Fördermenge in fast jedem Leistungsbereich bringt auch eine gute Eignung für den Einsatz bei hydraulischen Dosier- und Stellmotoren.

Hydro-Motor/Turbine arbeiten hier in beiden Drehrichtungen (mit den Schiebervarianten A1 und A2) absolut mit der gleichen Leistung.

Im Anhang an diese Beschreibung ist die Leistungskurve (rechnerisch ermittelt) einer Hydromotor/Turbine-Konstruktion an einem Beispiel dargestellt.

Die beabsichtigten Wirkungen der aufgeführten Konstruktionen des Patentanspruches sind folgende:

zu 1 der dreiseitig in der Umdrehung mitgeführte Durchflußquerschnitt vermindert den hydraulischen Druckverlust innerhalb des Hydromotors/Turbine und ermöglicht eine Schieberkonstruktion und Schieberabstützung wie aufgeführt.
zu 2 Der gleichbleibende Durchflußquerschnitt des Arbeitsbereiches des Förderkanals ermöglicht auch mit die Proportionalität zwischen der Winkeldrehung und der Fördermenge. Die Schieber werden unter Last nicht verstellt, wodurch die Schieberstellkraft vermindert wird.
zu 3 Der langgezogene Einlauf-Auslaufbereich des Förderkanals mit äußerer Schieberführung vermindert ebenfalls die Stellarbeit am Schieber und ermöglicht eine schnellere Rotation. Die Querschnittseinengung durch den Führungssteg kann in diesen Bereichen durch radiale Vergrößerung des Querschnittes ausgeglichen werden eventuell in Kombination mit der Vertiefung. (zu 4)
zu 4 Die Vertiefung im Gehäuse, genau am Übergang zwischen Arbeit- und Einlauf/Auslaufbereich des Förderkanals, unterstützt die schnelle Entlastung der Schieber so daß sie sich beim Verschiebevorgang fast lastfrei (tangential) bewegen können (Verbesserung der Schnell-Lauf-Eigenschaft); außerdem wird der sofortige Durchfluß der Hydraulikflüssigkeit aus der Schieberkammer durch die Hohl- Schieber ab Beginn der Schiebeverstellung erleichtert.
zu 5 Die Beweglichkeit des Trennelement bewirkt ein Anpressen dieses Bauteils an den Kern des Rotors, proportial dem Arbeitsdruck.
zu 6 Diagonaldichtungen bei starrem Trennelement (ohne Gelenk) bringen eine längere Lebensdauer der Dichtungen dort.
zu 7 Die kurzen Schieber haben geringere Masse und kleinere Stellwege wodurch die Leistungsverluste vermindert werden und die Schnellauf-Eigenschaften verbessert.
zu 8 Die seitliche Führung und Stützung der Schieber ermöglicht durch das statisch dreiseitig gestützte System eine höhere Belastbarkeit der Schieber, deren kurze Ausführung und die Verminderung der Spaltverluste durch bessere Abdichtung während der Arbeitsstellung.
zu 9 Die Schieberaushöhlung bewirkt ebenfalls eine Verringerung der Masse und ermöglicht durch das Ausfließen der Hydraulikflüssigkeit aus der Schieberkammer in den Förderkanal (oder umgekehrt) während des Stellvorganges absolut neutrales Verhalten zwischen Fördermenge und radialer Schieberstellung.
zu 10 Die Gestaltung der Schieberköpfe oder die Verlegung der Ausflußöffnung in Förder-Richtung verbessert die Abdichtung des Spalts zwischen Gehäusewand und dem darauf gleitenden Schieber und kann einen Anpreß-Druck des Schiebers im Arbeitskanal dort genau proportional dem Förderdruck des Hydro-Motors/Turbine erzeugen.
zu 11 Schieberaushöhlung mit Öffnung zum Förderkanal sowie konstanter Querschnitt im Arbeitsbereich des Förderkanals begründen den Verfahrensanspruch der Proportionalität der Winkelgeschwindigkeit des Rotors zur Durchflußmenge der Hydraulikflüssigkeit bei dem einer Flügelpumpe ähnlichen Arbeitsprinzip.

Die Konstruktion eignet sich gut zum Einbau von Dichtungen oder von druckbrechenden Rillen in den Spalten. Der Rotor kann praktisch vollkommen gegen das Gehäuse abgedichtet werden.

Eine Bestückung des Rotors mit mehr als zwei Schiebern bringt hier eher eine Verminderung des Wirkungsgrades, kann aber sinnvoll sein wenn, z. Bsp. bei drei Schiebern, der Stellbereich der Schieber um mehr als die Hälfte verlängert werden kann, was die Schnell-Lauf-Eigenschaften verbessert.

Beispiel eines Hydro-Motors/Turbine

Abmessungen
Förderkanal
Außendurchmesser	175 mm
Innendurchmesser	145 mm
mittlerer Durchmesser	160 mm
Querschnitt	30×15 mm
Leistungsaufnahme	20 KW

Hydraulikflüssigkeit
Viskosität
10×10^-6m²/s
(ungünstige Annahme) bzw.	40×10^-6m²/s

Diagramm der Leistungsverluste bei konstanter Leistungsaufnahme (KW)

Claims

Hydraulik-Motor/Turbine mit verlustarmer Leistungsabgabe bei Schnell-Lauf und Hochdruck bestehend aus Gehäuse (1) und zentrisch angeordnetem Rotor (2), bestückt mit zwei (oder mehreren) Schiebern (10) (Flügeln !), mit dem Arbeitsprinzip ähnlich einer Flügelpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß
- 1 daß der Rotor (2) den Förderkanal, bestehend aus Arbeits- (3) Einlauf- (4) und Auslaufbereich (4) an drei Seiten des Durchflußquerschnittes durchgehend umschließt,
- 2 daß der Arbeitsbereich (3) des Förderkanals (=Lastbereich für die Schieber) konsequent durchgehend mit gleichbleibendem Querschnitt und Radius ausgeführt wird,
- 3 daß Einlauf- und Auslauf-Bereich des Förderkanals soweit möglich langgezogen ausgeführt sind mit jeweils einem ebenfalls langgezogenem mittleren Führungssteg (5) für die negative Radialverstellung der Schieber,
- 4 daß eine Vertiefung (6) in der Gehäusewandung im Einlauf- und Auslaufbereich des Förderkanals direkt am Übergang zum Arbeitsbereich eingebaut ist,
- 5 daß im Trennelement (13) zwischen Einlauf und Auslauf ein Gelenk (7) wahlweise angeordnet ist,
- 6 daß bei starrem Trennelement (ohne Gelenk) eine diagonal verlaufende Dichtung (8) im Trennelement zum Rotor hin eingebaut ist,
- 7 daß die in Schlitzen (9) des Rotors versenkbaren Schieber (10) so kurz gehalten sind, daß sie fast vollständig (Arbeitsstellung !) aus dem Rotorkern herausstehen,
- 8 daß die Schieber (10) in seitlichen Schlitzen (11) des Rotorkanals in der Arbeitsstellung auch seitlich (und damit dreiseitig) unter Last gestützt sind,
- 9 daß in die Schieber durchgehende radial gerichtete Aushöhlungen (12) eingebaut sind welche den Schieberquerschnitt bis auf die statisch erforderliche Größe reduzieren,
- 10 daß die Ausführungsvarianten der Schieber zur Anpassung an unterschiedliche Qualitäts- und Leistungsanforderungen an Hydraulik- Motor/Turbine wie folgt ausgeführt werden können
  - Varianten
  - A2 - Verbreiterung (12) der "Köpfe" der Schieber bzw. der der Gleit- und Kontaktfläche zur Gehäusewandung,
  - B1 - Öffnung der Schieberaushöhlung (16), statt zur Gehäusewandung, in die Richtung des Förderkanals in die Druck- bzw. Arbeitsrichtung,
  - B2 - wie B1 jedoch mit zusätzlicher Kopfverbreiterung (17)
  - B1-B2 - mit Vertiefung (18) im Rotorkern vor den Öffnungen der Schieberaushöhlungen;
- 11 Verfahren zur Förderung einer Durchflußmenge von Hydraulikflüssigkeit genau proportional der Winkelgeschwindigkeit der Rotordrehung (vermindert um die druckabhängigen Spaltverluste) bei jeder Stellung der Schieber auf dem Drehkreis und bei jeder radialen Schieberstellung, bei dem einer Flügelpumpe ähnlichen Arbeitsprinzip.