[0001] Die Erfindung betrifft eine Hydromaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] In dem Dokument
DE 10 2004 026 048 A1 ist eine Hydromaschine in der Form eines Förderaggregats offenbart. Dieses hat einen
Antriebsrotor und einen von diesem angetriebenen Abtriebsrotor, die beide über eine
Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken und wobei die Rotorachsen zueinander angestellt
sind. Über jeweils benachbarte Zähne der Stirnverzahnung werden Arbeitsräume begrenzt,
in die bei der Rotation der Rotoren Druckmittel von einem Niederdruckanschluss einströmt
und aus denen Druckmittel druckerhöht an einen Hochdruckanschluss abgeben wird. Ein
Abtriebszapfen des Abtriebsrotors ist dabei über eine Verstellkraft in Richtung der
Rotorachse axial verstellbar. Die axiale Verstellbarkeit des Abtriebsrotors dient
dazu, die Spaltbreite zwischen den Zähnen der Stirnradverzahnung zu variieren, um
somit mit einem veränderbaren Kurzschlussspalt zwischen den Arbeitsräumen die Fördermenge
des Förderaggregats zu bestimmen. Nachteilig hierbei ist, dass durch die Kraftbeaufschlagung
des Abtriebzapfens der Rotor ungleichmäßig an einer Gleitlagerbuchse aufliegt und
somit lokal hohe Lagerkräfte auftreten, was zu einem schlechten Wirkungsgrad und zu
einer Beschädigung des Förderaggregats führt.
[0003] Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hydromaschine zu schaffen,
die eine hohe Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
[0004] Die Aufgabe wird durch eine Hydromaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
gelöst.
[0005] Erfindungsgemäß hat eine Hydromaschine einen Antriebsrotor und einen Abtriebsrotor,
deren Achsen zueinander angestellt sind. Über eine Stirnverzahnung wirken diese kämmend
zusammen, wobei über benachbarte Zähne der Stirnverzahnung jeweils ein Arbeitsraum
begrenzt ist, der bei Umdrehung der Rotoren mit einem Niederdruckbereich bzw. -anschluss
und einem Hochdruckbereich bzw. -anschluss verbindbar ist. Zumindest eine von den
Arbeitsräumen abgewandte rückseitige Stützfläche eines Rotors ist mit einem Stützdruck
beaufschlagt, der einem Druck in den Arbeitsräumen entspricht.
[0006] Diese Lösung hat den Vorteil, dass der Stützdruck entgegen dem Druck in den Arbeitsräumen
wirkt und der Rotor somit hydrostatisch entlastet werden kann, wodurch einseitige
Abstütz- und Lagerkräfte des Rotors beispielsweise an einem Lager verringert werden.
Daraus folgt eine geringere Lagerreibung des Rotors und eine geringere Flächenpressung
zwischen dem Rotor und dem Gehäuse und somit ein höherer Wirkungsgrad und eine höhere
Lebensdauer der Hydromaschine.
[0007] Um die Reibverluste der Hydromaschine weiter zu minimieren, kann der Antriebsrotor
einen in einem Antriebslager vorgesehenen Antriebszapfen und der Abtriebsrotor einen
in einem Abtriebslager vorgesehenen Abtriebszapfen haben, wobei eine Stirnseite des
Abtriebszapfens und die von den Arbeitsräumen abgewandten rückseitigen Stützflächen
der Rotoren mit dem Stützdruck beaufschlagt sind.
[0008] Vorzugsweise wird der Abtriebszapfen mit dem Stützdruck aus einem Niederdruckbereich
und die Stützflächen der Rotoren jeweils mit dem Stützdruck aus einem Hochdruckbereich
der Hydromaschine beaufschlagt.
[0009] Die Hydromaschine kann vorteilhafterweise sehr einfach aufgebaut sein, wobei die
Rotoren von einem Gehäuse mit einem Gehäusedeckel umschlossen sind. Der Antriebszapfen
des Antriebsrotors ist dabei in ein Gehäuse und der Abtriebszapfen des Abtriebsrotors
in einem radial zurückgestuften und in das Gehäuse eintauchenden Zylinderbereich des
Gehäusedeckels gelagert.
[0010] Der Stützdruck kann besonders einfach auf die Stützflächen der Rotoren aufgebracht
werden, wenn der Gehäusedeckel eine erste und das Gehäuse eine zweite Drucktasche
aufweisen, die die voneinander abgewandten Stützflächen der Rotoren jeweils mit Stützdruck
aus dem Hochdruckbereich der Hydromaschine beaufschlagen.
[0011] Durch die Drucktaschen kann der Rotor einfach mit Stützdruck beaufschlagt werden,
wenn diese konzentrisch um die jeweilige Rotorachse entlang der Stützflächen der Rotoren
verlaufen und im Wesentlichen im Bereich der höheren und höchsten durch die Arbeitsräume
erzeugten Druckbelastung angeordnet sind.
[0012] Es ist von Vorteil, wenn die Drucktaschen jeweils durch einen inneren und einen äußeren
konzentrisch um die jeweilige Rotorachse sich erstreckenden Stützsteg des Gehäuses
und des Gehäusedeckels begrenzt sind. An den Stützstegen können sich dabei vorteilhafterweise
die Stützflächen der Rotoren abstützen.
[0013] Bei einer einfachen Lösung weist die Hydromaschine einen rückseitigen Stützraum auf,
um den Abtriebszapfen des Abtriebrotors in Richtung der Rotorachse mit Stützdruck
zu beaufschlagen. Dieser ist stirnseitig einerseits von einer Ausnehmung im Gehäusedeckel
und andererseits von einer rückseitigen Stirnfläche des Abtriebszapfens begrenzt und
kann dabei mit dem Niederdruckbereich der Hydromaschine verbunden sein.
[0014] Der Stützraum wird beispielsweise über einen ersten Niederdruckkanal im Gehäusedeckel
und einen daran anschließenden zweiten Niederdruckkanal im Gehäuse mit dem Niederdruckbereich
der Hydromaschine verbunden sein.
[0015] Bei einem kostengünstigen Aufbau der Hydromaschine kann die erste Drucktasche über
einen ersten Hochdruckkanal im Gehäuse und die zweite Drucktasche über einen zweiten
Hochdruckkanal im Gehäusedeckel und einen daran anschließenden dritten Hochdruckkanal
im Gehäuse mit dem Hochdruckbereich der Hydromaschine verbunden sein.
[0016] Die Nieder- und Hochdruckkanäle können einfach als Bohrungen oder als Nuten in den
Gehäusedeckel und in das Gehäuse eingebracht sein.
[0017] Vorteilhalfterweise kann im Mündungsbereich des Antriebslagers hin zum Abtriebsrotor
eine mit dem Niederdruckbereich der Hydromaschine verbundene Ringnut in das Gehäuse
eingebracht sein, wodurch der über diese Ringnut an den Antriebsrotor angreifende
Fluiddruck dem über den Stützraum an den Abtriebsrotor angreifenden Fluiddruck entgegenwirkt.
[0018] Als Material für die Rotoren kann verstärkter Kunststoff eingesetzt werden, der sich
durch geringe Reibungswerte auszeichnet.
[0019] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
[0020] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Hydromaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
und
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine Hydromaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
[0021] Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer Hydromaschine aufgezeigt, die
als Förderaggregat ausgeführt ist. Die erfindungsgemäße Hydromaschine ist allerdings
nicht auf derartige Förderaggregate beschränkt, sondern kann beispielsweise auch als
Hydromotor eingesetzt werden.
[0022] In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein Förderaggregat 1, beispielsweise eine Stirnradpumpe,
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel abgebildet. Dieses weist einen Antriebsrotor
2 und einen vom Antriebsrotor 2 angetriebenen Abtriebsrotor 4 auf, wobei die beiden
Rotoren 2, 4 jeweils über eine Stirnverzahnung 6 kämmend zusammenwirken. Die Rotoren
2, 4 sind von einem Gehäuse 8 mit einem Gehäusedeckel 10 umgriffen. Eine An- und eine
Abtriebsachse 12, 14 der Rotoren 2, 4 sind zueinander angestellt. Benachbarte Zähne
16, 18 der Stirnverzahnung 6 begrenzen jeweils einen Arbeitsraum 19, der Fluid von
einem Eingangskanal 20 bzw. einen Niederdruckbereich 20 aufnimmt und nach einer Rotation
der Rotoren 2, 4 druckerhöht an einen Ausgangskanal 22 bzw. Hochdruckbereich 22 abgibt.
Der Arbeitsraum 19 hat am Eingangskanal 20 das größte Volumen, welches sich bei der
Rotation der Rotoren 2, 4 zum Ausgangskanal 22 verkleinert und anschließend bis zum
Eingangskanal 20 wieder vergrößert. Die mit dem Eingangskanal 20 verbundenen Arbeitsräume
19 bilden die sogenannte Saugseite und die mit dem Ausgangskanal 22 verbundenen Arbeitsräume
19, die sogenannte Druckseite des Förderaggregats 1.
[0023] Der Gehäusedeckel 10 hat einen Radial zurückgestuften Zylinderabschnitt 23, der in
das Gehäuse 8 eintaucht. Eine durch die Stufung gebildete Ringfläche 24 des Gehäusedeckels
10 liegt spielfrei an einer ebenfalls ringförmigen Gehäusestirnfläche 25 des Gehäuses
8 an. Mit Verbindungselementen 26, beispielsweise Schrauben, wird der Gehäusedeckel
10 dichtend mit dem Gehäuse 8 verbunden. Der Antriebsrotor 2 hat ferner einen Antriebszapfen
28, der radial in einer Durchgangsöffnung 29 des Gehäuses 8 gelagert und mit einem
Zapfenendabschnitt 30 aus dem Gehäuse herausgeführt ist. An dem Zapfenendabschnitt
30 wird der Antriebsrotor 2 von einem Aktor, beispielsweise einem Elektromotor angetrieben.
Der Abtriebsrotor 4 ist mit einem Abtriebszapfen 32 in eine Lagerausnehmung 33 des
Zylinderabschnitts 24 des Gehäuses 8 radial gleitend gelagert. Die Zähne 16 des Abtriebsrotors
4 sind ringförmig an einem zylindrischen Trägerabschnitt 34 ausgebildet, der mit seiner
Mantelfläche 35 in dem Gehäuse 10 ebenfalls gleitend gelagert ist. Des Weiteren stützt
sich der Abtriebsrotor 4 mit einem sich mittig von dem Trägerabschnitt 33 sich erstreckenden
Kugelabschnitt 36, an einem Lagerschalenabschnitt 37 des Antriebsrotors 2 ab. Eine
von den Arbeitsräumen 19 abgewandte kugelschalenförmige rückseitige Stützfläche 38
des Lagerschalenabschnitts 36 ist gleitend in dem Gehäuse 8 gelagert. Entsprechend
ist eine von den Arbeitsräumen 19 abgewandte und rückseitige kreisringförmige Stützfläche
40 des Trägerabschnitts 34, die sich senkrecht zur Abtriebsachse 14 erstreckt, stirnseitig
an dem Zylinderabschnitt 24 des Gehäusedeckels 10 gleitend und spielfrei gelagert.
Die Zähne 18 des Antriebsrotors 2 sind ringförmig an einer kegelstumpfförmigen Ringfläche
43 des Lagerschalenabschnitt 37 ausgebildet und erstrecken sich um dem Kugelabschnitt
36 des Abtriebsrotors 4 herum. Die Durchgangsöffnung 29 des Gehäuses 8 ist mit einem
Dichtring 44 nach außen abgedichtet.
[0024] Im Betrieb des Förderaggregats 1 treten in den hochdruckseitigen Arbeitsräumen 19
hohe Drücke und somit hohe Druckkräfte auf, die auf die Arbeitsräume 19 begrenzenden
Rotoren 2, 4 wirken. Hierdurch entstehen große Lagerkräfte an den Stützflächen 38,
40 und an den An- und Abtriebszapfen 28, 32 der Rotoren 2, 4. Um diese Lagerkräfte
zu verkleinern, werden die Rotoren 2, 4 mit einem Stützdruck beaufschlagt, was im
Folgenden näher erläutert wird.
[0025] Zur Aufbringung des Stützdrucks auf die Rotoren 2, 4 sind hochdruckseitig im Gehäuse
8 und im Gehäusedeckel 10 eine erste und zweite Drucktasche 48, 50 vorgesehen, die
die Stützflächen 38, 40 der Rotoren 2, 4 mit Stützdruck beaufschlagen. Die den Antriebsrotor
2 mit Stützdruck beaufschlagende erste Drucktasche 48 erstreckt sich kreisabschnittsförmig
um die Antriebsachse 12 und wird radial von einem inneren und einem äußeren Stützsteg
52, 54 begrenzt. Entsprechend ist die zweite Drucktasche 50 kreissegmentförmig um
die Abtriebsachse 14 angeordnet und wird ebenfalls radial von einem inneren und äußeren
Stützsteg 56, 58 begrenzt. Über eine erste Hochdrucknut 59 ist die erste Drucktasche
48 mit dem Ausgangskanal 22 in Fluidverbindung. Die Hochdrucknut 59 erstreckt sich
dabei in der Schnittebene in Figur 1 durch den äußeren Stützsteg 54 hindurch. Die
im Gehäusedeckel 10 eingebrachte Drucktasche 50 ist über eine zweite und dritte Hochdrucknut
60, 61 ebenfalls mit dem Ausgangskanal 22 des Förderaggregats 1 in Fluidverbindung.
Die zweite Hochdrucknut 60 erstreckt sich radial von der Drucktasche 50 durch den
äußeren Stützsteg 58 hindurch und mündet in der dritten Hochdrucknut 61, wobei diese
parallel zur Abtriebsachse 14 im Gehäuse 8 entlang des Zylinderbereichs 24 des Gehäusedeckels
10 und des Abtriebsrotors 4 bis zum Ausgangskanal 22 verläuft.
[0026] Der Fluiddruck in den Drucktaschen 48, 50 entspricht somit in etwa dem Fluiddruck
im Ausgangskanal 22. Die Drucktaschen 48, 50 haben eine konzentrische Ausdehnung um
die jeweilig An- und Abtriebsachse 12, 14 von beispielsweise 60° in die Zeichenebene
der Figur 1 hinein und 60° aus der Zeichenebene heraus. Somit sind diese im Wesentlichen
gegenüberliegend der einen hohen Fluiddruck aufweisenden Arbeitsräumen 19 angeordnet
und können den daraus resultierenden Druckkräften entgegenwirken. Eine erste und zweite
Druckangriffsflächen 62, 63 des Fluiddrucks in den Drucktaschen 48, 50 auf die Rotoren
2, 4 sind in ihrer Größe jeweils an eine dritte und vierte Druckangriffsfläche 64,
65 des Fluiddrucks der Arbeitsräume 19 auf die Rotoren 2, 4 angepasst. Die dritte
Druckangriffsfläche 64 des Abtriebsrotors 4 besteht dabei im wesentlichen aus dem
Bereich, der außerhalb des Kugelabschnitts 36 und im Hochdruckbereich der Arbeitsräume
19 liegt. Auf dem Antriebsrotor 2 liegt die vierte Druckangriffsfläche 65 und entspricht
im wesentlichen dem Teil der Ringfläche 43, der sich im Bereich des hohen Fluiddrucks
der Arbeitsräume 19 befindet.
[0027] Die Ausgestaltung der Größe der ersten Druckangriffsfläche 62 erfolgt derart, dass
die Anteile der jeweiligen Kräfteresultierenden des auf die erste und auf die dritte
Druckangriffsfläche 62, 64 wirkenden Fluiddrucks, die entgegengesetzt gerichtet sind,
in etwa gleich sind. Das Gleiche gilt für die Ausgestaltung der zweiten Druckangriffsfläche
63, wobei die Anteile der Kräfteresultierenden des auf die zweite und auf die vierte
Druckangriffsfläche 63, 65 wirkenden Fluiddrucks, die entgegengesetzt gerichtet sind,
ebenfalls in etwa gleich sind. Der jeweilige Rotor 2, 4 ist durch die an diesen angreifenden
Angriffsflächen 62, 63, 64, 65 in etwa im Bereich des hohen Fluiddrucks der Arbeitsräume
19 somit in etwa in einem hydrostatischen Gleichgewicht. Beispielsweise können die
Fläche 62 bis 65 derart ausgestaltet sein, dass diese im wesentlichen gleich groß
sind. Die 120°-Ausdehnung um die An- und Abtriebsachse 12, 14 herum und die Geometrie
der Drucktaschen 48, 50 ist allerdings nur ein Anhaltspunkt und kann beliebig variiert
werden, um je nach Einsatz des Förderaggregats 1 minimale Lagerkräfte, minimale Flächenpressung
zwischen den Rotoren 2, 4 und dem Gehäuse 8 und ein optimales hydrostatisches Gleichgewicht
der Rotoren 2, 4 zu erreichen.
[0028] Der Abtriebsrotor 4 hat zusätzlich zur Drucktasche 50 einen stirnseitigen Stützraum
66, um unter anderem die wirkenden Lagerkräfte zu minimieren. Dieser ist von einer
Ausnehmung des Gehäusedeckels 10 und von einer rückseitigen Stirnfläche 68 des Abtriebszapfens
32 begrenzt. Der Stützraum 66 ist über eine erste, zweite und dritte Niederdrucknut
70, 72, 74 mit dem Eingangskanal 20 des Förderaggregats 1 verbunden. Die erste Niederdrucknut
70 erstreckt sich parallel zur Abtriebsachse 14 entlang der Lagerausnehmung 33 des
Gehäusedeckels 10 bis zur Stützfläche 40 des Abtriebsrotors 4 und mündet in der zweiten
Niederdrucknut 72. Diese verläuft radial zur Abtriebsachse 14 entlang des Zylinderabschnitts
24 des Gehäusedeckels 10 bis zur dritten Niederdrucknut 74, die diametral zur dritten
Hochdrucknut 61 im Gehäuse 8 eingebracht ist und im Eingangskanal 20 mündet. Der Fluiddruck
in dem Stützraum 66 entspricht somit im Wesentlichen dem Fluiddruck in dem Eingangskanal
20, womit der Abtriebszapfen 32 des Abtriebsrotors 4 über die Stirnfläche 68 mit diesem
Fluiddruck axial in Richtung der Abtriebsachse 14 beaufschlagt wird.
[0029] Zur Leckagerückführung ist im Bereich des Antriebszapfens 28, insbesondere des Bereichs
des Dichtrings 44, ist eine Ringkammer 76 in das Gehäuse 8 eingebracht, die mit dem
Eingangskanal 20 verbunden ist. Die Ringkammer 76 wird von einer Ausnehmung im Gehäuse
8, von dem Dichtring 44 und dem Abtriebszapfen 32 begrenzt. Die Verbindung des Ringkanals
76 mit dem Eingangskanal 20 erfolgt über eine Verbindungsnut 78, welche im Wesentlichen
in der Zeichenebene in Figur 1 im Gehäuse 8 eingebracht ist und entlang des Antriebsrotors
2 zwischen dem Ringkanal 76 und dem Eingangskanal 20 verläuft. Im Mündungsbereich
der Durchgangsöffnung 29 des Gehäuses 8 hin zum Abtriebsrotor 14 ist eine Ringnut
79 in das Gehäuse 8 eingebracht. Diese ist über die Verbindungsnut 78 mit dem Eingangskanal
20 verbunden, womit der Fluiddruck in der Ringnut 79 in etwa der Gleiche wie im Eingangskanal
20 ist. Eine Druckangriffsfläche 80 des Fluiddrucks in der Ringnut 79 auf den Antriebsrotor
2 entspricht im Wesentlichen der Stirnfläche 68, die als Druckangriffsfläche für den
Fluiddruck in dem Stützraum 66 dient. Somit wirken die resultierenden Kräfte des an
den Flächen 68, 80 angreifenden Fluiddrucks einander in etwa entgegen und die Lagerkräfte
der Rotoren 2, 4 an den Stützfläche 38, 40 werden verringert.
[0030] Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Förderaggregat 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
bei dem die Drucktaschen 48, 50, der Stützraum 66 und die Ringkammer über Bohrungen
mit den Ein- und Ausgangskanälen 20, 22 verbunden sind. Die Fluidverbindung der dem
Antriebsrotor 2 zugeordneten Drucktasche 48 mit dem Ausgangskanal 22 erfolgt über
eine erste und zweite Hochdruckbohrung 81, 82. Diese sind in das Gehäuse 8 eingebracht,
wobei die erste Hochdruckbohrung 81 von der Drucktasche 48 aus, weg von der Stützfläche
38, bis zur zweiten Hochdruckbohrung 82 verläuft, die schräg zum Ausgangskanal 22
eingebracht ist. Die erste Hochdruckbohrung 81 ist dabei bei der Herstellung im nicht
montierten Zustand von einem Innenbereich des Gehäuses 8 aus und die zweite vom Ausgangskanal
22 aus bohrbar.
[0031] Die Drucktasche 50 wird über eine dritte und vierte Hockdruckbohrung 84, 86 mit dem
Ausgangskanal 22 verbunden. Die dritte Hochdruckbohrung 84 durchsetzt das Gehäuse
8 ebenfalls schräg zum Ausgangskanal 22 und mündet in der vierten Hochdruckbohrung
86, die schräg zur Abtriebsachse 14 in den Zylinderabschnitt 24 des Gehäusedeckels
10 bis zur Drucktasche 50 eingebracht ist. Bei der Herstellung wird die dritte Hochdruckbohrung
84, wie die erste Hochdruckbohrung 81, von einem Innenbereich des Gehäuses 8 und die
vierte Hochdruckbohrung 86 wird einfach in die äußere Mantelfläche des Zylinderabschnitts
24 her gebohrt.
[0032] Der Stützraum 66 ist über eine erste und zweite Niederdruckbohrung 88, 90 mit dem
Eingangskanal 20 in Fluidverbindung. Die erste Niederdruckbohrung 88 durchsetzt den
Zylinderabschnitt 24 des Gehäusedeckels 10 schräg zur Abtriebsachse 14 hin zum Eingangskanal
20 und geht über in den ebenfalls schräg durch das Gehäuse 8 sich erstreckenden zweiten
Niederdruckbohrung 90, der im Eingangskanal 20 mündet. Die Herstellung erfolgt wie
oben bei den Hochdruckbohrungen einmal bei der zweiten Niederdruckbohrung 90 vom Innenbereich
des Gehäuses 8 und bei der ersten Niederdruckbohrung 88 von der äußeren Mantelfläche
des Zylinderabschnitts 24 her.
[0033] Der Ringkanal 76 ist über in den Rotoren 2, 4 eingebrachte Bohrungen mit dem Stützraum
66 in Fluidverbindung. Eine erste Verbindungsbohrung 92 erstreckt sich vollständig
und in etwa koaxial zur Abtriebsachse 14 durch den Abtriebsrotor 4 hindurch. Der Kugelabschnitt
36 des Abtriebsrotors 4 ist an seinem Scheitel etwas abgeflacht, wodurch ein Verbindungsraum
94 zwischen dem Kugelabschnitt 36 und dem Lagerschalenabschnitt 37 des Antriebsrotors
2 gebildet ist. Von diesem aus ist eine zweite Verbindungsbohrung 96 als Sacklochbohrung
in den Antriebsrotor 2 in etwa koaxial zur Antriebsachse 12 eingebracht und endet
etwa im Bereich des Ringkanals 76. Diese Verbindungsbohrung 96 ist dann über eine
in dem Antriebsrotor 2 eingebrachte Radialbohrung 98 mit dem Ringkanal 76 verbunden.
Zwischen der Durchgangsöffnung 29 und dem Antriebszapfen 28 des Antriebsrotors 2 ist
ein geringer Spalt 100, über den die Ringnut 79 mit der Ringkammer 76 in Druckmittelverbindung
steht und somit die Druckangriffsfläche 80 mit Fluiddruck beaufschlagt ist.
[0034] Alle Bohrungen 81, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 96, 98 sind so in dem Förderaggregat 1
angeordnet, dass diese einfach fertigbar sind und können von der oben beschriebenen
Anordnung durchaus abweichen.
[0035] Wird die erfindungsgemäße Hydromaschine entsprechend den oben erläuterten Ausführungsbeispielen
als Hydromotor eingesetzt, so dienen die An- und Abtriebsrotoren dazu, Fluiddruck
des Druckmittelvolumenstroms in mechanische Energie umzuwandeln. Der Antriebsrotor
kann dann beispielsweise einen Generator antreiben. Ein Hydromotor ist aus dem Stand
der Technik hinlänglich bekannt, weswegen an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen
wird. Die erfindungsgemäßen vorteilhaften Merkmale des Förderaggregats 1 gelten entsprechend
für den Hydromotor.
[0036] Offenbart ist eine Hydromaschine 1 mit einem Antriebsrotor 2 und einem Abtriebsrotor
4, deren Achsen 12, 14 zueinander angestellt sind und die über eine Stirnverzahnung
6 kämmend zusammenwirken. Über benachbarte Zähne 16, 18 der Stirnverzahnung 6 ist
jeweils ein Arbeitsraum 19 begrenzt, der bei Umdrehung der Rotoren mit einem Eingangskanal
20 und einem Ausgangskanal 22 verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist eine von den Arbeitsräumen
19 abgewandte rückseitige Stützfläche 38 eines Rotors 2 mit einem Druck in den Arbeitsräumen
19 entsprechenden Stützdruck beaufschlagbar.
1. Hydromaschine mit einem Antriebsrotor (2) und einem Abtriebsrotor (4), deren Achsen
(12, 14) zueinander angestellt sind und die über einer Stirnverzahnung (6) kämmend
zusammenwirken, wobei über benachbarte Zähne (16, 18) der Stirnverzahnung (6) jeweils
ein Arbeitsraum (19) begrenzt ist, der bei Umdrehung der Rotoren (2, 4) mit einem
Niederdruckbereich (20) und einem Hochdruckbereich (22) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von den Arbeitsräumen (19) abgewandte rückseitige Stützfläche (38,
40) eines Rotors (2, 4) mit einem dem Druck in den Arbeitsräumen (19) entsprechenden
Stützdruck beaufschlagt ist.
2. Hydromaschine nach Anspruch 1, wobei der Antriebsrotor (2) einen in einem Antriebslager
(29) vorgesehenen Antriebszapfen (28) und der Abtriebsrotor (4) einen in einem Abtriebslager
(33) vorgesehenen Abtriebszapfen (32) hat und wobei eine Stirnfläche (68) des Abtriebszapfen
(32) und die von den Arbeitsräumen (19) abgewandten rückseitigen Stützflächen (38,
40) der Rotoren (2, 4) mit dem Stützdruck beaufschlagt sind.
3. Hydromaschine nach Anspruch 2, wobei der Abtriebszapfen (32) mit dem Stützdruck aus
einem Niederdruckbereich (20) und die Stützflächen (38, 40) der Rotoren (2, 4) jeweils
mit dem Stützdruck aus einem Hochdruckbereich (22) der Hydromaschine (1) beaufschlagt
sind.
4. Hydromaschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Rotoren (2, 4) von einem Gehäuse (8)
mit einem Gehäusedeckel (10) umschlossen sind und der Antriebszapfen (28) des Antriebsrotors
(2) in dem Gehäuse (8) und der Abtriebszapfen (32) des Abtriebsrotors (4) in einen
radial zurückgestuften und in das Gehäuse (10) eintauchenden Zylinderbereich (24)
des Gehäusedeckels (10) gelagert ist.
5. Hydromaschine nach Anspruch 4, wobei der Gehäusedeckel (10) eine erste und das Gehäuse
(8) ein zweite Drucktasche (48, 50) aufweisen, die die Stützflächen (38, 40) der Rotoren
(2, 4) jeweils mit Stützdruck aus dem Hochdruckbereich (22) der Hydromaschine (1)
beaufschlagen.
6. Hydromaschine nach Anspruch 5, wobei die Drucktaschen (48, 50) in etwa kreisabschnittsförmig
um die jeweilige Rotorachse (12, 14) entlang der Stützflächen (38, 40) der Rotoren
(2, 4) verlaufen und im Wesentlichen im Bereich der höheren und höchsten in den Arbeitsräumen
erzeugten Druckbelastung angeordnet sind.
7. Hydromaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Drucktaschen (48, 50) jeweils durch
einen inneren und einen äußeren konzentrisch um die jeweilige Rotorachse (12, 14)
sich erstreckenden Stützsteg (52, 54, 56, 58) des Gehäuses (8) und des Gehäusedeckels
(10) begrenzt sind, wobei an den Stützstegen (52, 54, 56, 58) die Stützflächen (38,
40) der Rotoren (2, 4) anliegen.
8. Hydromaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, mit einem rückseitigen Stützraum (66),
der stirnseitig einerseits von einer Ausnehmung im Gehäusedeckel (10) und andererseits
von einer rückseitigen Stirnfläche (68) des Abtriebszapfens (32) begrenzt ist und
der mit dem Niederdruckbereich der Hydromaschine (1) verbunden ist.
9. Hydromaschine nach Anspruch 8, wobei der Stützraum (66) über einen ersten Niederdruckkanal
(70) im Gehäusedeckel (10) und einen daran anschließenden zweiten Niederdruckkanal
(72) im Gehäuse (8) mit dem Niederdruckbereich (20) der Hydromaschine (1) verbunden
ist.
10. Hydromaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die erste Drucktasche (48) über
einen ersten Hochdruckkanal (59; 81, 82) im Gehäuse und die zweite Drucktasche über
einen zweiten Hochdruckkanal (60, 84) im Gehäusedeckel (10) und einen daran anschließenden
dritten Hochdruckkanal (61, 86) im Gehäuse (8) mit dem Hochdruckbereich (22) der Hydromaschine
(1) verbunden sind.
11. Hydromaschine nach Anspruch 10, wobei die Niederdruck- und Hochdruckkanäle (70, 72,
59, 60, 61, 81, 82, 84, 86, 88, 90) als Nieder- und Hochdruckbohrungen (81, 82, 84,
86, 88, 90) in den Gehäusedeckel (10) und in das Gehäuse (8) eingebracht sind.
12. Hydromaschine nach Anspruch 10, wobei die Niederdruck- und Hochdruckkanäle (70, 72,
59, 60, 61, 81, 82, 84, 86, 88, 90) als Nieder- und Hochdrucknuten (70, 72, 59, 60,
61) in den Gehäusedeckel (10) und in das Gehäuse (8) eingebracht sind.
13. Hydromaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei im Mündungsbereich des Antriebslagers
(29) hin zum Abtriebsrotor (14) eine mit dem Niederdruckbereich (20) der Hydromaschine
(1) verbundene Ringnut (79) in das Gehäuse (8) eingebracht ist.
14. Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotoren (2, 4) im
Wesentlichen aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.