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Hydraulische Maschine Die Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine,
die sowohl als Motor, als Pumpe und auch als Bremse verwendet werden kann, wie die
bekannten Kapselpumpen, denen die neue Maschine artverwandt ist.
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Kapselpumpen bestehenbekanntlich imwesentlichen aus einem Gehäuse,
in dessen einen kreisförinigen Ouerschnitt aufweisenden und durch den oder die Oeckel
des Gehäuses abgeschlossenen Innenraum der Rotor der Pumpe exzentrisch gelagert
ist. Der meistens ebenfalls einen kreisförtnigen Querschnitt aufweisende Rotor ist
mit in ihm in ridialer Richtung längs verschiebbar angeordneten Flügeln versehen,
deren Enden, meist unterFederdruck, an derGehäuseinnenwand anliegen und durch dieselbe
bei der Drehbewegung des Rotors in bezug auf denselben verschoben werden. Der Rotor
ist meistens so im Gehäuse angeordnet, daß seine Mantelfläche die Innenwand des
Gehäuses berührt, und die Anschlußstutzen der -Maschine münden an beiden Seiten
dieser linearen Berührungsstelle in das Innere des Gehäuses. Die Flügel liegen mit
ihrer Ober- und Unterkante an dern ebenen Bodenteil und dein Deckel des Gehäuseiiiiiern
flüssilg keitsdichtend an. Diese Pumpen sind bekanntlich auch als Motoren verwendbar
'. wobei als Betriebsflüssigkeit 01 dient, welches auch für die Schmierung
sorgt.
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Zur Verbesserung solcher Maschinen ist schon eine hydraulische Maschine
bekannt, die einen drehbaren zylindrischen Rotor aufweist, der mitsamt seinen in
demselben radial längs verschiebbaren Flügeln in einem Gehäuse angeordnet ist, an
dessen Innenwa » nd der Rotor mit seiner Mantelfläche an einer sich zwischen
denZu- und Abflußkanalmündungen befindlichen Stelle anliegt und die Endflächen des
Rotors mitsamt den Ober- und Unterkanten der mit ihren Enden an die Gehäuseinnenwand
anliegenden Flügeln an die Boden-und Deckelflächen des Gehäuseinnern anliegen und
die hineren Querschnittsbegrenzungslinien des GehilLuses an zwei einander gegenüberliegenden
Stellen Kreisbögen mit identischem Zentrum und identischen Zentriwinkeln, aber verschiedenen
Radien und an den diese zwei kreisbogenförmigen Teile miteinander verhindenden Teilen
archimedische Spirallinieil sind, wobei die geometrische Achse der Rotorwelle durch
das identische Zentrum der obigen kreisbogenförinigen Linien 'geht, der Rotorradius
dem kleineren der obigen Radien entspricht, der Rotor mindestens zwei Flügel besitzt
und der durch je zwei benachbarte Flügel eingeschlossene Winkel kleiner als
der Zentriwinkel der obigen kreisbogenförmigen Linien ist und die Stimme der Krümmungsradien
derselben der Flügellänge entspricht.
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Diese Verbesserung der Maschine sichert gut dichtende Auflageflächen
zwischen der Rotormantelfläche bzw. den Flügelenden und den genau bearbeitbaren
ZD zvlindrischen Innenwandteilen des Gehäuses und läßt die Flügel während der verhältnismäßig
langen Perioden, in denen sie die zylindrischen Innenwandteile des Gehäuses berühren,
in bezug auf den Rotor stillstehen. Wenn an den durch die archimedische Spirallinien
begrenzten Innenwandteilen des Gehäuses Überströmkanäle -vorhanden sind, ist außerdem
noch ein gleichbleibendes Drehmoment bzw. gleichmäßige Flüssigkeitsförderiing gesichert,
nebst dein weiteren Vorteil, daß die Flügel im Rotor nur in ihren nicht arbeitsleistendem,
also praktisch unbelastetern Zustande verschoben werden.
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Die Erfindung verbessert eine solche Maschine noch dadurch, daß der
Rotor mit einer die Nuten für die Flügel verbindenden axialen Überströmbohrung versehen
ist, die durch einen am Rotor befestigten, gleichzeitig der Lagerung des Rotors
in dem einen Gehäuseabschlußdeckel dienenden Lagerzapfen abgedeckt ist, während
der mit der Rotorwelle und einem Bund aus einem Stück bestehende Rotor mittels des
Bundes in dem anderen Gehäuseabschlußdeckel gelagert ist.
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Die Erfindung erbringt den Vorteil, daß das in den Rotoreinschilitten
für die Rotorflügel, also hinter den Flügeln befindliche Öl keiner Zusammendrückung
unterworfen ist, da es sich in den Einschnitten mit den Flügeln zusammen bewegen
kann, einfach hin- und lierströmt und so keine Breinswirkung ausübt, weil es bei
der Drehbewegung des Rotors nur von dein Einschnitt des einen Flügels in den Einschnitt
eines anderen Flügels überströmt. Dies erleichtert die Arbeit der Maschine und verbessert
ihren Wirkungbgrad.
Die -Maschine nach der Erfindung mit dein durch
die Bauart erreichten Vorteil wird in einem Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf
die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung ist Fig. la ein Ouerschnitt, Jaler
Län-sschnitt durch die 'Ma-Fig lb ein ix schine, Fig. 2a eine Seitenansicht, Fig.
2b die Draufsicht des Rotors, Fig. 3 a eine Seitenansicht und Fig.
31) die Draufsicht eines Flügels.
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Im Gehäuse 1 ist der Rotor 2 drehbar angeordnet. In den zueinander
rechtwinklig lie,-enden beiden radialen KL- uten 3 (Fig. 2 b) desselben
sind die beiden Flü-14 längs verschiebbar angeordnet und können sich infolge ihrer
in Fig. 3b ersichtlichen Form voneinander unbehindert bewegen. Ihre Länge
ist der Summe der beiden Krümmungsradien r, und r2 (Fig. 1 a) der einander
gegenüberliegenden zyliiidrischen Gehäuseel el innenwandteile gleich. Der Krümmungsradius
r. des den Zentriwinkel a und die Umrißlinie x besitzenden Gehäuseinnenwandteiles
ist mit dem Halbmesser des Rotors 2 identisch, und a ist größer als 90',
da die Flügel 4 miteinander Winkel von 90' einschließen, Der Krümmungsradius
r 2 des die Umrißlinie 3, zeigenden Gehäuseinnenwandteiles ist größer
als i-l' die Zentriwinkel a beider Wandteile sind miteinander identisch.
Die zeometrische Achse der Rotorwelle 14 geht durch den identischen Krümmungsmittelpunkt
der die kreisbo-enförmigen Umrißlinien x und y besitzenden Wandteile. Die
zwischen den obigen beiden zylindrischen Wandteilen liegenden Innenwandteile des
Gehäuses haben Umrißlinien U und TV, die miteinander identische archimedische
Spirallinien sind, und die Zentriwinkelfl) dieser '#Vandteile sind miteinander ebenfalls
identisch. Durch diese Ausbildung des Gehäuses wird erreicht, daß der Abstand der
einander gelgenüberliegenden Punkte der Gehäuseinnenwand, längs einer beliebigen,
die geometrische Achse der Vt'elle 14 kreuzenden Linie gemessen, konstant ist. Demzufolge
können die Flügel 4 aus je einem Stück bestehen und durch die Gehäuseinnenwand
ohne Verwendung von federnden Zwischengliedern bewegt werden. Hierdurch ist die
Konstruktion vereinfacht und die Betriebssicherheit und der Wirkungsgrad erhöht.
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Die Zu- und Abflußkanäle 5 und 6 münden in das Innere
des Gehäuses 1 an den beiden Enden der Umrißlinie X bzw. am.;#nfang der Umrißlinien
U und TV. Die an dieselben angeschlossenen Zu- und Abflußleitungen sind zwecks
Änderung der Drehrichtung der Maschine vertauschbar. Falls der K-anal
5 als Zuflußkanal dient, dreht sich der Rotor 2 in der Richtung des Pfeiles
7. Der Anschluß der in der Zeichnung ZD nicht dargestellten Zu- und Abflußleitungen
erfolgt in der üblichen U,'eise mittels Gewindestutzen.
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Dadurch. (laß der Zentriwinkel a der die kreis-1)o-e.iifi3rni,-eii
Umrißlinien X und Y aufweisenden Gehätiseiniie#-.wandteile größer als der
durch je zwei benachbarte F]-,>;,-el 4 eingeschlossene Winkel ist, wird ein
>iChe..er '!lü,##,;,i#eitsdichtei- Abschluß zwischen den Flügeln und de-
Gehätisewand bzw. den unter ver-#.chiedenem Druck Stehe--iden Teilen des Gehäuses
erreicht, da bei dieser Anordnung stets zwei Flügel den die Umrißlinie Yzeigenden
Teil der Gehäusewand berühren, längs welcher die -'1.r1)ei,sleistun- Dies ist dadurch
erreicht, daß in die die Umrißlinien (-.' und TV zeigenden Gehäusewandteile
sich an die NMündungen der Kanäle 5 und 6 anschließende Nuten
9 eingefräst durch welche die Betriebsflüssigl-#eit, üböl. a-i clen diese
Gehäusewandteile jeweils berührenden Flügeln 4 vorbeiströmen kann. Daher besteht
an den beiden Seiten der Flügel hier kein Druckunterschied. Statt dieser Nuten können
aber auch anders angeordnete, die Kanäle 5 bzw. 6 mit den Enden des
zylindrischen Innenwandteils der Uinrifflinie Y
verbindende Überströmkanäle
verwendet werden. Der Vorteil dieser Ausbildung des Gehäuses besteht einerseits
darin, daß die zylindrischen Wandteile genau bearbeitet werden können und daß das
Drehmoment der Maschine konstant ist, da ja entlang der Untrißlinie Y die wirksame,
unter Druck:unterschied stehende Flügelfläche konstant ist, und außerdem, daß in
den Arbeitsperioden der Flügel keine Verschiebung derselben in bezug auf den Rotor
erfolgt. Diese Tatsachen sind wichti e Vorteile der Maschine, die ihr vielseitige
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Verwendungsmö'glichkeiten bieten.
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Die beiden Fifigel 4 besitzen identische Form und Abmessungen und
können sich voneinander unbehindert in den Nuten 3 des Rotors 2 verschieben,
da die Höhe lt. ihrer Einschnitte etwas mehr als die Hälfte ihrer Gesamthöhe h beträgt
(Fig. 3b), und die beiden Flügel können mit einander zugekehrten Einschnitten
entsprechender Länge in die Nuten 3 gelegt werden. Die mittels der Schrauben
10 am Rotor 2 befestigte Endscheibe 10 dient einerseits zur Verhinderung
etwaiger Deformation des Rotors und andererseits auch zur Lagerung desselben im
Gehäusedeckel 12, während seine Lagerung im anderen Gehäusedeck-el 13 mittels
seines zylindrischen Teils 16 erfolgt. Die durch den Deckel 13 hindurchgehende
Welle 14 des Rotors, ist mittels der Dichtung 15 abgedichtet. Die Deckel
112 und 13 sind aneinander und am Gehäuse 1 mittels der Schrauben
18 befestigt. Um den Flügeln einesteils freie Beweglichkeit und andernteils
genügend große Anlage- und Dichtuligsflächen in den Rotornuten 3 zu sichern,
ist die Länge 1 (Fig. 3 b) ihrer rechteckigen Einschnitte größer als
die Differenz der Radien der zylindrischen Teile des Gehäuseinnern, aber kleiner
als der Rotorradius, es ist demnach rl > 1 > r2 - ri-Die
oben beschriebene Anordnung der Flügel zusammen mit einem Überströmkanal
19 bietet den Vorteil, daß das in den Nuten 3 befindliche
01, wie vorher erwähnt war, keiner Zusammendrückung unterworfen ist, da es
sich in den Einschnitten der Flügel 4 mit den Flügeln zusammen bewegt und daher
keine Breitiswirktiqg ausübt, sondern anläßlich der Drehbeweigung des Rotors 2 nur
vom Einschnitt des einen Flügels in den Einschnitt des anderen überströmt. Hierfür
dient die Bohrung 19 (Fig. 2b) wobei zwischen den Flügeln der durch
die bereits erwähnte Bemessung ihrer Einschnittshöhen h gesicherte Spalt
vorgesehen ist. Diese Überströmung kann auch dann unbehindert erfolgen, wenn die
Maschine mehr als Flügel besitzt. In diesem Falle ist der in der Zeichnung dargestellte
Zentriwinkel a kleiner, soll aber stets größer als der durch zwei benachbarte Flügel
eingeschlossene Winkel bleiben.
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Die Maschine dieser Gattung hat zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten.
Sie kann z. B. vorteilhaft an Werkzeugmaschinen als Haupt- und/oder Nebenantrieb
Verwendung finden, insbesondere wenn solche nachträglich für hydraulische Betätigung
umgebaut werden. Auch ist die Verwendung der hydraulischen Maschine im Kraftfahrzeugbau
möglich und vorteilhaft, da sie das übliche Ausigleichgetriebe (Differentialgetriebe)
samt Geschwindigkeitswechselgetriebe und Kupplung ersetzen kann, indem
jedes angetriebene Rad Einzelantrieb durch je einen erfindungsgemäßen
hydraulischen Motor, vorteilhaft mittels eines Zahnradgetriebes, erhält. Die einzelnen
hydraulischen Motoren werden an die Druckölleitung parallel zueinaiider
angeschlossen
und üben demnach selbsttätig die erforderliche Ausgleichswirkung zwischen den einzelnen
angetriebenen Fahrzeugrädern aus. Da die Druckleitung durch eine seitens des Fahrzeugmotors
veränderbarer Drehzahl angetriebene Pumpe veränderlicher Förderleistung gespeist
werden kann, ist damit eine einfache Geschwindigkeitsregelung innerhalb weiter Grenzen
und das Anfahren, ohne Verwendung einer Kupplung, ermöglicht, und zwar sowohl im
Vorwiriswie im Rückwärtsgang, da ja die Drehrichtung der lu,-draulischen Älotore
- durch Vertauschung ihrer Zu- und Abflußleitungen - leicht gewechselt
und die Förderleistung der Speisepumpe bis Null geregelt werden kann.
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Die Maschine ist auch als hydraulische Bremse vorzü<Tlicli verwendbar,
falls Zu- und Abflußstutzen mitb einander durch ein einstellbares Drosselventil
verbunden werden. Zur Betätigung einer solchen P3rembe ist nur die sehr geringen
Kraftaufwand erfordernde Verbtellung des Drosselventils erforderlich, und die Breinswirkung
ist genau einstellbar. Deshalb ist diese Verwendun 'gsmöglichkeit der neuen Maschine
sowohl be; Fahrzeugen wie bei Brernsständen gegeben und -wert-voll.
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.Mit den obengenannten Beispielen sind jedoch die durch die einfache
-Konstruktion, große Betriebssicherheit und guten Wirkun 'gs 'grad der Maschine
gegebenen zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten derselben keineswegs erschöpft, da
sie z. B. auch als Pumpe vorteilhaft Verwendung finden kann. In diesem Falle ist
insbesondere ihre vollkommen gleichmäßige Flüssigkeitsbeförderung wertvoll.