JP3129737B2

JP3129737B2 - 羽根形機械

Info

Publication number: JP3129737B2
Application number: JP06506841A
Authority: JP
Inventors: ローレンツ・ベルント
Original assignee: ローレンツ・ベルント
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: DK0659237T3; CA2143719C; EP0659237A1; ATE137306T1; CN1103931A; DE9211768U1; KR950703124A; EP0659237B1; JPH08500877A; WO1994005912A1; AU684725B2; CA2143719A1; DE59302390D1; AU4954393A; CN1040786C

Description

【発明の詳細な説明】利用分野本発明は、ステータ内に支承されたロータを備え、ロ
ータが半径方向に延びる案内スリットを備え、この案内
スリット内に半径方向に摺動可能な羽根が滑動配置さ
れ、この羽根が遠心力で付勢されてステータの内壁に押
しつけ可能であり、ロータ回転時に三日月状に広がるか
または狭まる羽根区画室が形成され、液体の流入が管状
の同心的なステータと羽根区画室の充填口を通って内側
から外側へ行われる、液体用羽根形機械に関する。

技術水準羽根形機械は定容量ポンプまたは定容量形モータとし
てあるいは可変容量形ポンプまたは可変容量形モータと
して形成される。しかし、羽根形機械は容量メータとし
て使用することができる。羽根形機械の利点はその搬送
流れが均一であり、回転騒音が小さいことにある。問題
はその都度の液圧による半径方向と軸方向の軸受負荷に
よって生じる。

羽根の作動範囲と同じ長さのロータを備えた羽根形機
械の場合には液圧による半径方向の軸受負荷は、ロータ
と突出する羽根の投影面積と液圧との積、すなわちロー
タに作用する差圧から生じる。半径方向の小さな負荷
は、ステータ上とロータスリット内の羽根摩擦と、ロー
タの自重によって生じる。全体として生じる半径方向の
力と、小さな差圧のときに既に発生する大きな力を受け
止めるために、ロータ軸と軸受が頑丈に形成されるかま
たはコストがかかる流体技術的に不利なマルチストロー
ク型のポンプ構造またはモータ構造によって力を相殺す
ることが試みられる。

液圧による軸方向の軸受負荷はロータの軸方向の液圧
作用面を対称に形成することによって防止することがで
きる。この場合、作用面にかかる液圧は等しくなければ
ならない。製作技術的およびコスト的な理由から有利で
ある、軸方向に移動可能なロータを備えた実施形の場合
には、ロータが片側の範囲でステータに接触している。
この場合、反対側で、液圧が強く作用するので、軸方向
の力のつり合いは達成されない。その対策として、ロー
タを軸方向に移動しないように軸受し、端面側のロータ
隙間が正確に同一に調節された。しかし、これにはコス
トがかかる。例えば本願対象物に関連する空気圧コンプ
レッサまたはモータのために、空気圧緩衝材が、ロータ
の端面に形成された、ドイツ連邦共和国特許出願公開第
2133455号による若干の凹部内に設けられる。この凹部
はロータ羽根の間にあり、圧縮可能な空気が通路を経て
供給される。この通路はケーシングの側方のカバーに円
弧状に形成されている。従って、ロータが軸方向に摺動
するときに、ロータの両側にある空気圧縮緩衝材の間に
圧力差が発生する。この圧力差は押し戻し力を中央位置
の方へ加える。

ドイツ連邦共和国特許第3120350号においても、比較
的にコストのかかる解決策が羽根機械のために提案され
ている。この場合、軸付ロータが軸方向に大きく摺動可
能なブッシュを備えている。このブッシュは背面と端面
に設けた軸方向に摺動可能な軸受ブッシュ内で、圧力付
勢される隙間内の搬送圧力によって付勢され、それによ
って軸付ロータの圧力をつり合わせることができ、軸受
負荷と摩擦損失を最小限に抑えることができる。液圧作
動範囲内の多数の精密部品が大きくてコストがかかり、
高圧範囲と低圧範囲の間の隙間長さを比較的に長く形成
する必要があり、その結果羽根形機械の効率が悪いとい
う欠点がある。更に、駆動および被駆動のために回転ピ
ストン機械から突出する軸が、軸シールにおける差圧
と、スリップリングシールの場合には更にそのばね力に
よって、軸方向の軸受負荷を生じる。反対側で対称構造
によってつり合いが達成される場合にはこの軸受負荷は
発生しない。

更に、回転ピストンポンプが例えばドイツ連邦共和国
特許出願公告第1236641号公報によって知られている。
この回転ピストンポンプでは、一様な横断面のステータ
中空室内に、ほぼ半径方向の多数のスリットを有する回
転する円筒状のロータが支承させ、このスリット内で羽
根が滑動する。この場合、ステータ中空室の横断面輪郭
を軸状に形成することにより、ステータとロータの間に
多数の羽根区画室が形成される。この羽根区画室には、
搬送媒体または作動媒体が接線方向に開口する通路を経
て供給および排出される。この通路のうち、吸込み側ま
たは低圧側の通路は羽根の一方の側にある、中央のロー
タ中空室に通じる穴であり、羽根の他方の側にある高圧
側の通路はそれぞれ、各々の羽根に付設された、ロータ
の貫通する軸方向通路に接続されている。縦方向通路は
ステータ側壁に形成された環状溝に連通している。この
環状溝はポンプまたはモータの高圧側の接続口に接続し
ている。

搬送媒体を直接供給および排出するために羽根区画室
に開口する通路をロータに設けることが知られている。
この通路は動かないケーシング部分の通路に接続してい
る。例えばロータ外周面とステータ中空室の外周壁との
間に一つまたは複数の作動室が設けられていると、この
ようなロータ通路の使用は有利である。なぜなら多数の
入口や出口をステータ壁に設ける場合、作動室の大きな
部品が、押しのけ区画室を吸込み側と吐出側から閉鎖す
る範囲として作用しないからである。利用可能な作動室
を小さくし、大きな摩擦損失を生じる非常に多数の吐出
操作が行われると、作動室の大きな部品が押しのけ区画
室を閉鎖する範囲として作用する。

ロータ内の供給通路および排出通路を充分な幅に形成
できるようにするため、他方では通路によるロータの大
きな弱体化を避けるために、そして圧力に反対の作用を
与える送出通路からの軸方向スラストを避けるために、
ドイツ連邦共和国特許出願公開第1236941号公報では更
に、圧力側の通路として、各々の羽根の圧力側に、羽根
滑動方向に延びる多数の溝を設けることが提案されてい
る。この溝は所属のロータスリットの壁に形成されてい
る。更に、ロータの両側において、ロータ端壁寄りのス
テータの側壁に、各々一つの環状溝が設けられている。
この環状溝内には、ロータの圧力側の縦方向通路が開口
している。この場合、環状溝はポンプまたはモータの圧
力接続部に接続されている。ロータの低圧側の穴が通じ
るロータ中空室は、ロータに連結された軸の中央の縦方
向穴の一部である。しかし、この回転ピストン機械は多
数の半径方向穴および羽根スリットの外側の穴と多数の
出口に基づいて、構造的コストがかかる。

米国特許第3,361,076号明細書に、ステータに支承さ
れ、作動範囲にスリットを有するロータを備えた羽根形
モータが記載されている。このロータは羽根のための収
容部、端部材および流通ブッシュを互いにボルト止めし
て構成されている。羽根のための収容部は端フランジを
備えている。この端フランジは端部材と同様に、スリッ
ト付ロータの外周とステータ要素の内周から半径方向に
突出し、それによって液圧作動範囲を側方から画成して
いる。羽根のための収容部は軸方向外側が軸として形成
され、ステータ内でころがり軸受で軸受され、シールさ
れ、そして駆動要素を収容するために羽根形モータから
外へ案内されている。その際、端部材はころがり軸受を
収容するための短い軸突起を備えている。その際、羽根
区画室の充填は内側から外側へ行われる。この場合、可
動の吸込みリングを軸方向に形状補完的にセンタリング
するために、スリット付範囲を越えて両側へ大きな外径
で延長したロータが設けられている。両延長部は、半径
方向と軸方向の液圧の力を受け止めるために、円錐ころ
軸受を介してケーシングに軸受されている。この場合、
回転密封された軸としての延長部は、駆動連結のために
機械から外へ案内されている。圧力調節可能な溢流弁が
運転圧力の漏れによって発生する隙間内の隙間圧力を制
限する。この隙間圧力は同じ圧力のときにこの隙間範囲
を越えてシール直径まで軸方向の圧力のつり合いを生じ
る。シール内周の下側の圧力がつり合わない面の上方に
おける軸方向の液圧力は、支承部によって受け止められ
る。この羽根形モータの場合には羽根はばねで付勢され
ている。それによって、ばね押圧力が弱まると、運転状
態で羽根がステータ内壁に沿って案内されなくなるの
で、非常に故障しやすい。更に、羽根がばねに抗してロ
ータのその収容スリット内に入り込むことができるよう
に、ステータと相対的なロータが回転しなければならな
い。そのため、三つの部材からなるロータは軸を持たな
いように形成されていないし、また管状に形成されてい
ない。ロータは内周から外周へ貫通する羽根スリットを
備えていない。なぜなら、内周が流通ブッシュによって
形成されるからである。ステータの圧力付勢室は、ロー
タ延長部の範囲では、運転圧力によってロータ部分だけ
に作用する半径方向の力を相殺するために寄与しない。
隙間内に存在する同じ圧力は、弁によって調節されて制
限され、シール直径から外へ出た作用面のために、この
圧力による軸方向の力を回避する。しかし、作用面はシ
ール直径の下方では軸方向において圧力で相殺不可能で
ある。

米国特許第3,153,384号明細書には羽根形機械が記載
されている。この羽根形機械の場合、共通の軸上に、ス
ペーサディスクによって分離された２個のロータ、２個
の支持ロータ、２個のスペーサブッシュおよび２個のつ
り合いディスクが軸方向に固定されて設けられている。
支持ロータはケーシング内で軸受ブッシュに滑動支承さ
れている。この軸受ブッシュ内には、半径方向の液圧の
力を相殺するために、運転圧力によって付勢された適当
な凹部が形成されている。運転圧力は外側の導管を通っ
て圧力側から軸受ブッシュの凹部へ案内されている。こ
の羽根ポンプの場合には、運転圧力によって付勢されロ
ータの方へ向いた作用面がステータ内に設けられてい
る。滑動支承されたロータを有する羽根形機械の場合に
半径方向の液圧の力を相殺するために、付加される滑り
軸受範囲に、運転圧力によって付勢される作用面を設け
ることが知られている。この羽根ポンプの場合には、運
転圧力によって負荷される、比較的に短い隙間長さを有
する付加的な隙間流入通路が形成され、容量損失が増大
するため効率が悪くなるという欠点がある。更に、動圧
の圧力支持面の形成が妨げられる。なぜなら、そのため
に軸受範囲に必要な狭い隙間が、この個所に設けられた
運転圧力で付勢される作用面によって無くなるからであ
る。

フランス国特許出願公開第1395435号により、軸で支
承されたロータがステータ内で回転する羽根形機械が知
られている。この場合、ステータの内周面は三つの部分
円状の凹部を備えている。この凹部の壁面は、各々二つ
の壁面の連結範囲がロータの外周範囲に設けられるよう
案内されている。ロータは半径方向に延びる、４個の羽
根のための案内スリットを備えている。この場合、それ
ぞれ対向する二つの案内スリットが仮想の半径方向線に
対して互いにずれるよう、案内ステータが配置され、そ
の結果、個々の部分円状の凹部内に、都度羽根が一つだ
けしか存在しない。その際、ロータ軸の搬送液潤滑式滑
り支承部は設けられていない。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第2022841号公報に
は、搬送を行う円形の回転羽根を備え、弁を持たない回
転ピストンポンプが記載されている。このポンプはケー
シングと、回転ピストンとして形成され駆動中空軸に支
承されたた二つ以上の羽根と、固定されたプロフィル軸
とからなっている。このプロフィル軸は個々の作動相に
おいて羽根の市を決定する。この場合、駆動中空軸はポ
ンプケーシング内に次のように偏心させて支承されてい
る。すなわち、作動範囲において中空軸とケーシングと
の間に充分な搬送横断面が形成され、分離範囲において
中空軸がケーシングに密封接触し、吐出側と吸引側の分
離を行うように支承されている。媒体の吸込みと搬送を
行う羽根は、作動範囲において、中空軸からケーシング
壁に達するように突出している。この場合、駆動軸は中
空軸として形成され、この中空軸に羽根が半径方向に摺
動可能に支承され、中空軸の内部に固定支承されたプロ
フィル軸に支持されている。この場合、中空軸はポンプ
ケーシングに支承されている。従って、軸を持たない支
承部は設けられていない。

技術水準によって知られている、羽根区画室を備え
た、搬送ポンプとしての液体用回転ピストン機械の場合
には、高い蒸気圧を有し、回転数と共に迅速に増大する
有効吸込みヘッドによる正の流入ヘッドを有する液体に
とって、例えば1450回／分以上の経済的な駆動回転数に
よる運転はもはや不可能である。

羽根ポンプの容積効率と乾燥吸入能力（空のポンプの
場合）は、隙間損失によって決まる。この隙間のオーダ
ーは、搬送製品と製作精度と圧力差が同じであると仮定
すると、隙間の長さに依存する。従って、比較し得る搬
送流れの場合、大きな周期的吐出量と長い隙間長さを有
するゆっくり回転するポンプは、小さな周期的吐出量と
短い隙間長さを有する迅速に回転するポンプよりも、容
積効率が悪く、かつ乾燥吸入能力が小さい。この技術的
な関係は、有効吸込みヘッドによる必要な回転数制限の
ため、容積効率と乾燥吸入能力の構造的な改善可能性を
制限する。

更に、液体用回転ピストン機械は、ロータと突出する
羽根によって形成された、大きな差圧で付勢される大き
な投影面積のために、採寸された軸と支承部を必要とす
る。回転ピストン機械がダブルストローク型羽根ポンプ
または羽根モータとして形成されている場合には、採寸
された軸と支承部を必要としないが、このポンプまたは
モータは液体のためのそれぞれ二つの入口と出口を備
え、製作技術的にコストのかかる手段を備え、ポンプの
場合には、有効吸入ヘッドを高めて悪化させることにな
る。

課題、解決策、効果そこで、本発明の課題は、半径方向と軸方向の力のつ
り合いが完全にまたは充分に達成され、長い寿命の観点
から摩耗が最小限に抑えられ、高い高率が達成されるよ
うに、公知の羽根形機械を改良することである。羽根形
機械が容積メーターであるときには、測定精度を改善す
べきである。本発明の他の課題は、有効吸入ヘッドを低
下させることによって、ポンプとしての用途を広げ、ポ
ンプまたはモータとして使用される機械の場合に効率を
改善することである。更に、本発明の課題は、大きな構
造的コストをかけずに、構造的手段によって、軸方向と
半径方向の液圧負荷の少なくとも一部または全部を改善
することである。

この課題は、請求の範囲第１項記載の羽根形機械によ
って解決される。

これに従って、羽根形機械は、ロータが軸を備えてい
ないで管状に形成され、両側が羽根の作動範囲を越えて
延長し、この延長部が外側ステータに支承され、ロータ
が内周から外周まで貫通する羽根スリットを備え、この
場合、半径方向に発生する力を少なくとも部分的に相殺
または回避するために、ステータの周壁がロータ延長部
の範囲においてその表面に、圧力によって付勢およびま
たは付勢解除される、ロータの方へ向いた液圧作用面を
備えていることを特徴とする。しかしながら、軸を持た
ず、作動範囲から両側へ延長しているロータの場合に
は、そこにある、ロータと外側ステータの間の支承隙間
に、圧力が作用する。これは他の支承負荷を生じること
になる。これに対して、圧力から負荷解除された、ステ
ータ周壁内の凹部（作用面）によって、この半径方向の
負荷部分は大幅に減る。

他の実施形によれば、羽根形機械において、中空の同
心的なステータを通って液体が流入し、広がる羽根区画
室を充填するための通路が、羽根およびまたは羽根スリ
ット内の半径方向の凹部によって形成され、半径方向の
力を少なくとも部分的に相殺するために、同心的なステ
ータが表面に、圧力によって付勢される、ロータの方へ
向いた作用面を備えている。この場合、液圧付勢可能な
凹部は、圧力によって付勢される小さな穴によって置き
換え可能である。この穴はロータと外側ステータの間の
支承隙間内でロータと反対方向に向いた大きな圧力作用
面を生じる。この手段は簡単に製作され、隙間損失が比
較的に小さく、それによって容積効率を改善する。この
羽根形機械は簡単に構成されるので有利である。この場
合、比較的にコストのかかる付加的な軸支承と、この軸
支承時に発生する摩擦力が、軸方向と半径方向の液圧の
力のように、最初から最小限に抑えられる。

その際、半径方向の通路は、羽根区画室を充填するた
めに、羽根およびまたは羽根スリット内の半径方向凹部
によって形成され、この半径方向の凹部が外周から、羽
根の作動範囲を越えて両側へ突出する軸なしロータの内
周としてロータ縦方向穴まで貫通して延び、液体が中空
のロータ軸に軸方向から流入し、広がる羽根区画室への
充填が、ロータ軸の窓開口を通って半径方向に、そして
ロータスリットおよびまたは羽根の穴を通って行われ
る。

作動範囲を越えて突出するロータ部分または両側のロ
ータ部分は、ステータと相対的に回転可能であり、シー
ルされて嵌め込まれている。ポンプの場合、有効吸入ヘ
ッドに関連して重大な利点が生じる。というのは、ロー
タスリットへの液体の導入損失だけが有効吸収ヘッドに
関係し、羽根区画室の充填までの他の圧力損失、ひいて
は遠心力に関連する液体の速度上昇が、駆動装置によっ
てエネルギーを加えて発生するからである。更に、ロー
タスリットを経て内側から半径方向に羽根区画室に液体
を充填すると、ロータスリット内の羽根のストローク容
積がポンプまたはモータの周期的な作動容積に算入さ
れ、その際、技術水準で知られているごとく、外側から
接線方向または軸方向に行われる羽根区画室の充填の場
合のように、遠心力に抗してこのストローク容積を特別
に充填する必要がないという利点がある。同時に液体入
口としておよびロータ用軸承部としての働きをするロー
タ軸は、ポンプやモータの場合、ロータ軸に対して液圧
的に支持することによって、特に半径方向の液圧のつり
合いを低コストで可能にするので有利である。

本発明の他の実施形は従属請求項に記載してある。

例えば凹部が特に液体の圧力によって付勢されるの
で、他の圧力源または制御は不要である。

第１の実施例では、ステータ周壁の凹部が羽根の作動
範囲の外側においてロータ周壁に対向して、すなわち羽
根の作動範囲を通る垂直平面に関して対称に配置されて
いる。他の実施形では、凹部はステータ軸の外周面に設
けられている。このステータ軸はロータ管の同心的な穴
に挿入され、このロータ管に密封接触している。この実
施形は、凹部を羽根の作動範囲と同じ高さ位置に設ける
ことができ、それによって場合によっては構造高さが低
くなるという利点がある。更に、前記実施形の組み合わ
せが可能である。

本発明の他の実施形では、羽根の作動範囲を越えて突
出るロータ部分が、羽根の作動範囲内のその直径と比較
して、同じ外径または外径を有する。羽根の作動範囲の
外側の直径を縮小することにより、羽根形機械の回転運
転中、ロータが軸方向でセンタリングされるという利点
がある。

羽根形機械の停止時には、羽根はロータスリット内に
沈んでいる。それによってロータ全体が同じ直径を有す
るのでロータが軸方向に摺動可能である。ロータが縮小
した直径を有し、ロータが軸方向に自由に移動可能であ
る場合には、直径差が作動室に対してロータをセンタリ
ングするために役立つ。この場合、反対側で接触するこ
とによって片側で液圧が強く作用するという前記欠点が
生じない。なぜなら、作用面が小さな直径差によって小
さくなっているからである。作動室に体するこのロータ
のセンタリングによって、ロータの端面と両側のステー
タの間に、同じ圧力のときの静圧的な力のつり合いのた
めの隙間が形成される。

ロータが同じ直径で両側で延長している場合には、作
動室に対するロータの必要なセンタリングが羽根によっ
て行われる。羽根の下方の案内スリット内の空間は、例
えば羽根およびまたはロータの半径方向の凹部によっ
て、回転方向手前の羽根区画室に連通している。運転集
遠心力によって半径方向外側へ動かされる羽根は、羽根
形機械の停止状態ではロータ内に沈み、自由に動くロー
タが端面側のステータの方へ軸方向に一方の側に摺動可
能であり、羽根形機械の始動的にステータが羽根の飛び
出しを阻止するかまたは傾斜させるので、圧力差で負荷
されない羽根の範囲に、作動室を側方から画成するステ
ータ部分が回転軸線の方へ作動室を拡大するようややテ
ーパが付けられている。このテーパは両側で、ステータ
内でのロータの軸方向の移動距離よりも幾分広く形成さ
れているので、羽根形機械の回転開始と共に、遠心力に
よって外へ出る羽根が直ちに作動室に対するロータのセ
ンタリングを行い、軸方向に力が作用しないのでこのセ
ンタリングが羽根との付加的な摩擦を生じないで保たれ
る。

本発明による羽根形機械の特別な実施例では、ロータ
が管状に形成され、かつ縦方向穴を備え、この縦方向穴
内に、偶数の羽根スリットが開口し、それぞれ直径方向
に対向する羽根が互いに固定連結されているかあるいは
一体に形成されている。

しかしその代わりに、ロータが管状に形成され、この
管の穴にステータ軸が挿入され、このステータ軸の内側
が中空であり、ステータ軸が摺動可能な羽根のための、
ロータを半径方向に貫通するスリットの範囲に窓開口を
備え、羽根およびまたはロータスリットが半径方向の凹
部を備えていてもよい。この実施形は半径方向の液圧の
力をロータ上で部分的につり合わせる。

ロータは好ましくはその一方の端面のところで、駆動
装置連結部または被駆動装置連結部としての軸方向に固
定された軸に連結されている。この場合、軸はステータ
ケーシン内に収容される。

特に、羽根区画室の充填範囲において、ステータ穴が
羽根の半径方向の最大振れの範囲にわたって、半径方向
外側へ部分円状に形成され、それによって形成される凹
部を介して、二つ以上の羽根区画室が連通している。こ
の羽根は羽根区画室の充填を容易にする。

更に、拡がる羽根区画室と狭まる羽根区画室の間のス
テータ周壁移行範囲または二つの羽根区画室の間の範囲
における羽根の案内部が、ロータ回転軸線と同軸に設け
られ、それによって羽根が回転時に差圧で負荷されるこ
の移行範囲において半径方向に移動しない。

他の実施形によれば、内側ロータ外周壁が半径方向の
液圧支承部負荷を少なくとも部分的に相殺するための、
ポンプ搬送圧力またはモータ入口圧力によって液圧的に
付勢可能な凹部を備えている。構造的に簡単に得られる
この手段によって、頑丈に形成された支承部を省略する
ことができる。

羽根の作動範囲から突出するロータ部分は特に、羽根
の作動範囲のロータ直径と比較して小さな外径を有す
る。これにより、運転中ロータは軸方向においてセンタ
リングされる。

羽根はロータ停止時にロータスリット内に沈む。これ
により、ロータは、外径を縮小しないで、軸方向に摺動
可能である。ロータの再始動時に、羽根がその作動範囲
の外側でステータ内周面によって誤って傾斜しないよう
にするために、羽根の作動範囲を側方から画成するステ
ータ周壁が圧力によって付勢されない羽根の範囲におい
てテーパ状に形成されているので、羽根は始動時に軸方
向のセンタリング位置へ強制的に案内される。

他の実施形によれば、ロータが入口と反対側の端面
で、駆動装置または被駆動装置としての軸に直接連結さ
れているかあるいは継手を介して連結されている。この
場合、軸はシールされてステータケーシング内で案内さ
れている。

図面の簡単な説明次に、図を参照して、本発明の実施例を詳しく説明す
る。

図１は羽根形機械の垂直断面図、図２は図１のII−II線に沿った垂直断面図、図３は、羽根の作動範囲とそれに隣接するステータ周
壁との間に円錐形に形成された移動範囲を有する羽根形
機械の部分縦断面図、図４は、管状のロータを備え、直径方向に対向する羽
根が互いに連結されている羽根形機械の断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿った垂直断面図、図６はステータ軸を嵌め込む中央の穴を有するロータ
を備えた羽根形機械の断面図、図７は図６のVII−VII線に沿った垂直断面図、図８はステータの中央に入口接続部が形成されている
実施例の垂直断面図、図９は図８のIX−IX線に沿った垂直断面図、図10は羽根形機械の他の実施例の縦断面図、図11は図10の断面に対して垂直な羽根の作動範囲の高
さ位置の横断面図、図12は羽根形機械の垂直断面図、図13は図12のXIII−XIII線に沿った垂直断面図であ
る。

本発明の詳細な説明および本発明を実施するためな最良
の方法好ましくは単ストローク型羽根形機械として形成され
た羽根形機械は、図1,2に示した実施例ではポンプとし
て形成されている。このポンプは軸無しロータ１を備え
ている。ロータは軸方向において、羽根の作動範囲15と
同じ外周を有する外径２を備えていてもよいし、これよ
りも縮小した外周３を有する外径を備えていてもよい。
羽根の作動範囲の外側において、ロータ１はステータ４
内に密封支持されるように嵌め込まれている。この嵌込
み範囲にステータは凹部５を備えている。この凹部はそ
の位置と大きさが次のように形成されている。すなわ
ち、その中で作用する液体の圧力が、摩擦力や重力を考
慮に入れても、部分的または完全な液圧力をつり合いを
もたらすように形成されている。図２に示す実施例の場
合には、凹部５が軸方向に見て、羽根の作動範囲15の前
または後ろにかつ羽根の作動範囲に関して対称に配置さ
れている。

図２の上側半部に示すようにロータ１が直径差を有す
る場合、垂直方向段差面、すなわち直径差６を有する端
面は同時に、ロータの軸方向のセンタリングのために役
立つ。それによって、回転運転中、ロータ端部と、それ
ぞれ対向するステータ端面との間に、同じ大きさの隙間
７が生じる。縮小した直径を有するロータの場合には、
直径差６を有する端面は作動室に対してロータを位置決
めするために役立つ。この場合、両側で接触することに
よって、液圧が片側で強く作用するという前述の欠点を
受け入れることができる。なぜなら、作用面としての端
面６が小さな直径差によって小さく抑えられるからであ
る。作動室に対してロータをこのように位置決めするこ
とにより、ロータ１の端面と両側のステータ４の間に、
同じ圧力の場合静圧の力をつり合わせるための隙間７が
確実に形成される。

ロータ１はそれぞれ半径方向に延びるスリット８を備
えている。このスリット内で羽根９が滑動案内されてい
る。羽根９の下方の案内スリット８内の空間はそれぞ
れ、回転方向において手前側に位置する羽根区画室に連
通している。本実施例では、羽根内の半径方向凹部10お
よびまたはロータ内の凹部11によって連通している。作
動中は遠心力によって外方へ移動する羽根が、羽根ポン
プの停止状態では、図３に示すようにロータ内に沈むこ
とができ、直径が縮小していない自由に移動可能なロー
タ１がステータ４の端面に向かって軸方向に片側に摺動
可能である。それによって、羽根形機械の始動時に、羽
根９が外へ出ることが阻止される。これは当該のステー
タ内壁での羽根の傾斜を生じ得るので、差圧によって付
勢されない羽根９の範囲内において、作動室15を側方か
ら画成するステータ内周壁部分12は、回転軸線の方へ作
動室を広げるようテーパがつけられているかまたはやや
傾斜させて形成されている。このテーパ付または傾斜し
たステータ内周壁部分12はその両側で、ステータ内での
ロータ１の軸方向移動距離よりも少しだけ広い範囲にわ
たって形成されている。従って、羽根形機械の回転開始
により、遠心力で外へ出る羽根は直ちに作動室15に対し
てロータ１をセンタリングし、軸方向の力を作用させず
にかつ羽根９に付加的な摩擦を生じないでこのセンタリ
ング位置を維持する。

羽根形機械の駆動装置および被駆動装置の連結は、ス
テータケーシング４内に達しそこでシールされた軸13を
介して行われる。この軸は軸方向に反作用を生じないよ
うに、継手14を介してロータに連結されている。

図6,7に示した他の実施例の場合には、羽根９によっ
て決まる作動範囲を越えて両側へ延長した − 延長部
１′,1″を有する − ロータ１が管状に形成されてい
る。この場合、管の穴にステータ軸16が同心的に挿入さ
れ、ステータ軸16がその他のステータ部分に固定連結さ
れている。このように形成することにより、管スリット
の範囲の液圧がロータに作用しない。液圧の力と、重量
と摩擦によって生じる半径方向の力は、液圧によって付
勢される、同心的なステータ軸16の表面の凹部17または
18によって、凹部の位置と大きさに依存して部分的にま
たは完全に相殺される。ポンプの場合、凹部17は羽根区
画室が小さくなる範囲に設けられ、モータや容積メータ
の場合には、凹部18は羽根区画室が大きくなる範囲に設
けられている。

前述の実施例の場合には、広がる羽根区画室の充填が
外部からほぼ接線方向に行われるが、図8,9に示した実
施例では、入口が作動室幅20の端部まで中空に形成され
たステータ軸16に設けられている。このステータは広が
る羽根９の作動範囲15に、窓21を備えている。この場
合、羽根９およびまたはロータ１には半径方向の凹部1
0,11が設けられている。遠心力によって補助されて、こ
の凹部から広がる羽根区画室へ充填が行われる。凹部1
0,11は回転方向に見て、羽根の背面に、およびまたは羽
根のすぐ後ろでロータに設けられている。

図10,11に示した羽根形機械は、管状の同心的なステ
ータ100としての中空軸110に支承されたロータ111を備
えている。このロータは回転可能に配置され、かつステ
ータ112内で中心軸を取り囲んでいる。ステータ112は図
10から判るように、二つの部分からなり、特に中空軸11
0と一体化された構成要素113を備えている。ロータ111
は羽根124の作動範囲（図10）の外側に、それぞれ作動
範囲から側方へ縮小した直径を有し、その外周面はステ
ータ内周面に密封接触している。ロータの端面114,115
とステータの対向する端面との間にはそれぞれ隙間116
または117が形成されている。この隙間は圧力によって
付勢される。隙間116と117の間で圧力をつり合わせるた
めに、軸方向の穴118と半径方向の穴118′が設けられて
いる。ロータは駆動側または被駆動側において、軸119
に直接連結されているかまたは図示していない継手を介
して連結されている。この軸119はステータケーシング
または駆動機械または被駆動機械に回転可能に密封支承
されている。中空軸110は矢印120の方向からアクセス可
能な端面側の入口を備えている。この入口は中空軸の窓
開口121とロータの対応する凹部を経て、ロータの半径
方向に延びる溝状の凹部112と羽根の凹部123に連通して
いる。羽根124はロータ111の半径方向スリット125内に
ある。管状の同心的なステータ100はその回転面に凹部1
26を備えている。この凹部126はポンプの搬送圧力また
はモータの入口圧力によって液圧的に付勢され、半径方
向の液圧支承負荷が部分的または完全に相殺されるよう
に配置されている。

ロータ111とステータ112の間にある、三日月状羽根区
画室127を備えた空間はそれぞれ、羽根124によって分割
されている。羽根はその端部が孤128によって示した範
囲に沿って回転する。更に、ステータ内周面は付加的な
凹部129を備えている。この凹部は最大半径方向振れ
（孤128）から三日月状に突出している。

広がる羽根区画室と狭くなる羽根区画室127の間に
は、移行範囲130が設けられている。この移行範囲にお
いて、羽根は、矢印131の方へ回転するときに、半径方
向に移動しない。

図10,11の羽根形機械は次のように作動する。

矢印120の方向から流入する液体は窓開口121と溝状の
半径方向凹部122,123を経て半径方向外方へ向かって羽
根区画室127内へ案内され、ほぼ接線方向に矢印32の方
へ排出される。それによって、ポンプの場合には、中空
軸からの液体流入と、広がる羽根区画室への内側から外
側への充填が、駆動装置からのエネルギー供給によって
行われ、高い回転数の場合にも低い有効吸込みヘッドと
なる。同時に、簡単な構造的手段によって、液圧のつり
合いが達成可能である。

図12,13には、ポンプの例に基づいて、ロータに作用
する半径方向の液圧の力のつり合い装置の、機能的で製
作技術的にきわめて有利な実施形が示してある。

管状のロータ201は両軸受202,203に滑動支承されてい
る。単ストローク型吸込みリング204は作動室205を形成
し、軸受202,203に固定連結されている。この三つの部
材202,203,204からなる外側円筒状のステータは、液体
を案内または流通する隙間206を有するポンプケーシン
グ207に挿入され、両端でＯ−リング208によってポンプ
ケーシングに対してシールされている。吸込みリング内
にある圧力出口209が、ケーシング207の対応する出力管
218に移行するときに、その都度のポンプの圧力が隙間2
06に達する。

ほぼ図12の切断線の方向にロータに作用する半径方向
の液圧の力に対向して、一つまたは複数の穴210が軸受2
02,203に設けられている。この穴は軸受範囲内で反対向
きの圧力をロータに作用させることができ、圧力を部分
的または完全につり合わせる。

内側ロータ213は無接触でかつ狭い隙間を生じるよ
う、ロータ201の内部に嵌め込まれている。駆動側まで
連続する内側ロータ213の入口214と、広がる羽根区画室
の範囲の窓開口215を経て、羽根区画室の充填が行われ
る。貫通する穴214と穴216を経て、入口圧力がロータの
両端面に作用する。

液圧による半径方向の圧力を、作動範囲、すなわち吸
込みリング204の軸方向長さに制限するために、軸受
は、液圧による半径方向の圧縮力の作用範囲に、凹部21
1を備えている。この凹部は隙間217と穴214,218を経て
低圧側に連通しているので、凹部211の範囲に、シール
や支承にとって充分である短い軸受212が形成される。

ロータ内のスリット217を通って、液圧の運転圧力が
ロータを付勢しないで管状の同心的なステータに直接作
用し、更にロータステータを経てロータと管状の同心的
なステータの間の隙間が圧力で付勢される。この圧力は
更に部分的な圧力つり合いのために寄与する。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０１Ｆ 3/10 Ｇ０１Ｆ 3/10 Ｃ (56)参考文献特開昭60−95197（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−73179（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−96196（ＪＰ，Ａ) 特開平１−155091（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−70982（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−187783（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−87990（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−99688（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−25486（ＪＰ，Ｕ) 特公昭57−38792（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭61−47316（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 2/30 - 2/352 F03C 2/30 G01F 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータ（４）内に支承されたロータ
（１）を備え、このロータが半径方向に延びる案内スリ
ット（８）を備え、この案内スリット内に半径方向に摺
動可能な羽根（９）が滑動配置され、この羽根が遠心力
で付勢されてステータ（４）の内壁に押しつけ可能であ
り、ロータ回転時に三日月状に広がるかまたは狭まる羽
根区画室が形成され、液体の流入が内側から外側へ管状
の同心的なステータ（16,100）と羽根区画室を通って行
われる、液体用羽根形機械において、ａ）羽根（９）の作動範囲（15）内で内周から外周へ貫
通する半径方向の案内スリット（８）を備えた、軸を持
たず管状に形成されたロータ（１）が、羽根（９）の作
動範囲（15）を越えて両側へ延長し、この延長部が羽根
の作動範囲（15）のロータ直径と比べて縮小した外径を
有し、延長部の表面と外側の同心的なステータ（４）の
間に小さな隙間が形成され、ｂ）両側のロータ延長部（１′,1″）がステータ（４）
内で滑動支承され、ｃ）ロータ（１）がその内周で、ロータ全長にわたって
同心的なステータ（16,100）上に滑動支承され、ｄ）ステータ（４）の周壁がロータ（１）の側方の延長
部（１′,1″）の範囲においてその表面に、圧力負荷解
除された、ロータ（１）の方に向く液圧作用面を備えて
いることを特徴とする羽根形機械。
【請求項２】入口圧力によって支承部を負荷されるロー
タの両延長部（１′,1″）の範囲内において、ロータ
（１）とステータ（４）の間の支承隙間に入口圧力を伝
達する穴（216）が、ロータの両延長部（１′,1″）の
範囲において、同心的なステータ（213）内に設けられ
ていることを特徴とする請求の範囲第１項の羽根形機
械。
【請求項３】ステータ（112）と、その中に支承された
スリット付ロータ（111）とを備え、このロータ内に半
径方向に摺動可能な羽根（124）が設けられ、ロータが
このロータ縦方向穴を備え、このロータ縦方向穴から溝
状の半径方向の凹部（122,123）が羽根区画室（127）へ
延び、ステータが管状の同心的なステータ（100）備
え、羽根区画室を充填するための溝状の半径方向の凹部
（122,123）が、羽根（124）およびまたは羽根スリット
（125）内に形成され、この半径方向の凹部が外周か
ら、羽根（124）の作動範囲を越えて両側に突出する軸
なしロータ（111）の内周としてのロータ縦方向穴まで
貫通して延び、液体が中空のロータ軸（110）に軸方向
から流入し、広がる羽根区画室（127）への充填が、ロ
ータ軸の窓開口（121）を通って半径方向に行われ、そ
してロータ（111）およびまたは羽根（124）の凹部（12
2）を通って行われることを特徴とする請求の範囲第１
項または第２項の羽根形機械。
【請求項４】ロータ（１）が羽根の作動範囲の外側にお
いて密封支承されてステータ（４）内に嵌め込まれ、こ
の嵌め込み範囲にステータ（４）が凹部（5,17,18）を
備え、この凹部が羽根の作動範囲（15）の外側において
ロータ外周壁に対向しておよびまたはステータ軸（16）
の外周壁に設けられ、ステータ軸が管状のロータの中央
の穴に挿入され、管状のロータに密封接触していること
を特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれか一つの羽
根形機械。
【請求項５】ロータ（１）が羽根の作動範囲の外側にお
いて密封支承されてステータ（４）内に嵌め込まれ、こ
の嵌め込み範囲においてステータ（４）が凹部（5,17,1
8）を備え、この凹部に液体の圧力が加えられることを
特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれか一つの羽根
形機械。
【請求項６】羽根の作動範囲（15）を越えて突出するロ
ータ部分が、羽根の作動範囲（15）内のその直径と比較
して、同じ外径または小さな外径（2,3）を有すること
を特徴とする請求の範囲第１〜５項のいずれか一つの羽
根形機械。
【請求項７】羽根の作動範囲（15）の側方を画成するス
テータ周壁（12）が、圧力によって付勢されない羽根の
範囲において、回転軸線の方へ作動室を広げるようテー
パ状に形成されているかまたは斜面を有し、この場合斜
面が両側で、ロータ（１）の軸方向の移動に相当する距
離よりも長く延びていることを特徴とする請求の範囲第
１〜６項のいずれか一つの羽根形機械。
【請求項８】ロータ（１）が管状に形成され、かつ長手
方向穴を備え、この長手方向穴内に、偶数の羽根スリッ
ト（８）が開口し、それぞれ直径方向に対向する羽根
（９）が互いに固定連結されているかあるいは一体に形
成されていることを特徴とする請求の範囲第１〜７項の
いずれか一つの羽根形機械。
【請求項９】ロータ（１）が管状に形成され、この管の
穴にステータ軸（16）が挿入され、このステータ軸の内
側が中空であり、ステータ軸が半径方向に摺動可能な羽
根（９）のためのスリット（８）の範囲に窓開口（21）
を備え、羽根（９）およびまたはスリット（８）が半径
方向の凹部（10,11）を備えていることを特徴とする請
求の範囲第１〜８項のいずれか一つの羽根形機械。
【請求項１０】軸なしロータ（１）が羽根（９）の作動
範囲を越えて両側へ延長し、この延長部が同じ直径また
は縮小した直径を有し、この延焼部（１′,1″）が隙間
をシールするように範囲のステータ（４）内に容易に回
転可能に嵌め込まれ、ステータ（４）が両側においてロ
ータ延長部（１′,1″）の範囲に、圧力によって付勢さ
れる凹部を備え、この凹部の位置と大きさが、は半径方
向の液圧の力と重力を部分的にまたは完全に相殺するよ
うに、定められていることを特徴とする請求の範囲第１
〜９項のいずれか一つの羽根形機械。
【請求項１１】ロータ（１）がその一方の端面のところ
で、駆動装置連結部または被駆動装置連結部としての軸
方向に固定された軸（13）に連結されていることを特徴
とする請求の範囲第１〜10項のいずれか一つの羽根形機
械。
【請求項１２】羽根区画室（127）に液体を充填する範
囲において、ステータ穴が羽根（124）の半径方向の最
大振れ（128）の範囲を越えて、半径方向外側へ部分円
状に形成され、それによって形成される凹部（129）を
介して二つ以上の羽根区画室（127）が連通しているこ
とを特徴とする請求の範囲第１〜11項のいずれか一つの
羽根形機械。
【請求項１３】拡がる羽根区画室と狭まる羽根区画室
（127）の間のステータ周壁移行範囲（130）または二つ
の羽根区画室（127）の間の範囲における羽根（124）の
案内部が、ロータ回転軸線と同軸に設けられ、それによ
って羽根（124）が回転時にこの移行範囲（130）におい
て半径方向に移動しないことを特徴とする請求の範囲第
１〜12項いずれか一つの羽根形機械。
【請求項１４】管状の同心的なステータ（100）が半径
方向およびまたは軸方向の液圧支承負荷の少なくとも一
部を相殺するための凹部（126）を備えていることを特
徴とする請求の範囲第１〜13項のいずれか一つの羽根形
機械。
【請求項１５】羽根の作動範囲の側方を画成するステー
タ周壁が、圧力によって付勢されない羽根の範囲におい
てテーパー状に形成されていることを特徴とする請求の
範囲第１〜14項のいずれか一つの羽根形機械。
【請求項１６】端面側の隙間（116,117）が液圧接続部
（118,118′）を介して圧力をつり合わせられているこ
とを特徴とする請求の範囲第１〜15項のいずれか一つの
羽根形機械。
【請求項１７】ロータ（111）が入口と反対側の端面
で、駆動装置または被駆動装置としての軸（119）に直
接連結されているかあるいは継手を介して連結されてい
ることを特徴とする請求の範囲第１〜16項のいずれか一
つの羽根形機械。
【請求項１８】送出口（209）を有する吸込みリング（2
04）が両側で軸受（202,203）に固定連結されて、円筒
状ユニットとしてケーシング（207）に挿入され、そし
て両端部がケーシングに対してシールされていることを
特徴とする請求の範囲第１〜17項のいずれか一つの羽根
形機械。
【請求項１９】吸込みリング（204）と軸受（202,203）
からなる円筒状ユニットが、ケーシング穴よりも小さな
直径を有し、円筒状ユニットの全周が吸込みリング（20
4）の送出口（209）の圧力によって付勢されていること
を特徴とする請求の範囲第１〜18項のいずれか一つの羽
根形機械。
【請求項２０】回転軸線に関して半径方向の液圧の力に
ほぼ対向して、一つまたは複数の半径方向穴（210）が
軸受（202,203）に設けられていることを特徴とする請
求の範囲第１〜19項のいずれか一つの羽根形機械。
【請求項２１】管状の同心的なステータ（213）が無接
触で狭い隙間をもって、ロータ（201）の内周に嵌め込
まれていることを特徴とする請求の範囲第１〜20項のい
ずれか一つの羽根形機械。