Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, welche sowohl als Motor
als auch als Pumpe betrieben werden kann, mit axial fest gelagerter Welle, umfassend
ein Leistungsteil sowie eine Steuerung, die zumindest ein Anschlussteil umfasst, an
dem mindestens ein Verteilerteil mit Durchtrittsöffnungen sowie zumindest ein Zuleitungsteil
angeordnet sind, das Verteilerteil mittels zumindest eines an der Welle angeordneten
Antriebs angetrieben wird und axiale Kräfte auf einen an dem Verteilerteil axial angeordneten
Kolben verteilt werden, wobei der mindestens eine an dem Maschinenteil vorgesehene
Zu- und Ablauf rotierend ausgestaltet ist und von dem Verteilerteil und dem Kolben
über das Zuleitungsteil mit mindestens zwei sich mitrotierenden Antriebsdrücken versorgt
wird, wobei die Antriebsdrücke mit ihren zugehörig projizierten Ringflächen am Kolben
Kräfte erzeugen. Nachfolgend soll unter einem Leistungsteil eine Maschine verstanden
werden, welche zum Betrieb mit mindestens zwei mitrotierenden Speisedrücken versorgt
wird und zu diesem Zweck einen Abtrieb besitzt, welcher das Verteilerteil der Strömungsmaschine
antreibt. Dabei kann es sich sowohl um eine regelbare als auch um eine nichtregelbare
Maschine handeln.
Stand der Technik
[0002] Aus dem Stand der Technik ist aus
WO 2006/010471 A1 ein im Volumenstrom nicht änderbarer, hydrostatischer Kreiskolbenmotor bereits bekannt.
In
EP 0166995 B1 ist darüber hinaus eine stufenlos volumenänderbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine
beschrieben. Diese Maschinen können sowohl als Motor als auch als Pumpe betrieben
werden und funktionieren sowohl im Rechts- als auch im Linkslauf, besitzen demnach
jeweils zwei Betriebsmodi, Motor und Pumpe in beiden Drehrichtungen und mithin vier
Quadranten (Motor im Rechtslauf, Motor im Linkslauf, Pumpe im Linkslauf, Pumpe im
Rechtslauf).
[0003] Nachteilig hierbei ist, dass in diesen Maschinen sehr hohe druck- und drehrichtungsabhängige
Axialkräfte entstehen. Diese Kräfte führen zu sehr hohen, druck- und drehrichtungsabhängigen
Reibungsverlusten. Dadurch sind diese Maschinen nichtlinear, haben im Rechts- und
Linkslauf unterschiedliche Eigenschaften und besitzen einen reduzierten Wirkungsgrad.
[0004] Weitere Nachteile der bereits bekannten Lösungen seien nachfolgend beschrieben. Das
ungleiche und nichtlineare Verhalten der Maschinen im Rechts- und Linkslauf in beiden
Modi machen sie für viele Anwendungen, wie bspw. für eine Verwendung als Radnabenmotor
oder bspw. für eine Verwendung als Messsystem oder Servoantrieb gänzlich ungeeignet.
Ein Radnabenmotor etwa muss im Rechts- und Linkslauf exakt gleiche Eigenschaften haben,
damit linkes und rechtes Rad gleich angetrieben werden. Auch der reduzierte Wirkungsgrad
macht die Maschinen für die diversen Anwendungen unattraktiv und erzeugt zudem viel
Abwärme, was in manchen Anwendungen schon gar nicht zulässig ist. Das im Rechts- und
Linkslauf ungleiche Verhalten ist bauartbedingt und kann somit nur in ganz engen Grenzen,
durch Änderung geometrischer Parameter, während der Auslegung beeinflusst werden.
Es kann unter bestimmten Druckverhältnissen sogar vorkommen, dass derartige Maschinen
in einen Zustand geraten, in dem ein starker interner Kurzschlussstrom entsteht und
die Funktion der Maschine in einer Drehrichtung und mindestens einem Betriebsmodus
gar nicht mehr gegeben ist; damit ist die Gesamtfunktion nicht sicher gewährleistet.
Um Anzulaufen benötigen die Maschinen sehr hohe Druckdifferenzen, was die Einsatzmöglichkeit
eines solchen Antriebs oft verhindert. Maschinen dieser Bauart funktionieren überdies
nur im Dreirohrprinzip mit Zulauf, Ablauf und separatem Leck- Ablauf. Weitere Nachteile
dieser Maschinen sind darin zu sehen, dass sie keine Freilauffunktion, keine Bremsfunktion,
keinen Sanftanlauf und ebenfalls keine Blockierfunktion besitzen. Die Charakteristik
der Maschinen kann ferner während des Betriebes in allen vier Quadranten nicht an
veränderte Bedingungen angepasst werden. Weiterhin eignen sich diese Maschinen aufgrund
der großen Mindestdruckdifferenzen nur für den Betrieb mit Flüssigkeiten.
[0005] Aus
DE 10 2008 025 054 B4 ist eine Hydraulikeinheit zur Bereitstellung einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit
zum Antrieb eines angekoppelten hydraulischen Aktuators bekannt, welche mit einem
in einem unter Druck stehenden Motorgehäuse angeordneten Motor, einem in einem Speichergehäuse
angeordneten Hydraulikspeicher sowie einer in einem Pumpengehäuse angeordneten Hydraulikpumpe
und einem Hydraulikblock ausgestattet ist. Kennzeichnend hierfür ist, dass zumindest
Motorgehäuse, Pumpengehäuse und der Hydraulikblock ein einheitliches handhabbares
starres Modul bilden und die in dem Modul umströmende Hydraulikflüssigkeit alle Elemente
des Moduls in Längsrichtung (Umlaufsystem) bereichsweise durchsetzt. Wesentliches
Element dieser Hydraulikeinheit ist, dass die Hydraulikpumpe und der Hydraulikblock
eine Funktionseinheit bilden, der Hydraulikblock mit einer Mehrzahl von Hydraulikanschlußelementen
versehen ist und durch einen Flansch eine im Pumpengehäuse angeordnete Förderkammer
durch den Hydraulikblock auf der dem Motorgehäuse gegenüberliegenden Seite abgedeckt
wird.
[0006] Aus der
US 3 853 435 A ist eine Hydraulikvorrichtung bekannt, umfassend ein Gehäuse mit einer Fluidzufuhröffnung
und einer Fluidaustrittsöffnung, wobei ein Rotor in dem Gehäuse und ein Stator vorgesehen
sind, ferner ein Rotor, der drehbar in Bezug auf den Stator ist und eine Niederdruck-
und eine Hochdruckzone aufweist. Ein Kommutator-Ventil ist drehbar in dem Gehäuse
aufgenommen, wobei in zwei Hohlräumen eine Hochdruck- und Niederdruckzone in Verbindung
mit dem Fluidzufuhranschluss und der Fluidabgabeöffnung verbunden sind.
[0007] Aus den Druckschriften
DE 30 15 551 A1 und
DE 30 29 997 A1 sind Kreiskolbenmaschinen bekannt, welche einen wie eingangs beschriebenen strukturellen
Aufbau besitzen, wobei darin aufgezeigte Verteilerteile jeweils an der Stirnseite
mit Druck beaufschlagt sind.
Darstellung der Erfindung
[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Strömungsmaschine zu
schaffen, bei der die axialen Kräfte bis auf eine Mindestkraft zum Dichten der Laufflächen
sehr klein oder gar Null sind, und welche sowohl als Pumpe als auch als Antriebsmaschine
eingesetzt und mit allen denkbaren strömbaren Medien betrieben werden kann, wobei
sie sich im Rechts- und Linkslauf gleich verhalten und die Funktion unabhängig von
den Druckkonstellationen der Antriebsdrücke sicher gewährleistet werden soll.
[0009] Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine sind
in den Unteransprüchen angegeben.
[0010] Danach ist eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet,
dass durch Zuleitungen und eine Steuervorrichtung mindestens einer der weiteren Druckbereiche
oder Ersatzflächen mit einem Antrieb zur Steuervorrichtung verbunden ist und dadurch
mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird und dadurch die Gesamtkraft an der Stirnseite
sowie der Wirkungsgrad über die gesamtresultierende Kraft, welche die Kontaktflächen
zwischen Kolben und Verteilerteil, sowie zwischen Verteilerteil und Zuleitungsteil
aufeinanderpresst, innerhalb eines Regelbereiches verändert wird.
[0011] Die Strömungsmaschine soll bevorzugt im Zweirohrprinzip ohne separaten Leck- Ablauf
ausgeführt werden können und mit einer Steuervorrichtung und einem zugehörigen Antrieb
ausgestattet werden können, so dass sie ihren hohen Wirkungsgrad auch noch bei hohen
Drücken behält. Über die Steuervorrichtung soll eine Freilauffunktion, eine Bremsfunktion,
eine Blockierfunktion, einen Sanftanlauf, eine Linearisierung der Kennlinien und innerhalb
eines Regelbereiches eine Adaption der Kennlinien an bestimmte Lastanforderungen realisierbar
sein.
[0012] Alle auf das Verteilerteil wirkenden Kräfte stehen zunächst in jedem der vier Betriebszustände
der Strömungsmaschine sowohl in axialer als auch in radialer Richtung - bis auf eine
Dichtkraft - in einem Gleichgewicht. Um die axialen Kräfte auch drehzahl- und drehrichtungsunabhängig
im Gleichgewicht halten zu können, sind an dem Verteilerteil zusätzliche Druckbereiche
in der Weise angeordnet, dass sich auf der Stirnseite des Verteilerteils eine regelmäßige
und in sich symmetrische Druckverteilung ausbildet. Dieses Gleichgewicht kann nun
durch eine zusätzliche, vorzugsweise vorgesehene Steuervorrichtung mit einem Antrieb
gezielt verändert werden. Unter einer Steuervorrichtung soll nachfolgend ein Kraftübertragungsmittel
verstanden werden, welches axiale Kräfte auf den Kolben überträgt. Diese Kraft wird
von einem separaten Antrieb erzeugt und kann auch zum Bremsen oder Sanftanlaufen oder
Blockieren oder Auskuppeln der Strömungsmaschine verwendet werden.
[0013] Es war für den Fachmann überaus erstaunlich, dass bei der erfundenen Strömungsmaschine
alle oben genannten Nachteile nicht mehr auftraten. Der wesentliche und entscheidende
Vorteil der vorgeschlagenen Strömungsmaschine besteht darin, dass sie in allen vier
Quadranten sehr funktionssicher wird, gleiche Eigenschaften im Rechts- und Linkslauf
besitzt und durch die Eliminierung von Reibverlusten einen wesentlich höheren Wirkungsgrad
und sehr hohe Anlaufmomente erreicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0014] Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen
Strömungsmaschine ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig
von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
[0015] In den Zeichnungen zeigen
Fig.1 eine isometrische Schnittansicht durch eine Strömungsmaschine;
Fig.2 einen Vergleich zwischen einer typischen Kennlinie eines bereits bekannten Antriebes
und drei möglichen Kennlinien innerhalb eines Regelbereiches;
Fig.3 die auf den Kolben und das Verteilerteil wirkenden axialen Kräfte, welche sich
zur Gesamtkraft addieren;
Fig.4 im ersten Schnitt X-X den modellhaften Druckverlauf mit nicht konstantem Gradienten
zwischen dem Antriebsdruck und dem weiteren Druck, im zweiten Schnitt X-X ein Ersatzsystem
mit konstanten Drücken sowie drei Wirkungsfälle der Gesamtkräfte an der Stirnseite
des Verteilerteils; Modell und Ersatzsystem haben die gleiche Fläche A unter der Kurve;
Fig.5 die Strömungsmaschine in einem Betriebszustand als Pumpe oder als Motor;
Fig.6 die Strömungsmaschine in einem Freilauf-Betriebszustand;
Fig.7 eine Ausgestaltungsform der Steuerung;
Fig.8 eine weitere Ausgestaltungsform der Steuerung;
Fig.9 ein Blockschaltbild der Strömungsmaschine;
Fig.10 exemplarisch vier Ausführungsformen eines Leistungsteils mit rotierendem Zu-
und Ablauf.
Ausführung der Erfindung
[0016] Wie aus Fig.1 ersichtlich, besteht die bevorzugte Strömungsmaschine 1 aus einem Leistungsteil
2 sowie einer Steuerung 3, wobei das Leistungsteil 2 über den Antrieb 12 das Verteilerteil
10 antreibt. Über das Zuleitungsteil 11 wird das Leistungsteil 2 mit rotierendem Zu-
und Ablauf mit den beiden Antriebsdrücken p1,p2 versorgt. Axial zum Zuleitungsteil
11 ist das Verteilerteil 10 angeordnet. Der Kolben 9 ist axial an dem Verteilerteil
10 angeordnet und wird axial mit den beiden Antriebsdrücken p1,p2 über das Anschlussteil
4 versorgt. Kolben 9, Verteilerteil 10 und Zuleitungsteil 11 sind an dem Anschlussteil
4 angeordnet. In dem Anschlussteil 4 sind die beiden Anschlüsse 5,6.
[0017] Die Steuervorrichtung 13 wirkt in axialer Richtung auf den Kolben 9 und wird dabei
vom Antrieb der Steuervorrichtung 14 angetrieben. Die beiden Checkventile 16,17 sind
zwischen dem inneren Leckbereich 7 und den Anschlüssen 5,6 angeordnet.
[0018] Am äußeren Rand des Verteilerteils 10 befindet sich ein weiterer Druckbereich 8,
welcher über mindestens eine Zuleitung 24 in dem Zuleitungsteil 11 mit dem inneren
Druckbereich 7 verbunden ist.
[0019] Eine Feder 15 erzeugt eine Federkraft Ff, mit der der Kolben 9 und das Verteilerteil
10 auf das Zuleitungsteil 11 gedrückt wird, um diese gegeneinander abzudichten. Sie
ist zwischen dem Anschlussteil 4 und dem Kolben 9 angeordnet.
[0020] Die axiale und fast geradlinige Versorgung des Leistungsteils 2 mit den Antriebsdrücken
p1,p2 ist dabei besonders vorteilhaft für den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine 1.
Der Fluss des strömbaren Mediums wird hierbei kaum durch Umlenkungen gebremst.
[0021] In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Strömungsmaschine 1 auch ohne
Steuervorrichtung 13 mit Antrieb der Steuervorrichtung 14 ausgeführt sein. Der Vorteil
dieser Ausführung besteht darin, dass die Strömungsmaschine 1 dadurch wesentlich günstiger
wird, wenn in der Applikation keine der Funktionen Freilauf, Sanftanlauf, Bremsen
oder Blockieren benötigt wird, sondern lediglich eine günstige Maschine mit exzellentem
Wirkungsgrad und gleichem funktionssicheren Verhalten im Rechts- und Linkslauf.
[0022] Wie aus Fig.2 ersichtlich, besitzen herkömmliche Strömungsmaschinen im Rechts- und
Linkslauf unterschiedliche Kennlinien K0. Im Vergleich dazu werden drei mögliche Kennlinien
K1,K2,K3 der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 1 innerhalb eines Regelbereiches
19 gezeigt. Dargestellt ist der Wirkungsgrad η über der Drehzahl der Welle nw. Bei
konstanten Antriebsdrücken p1,p2 ist dies in etwa proportional zum Moment Mw nw.
[0023] Die Kennlinie K1 zeigt exemplarisch das Verhalten einer Strömungsmaschine 1 ohne
Steuervorrichtung 13. K1 ist in den vier Quadranten I-IV bereits nahezu symmetrisch
oder sogar vollständig symmetrisch. Vorteilhaft ist hier das höhere Anlaufmoment an
der Welle Mw in den ersten beiden Quadranten I,II beim Treiben, bzw. das hohe Anlaufmoment
in den beiden Quadranten III,IV beim Pumpen. Das Anlaufen ist hier bereits bei sehr
geringen Druckunterschieden zwischen den beiden Antriebsdrücken p1,p2 immer sicher
gewährleistet. Ein geringes Anlaufmoment ist zum Beispiel bei Windmühlen wichtig,
die dadurch nicht erst bei bspw. 3m/s Windgeschwindigkeit Energie erzeugen, sondern
bereits bei bspw. 1m/s Windgeschwindigkeit.
[0024] Die Kennlinie K2 zeigt beispielhaft eine Kennlinie einer Strömungsmaschine 1 mit
Steuervorrichtung 13 und den Antrieb der Steuervorrichtung 14, bei der der Wirkungsgrad
abschnittweise linearisiert und innerhalb des Regelbereiches 19 für hohe Drücke optimiert
wurde, indem die notwendigen Dichtkräfte in der Strömungsmaschine 1 an die jeweils
anliegenden Druckverhältnisse der beiden Antriebsdrücke p1,p2 und an die Drehzahl
der Strömungsmaschine 1 angepasst wurden.
[0025] Die Kennlinie K3 zeigt exemplarisch eine Strömungsmaschine 1, welche sich innerhalb
des Regelbereiches 19 in den vier Quadranten I-IV unterschiedlich verhält. Das Blockieren
der Maschine ist in Punkt 20 dargestellt. Dort ist bei nw=0 auch Mw=0. Das Bremsen
21 ist beispielhaft an der Kennlinie K3 im ersten Quadranten I dargestellt. Im zweiten
Quadranten II ist die Adaption 22 der Kennlinie K3 exemplarisch dargestellt. Der Freilauf
23 ist im Rechts- und Linkslauf dargestellt. Dort ist Mw=0 und nw≠0.
[0026] Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass die erfindungsgemäße Strömungsmaschine
1 nun steuerbar ist. In Verbindung mit ihren verbesserten Eigenschaften, ihrer zuverlässigeren
Funktion und den zusätzlichen Funktionen Freilauf, Sanftanlauf, Bremse und Blockierung
ist sie für eine Vielzahl von Anwendungen wie bspw. als Fahrantriebe, Windmühlen,
Messsysteme, Antriebe in sicherheitskritischen Applikationen oder Servoantriebe geeignet.
[0027] Wie aus Fig.3 ersichtlich, addieren sich die auf den Kolben 9 und die Steuerplatte
10 wirkenden axialen Kräfte zur Gesamtkraft Fg. Die Steuerplatte 10 weist dabei abwechselnd
Durchtrittsöffnungen 26,27 auf, durch welche die Antriebsdrücke p1,p2 wirken können.
Der Antriebsdruck p1 erzeugt dabei die Kraft aus p1 Fp1. Der Antriebsdruck p2 erzeugt
dabei die Kraft aus p2 Fp2. Diese Kräfte Fp1,Fp2 errechnen sich aus den Antriebsdrücken
p1,p2 und den zugehörigen projizierten Ringflächen am Kolben 9. Die Feder 15 erzeugt
die Federkraft Ff. Der innere Leckdruck pli erzeugt mit der zugehörigen projizierten
Fläche die Kraft Fl.
[0028] Ist die Strömungsmaschine 1 mit einer Steuervorrichtung 13 mit Antrieb 14 ausgestattet,
so wirkt zusätzlich noch die Steuerkraft Fs. Auf der Stirnseite des Verteilerteils
10 wirken verschiedene Drücke, die zudem nicht konstant verteilt sind. Die Kraft Fgsx
errechnet sich daher allgemein zu Fgsx = ∫pA, nv dA. Je nach Ausführung wird Fgsx
zu FgsA, FgsB, oder FgsC. Die genauen Druckverhältnisse auf dieser Fläche sind nichtlinear,
drehzahlabhängig und sehr komplex.
[0029] Ein Segment mit je einer Durchtrittsöffnung 26 des Antriebsdruckes p1 und einer Durchtrittsöffnung
27 des Antriebsdruckes p2 ist in Fig.3 vergrößert dargestellt, sowie je ein Druckbereich
eines inneren Leckdruckes pl und eines weiteren Druckes pw1.
[0030] Um diese komplexen Druckverhältnisse anschaulicher darzustellen, wird im Folgenden
ein nahezu konstanter Gradient zwischen zwei Drücken p1,p2,pli,pw1,pw2 ... angenommen.
Daraus ergeben sich vereinfachte Ersatzflächen A1,A2,A3 ..., B1,B2,B3 ..., C1,C2,C3
..., mit denen die Drücke dann multipliziert und zu FgsA, FgsB und FgsC multipliziert
werden können.
[0031] Die Summe all dieser Kräfte Fp1,Fp2,Fs,Ff,FI,Fw,Fgsx ist die gesamtresultierende
Kraft Fgx, die je nach Ausführung als FgA, FgB, FgC bezeichnet wird. Erst wenn diese
gesamtresultierende Kraft Fgx die Kontaktflächen zwischen Kolben 9 und Verteilerteil
10 sowie zwischen Verteilerteil 10 und Zuleitungsteil 11 in einer ausreichenden, aber
nicht zu starken Höhe aufeinanderpresst und somit abdichtet, ohne zu blockieren, kann
die Strömungsmaschine 1 anlaufen. Ansonsten entsteht entweder der innere Kurzschlussstrom
Vki und der äußere Kurzschlussstrom Vka, da Kolben 9, Verteilerteil 10 und Zuleitungsteil
11 gegeneinander nicht dicht sind oder die Strömungsmaschine 1 blockiert sogar, da
der Anpressdruck, den Fgx zwischen den Kolben 9, Verteilerteil 10 und Zuleitungsteil
11 erzeugt, zu hoch ist. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, die Kraft Fgx über
die Steuervorrichtung 13 und den zugehörigen Antrieb 14 immer optimal auf den Betriebspunkt
der Maschine einstellen zu können.
[0032] Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass bei Vorhandensein einer Steuervorrichtung
13 mit Antrieb 14 sogar auf die Feder 15 verzichtet werden kann, wenn diese Federkraft
Ff von der angetriebenen Steuervorrichtung 13, 14 erzeugt wird.
[0033] Ein weiterer Vorteil liegt darüber hinaus darin begründet, dass gemäß dem Fall, dass
der Kolben 9 und/oder das Verteilerteil 10 und/oder die Steuervorrichtung 13 magnetisch
ausgeführt sind, hierüber ebenfalls axiale Kräfte erzeugt werden können. Als Antrieb
für die Steuervorrichtung 13 kann dann bspw. ein einfacher Elektromagnet verwendet
werden.
[0034] Wie aus Fig.4 ersichtlich, können die komplexen Druckverteilungen auf den Stirnseiten
des Verteilerteils 10 an einem modellhaften Druckverlauf mit nicht konstantem Gradienten
zwischen dem Antriebsdruck p2 und dem weiteren Druck pw1 vereinfacht dargestellt werden.
Im zweiten Schnitt X-X wird ein Grenzpunkt 25 so bestimmt, dass die beiden Flächen
A im Modellsystem und im Ersatzsystem gleich groß sind. Führt man diesen Vorgang mehrfach
an verschiedenen Stellen einer Strömungsmaschine 1 aus, führt die Verbindung der Grenzpunkte
25 zu den Ersatzflächen A1,A2,A3,B1,B2,B3,B4,C1,C2,C3,C4,C5 ..., in denen der jeweilige
Druck p1,pli,pw1,pw2 ... konstant ist.
[0035] Es ergibt sich für den Stand der Technik der Wirkungsfall A, mit A1>>A2. Im Wirkungsfall
A ist die Gesamtkraft FgsA:
im Linkslauf: FgsA = p1∗A1 + p2∗A2 + pli∗A3;
im Rechtslauf: FgsA = p2∗A1 + p1∗A2 + pli∗A3.
Beide Terme können nur gleich groß sein, wenn A1 = A2 ist. Genau das ist vorliegend
aber niemals gegeben. Aus diesem Widerspruch ergeben sich die meisten gravierenden
Nachteile bei herkömmlichen Maschinen.
[0036] Im Wirkungsfall B herrscht außen an dem Verteilerteil 10 ein weiterer Druck pw1.
Die Flächen B1 und B2 sind idealerweise gleich groß. Im Wirkungsfall B ist die Gesamtkraft
FgsB an der Stirnseite dem Verteilerteil 10:
im Linkslauf: FgsB = p1∗B1 + p2∗B2 + pw1∗B3 + pli∗B4;
im Rechtslauf: FgsB = p2∗B1 + p1∗B2 + pw1∗B3 + pli∗B4.
Da hier die Flächen B1,B2 gleich groß werden können, ist bei B1=B2. Die Gesamtkraft
an der Stirnseite FgB und damit auch die Gesamtkraft FgsB sind dann unabhängig von
der Drehrichtung gleich groß.
[0037] Vorteilhaft ist, dass die Strömungsmaschine 1 jetzt aufgrund der symmetrischen Verhältnisse
im Rechts- und Linkslauf wieder gleiche oder zumindest fast gleiche Eigenschaften
hat. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass gemäß dem Fall, dass der weitere
Druck pw1 gleich dem inneren Leckdruck pi ist, sich der Aufbau der Strömungsmaschine
1 erheblich vereinfacht, da die Druckbereiche B3 und B4 nur durch Zuleitungen 24 verbunden
werden müssen.
[0038] Im Wirkungsfall C herrscht außen an dem Verteilerteil 10 ein weiterer Druck pw1 auf
der Fläche C3. Die Flächen C1 und C2 sind idealerweise gleich groß. Die Fläche C4
wird über Zuleitungen 24 mit einem weiteren Druck pw2 versorgt. Hierbei kann es sich
beispielsweise um den inneren Leckdruck pli oder aber, wie in der Darstellung den
außen anliegenden weiteren Druck pw1 oder aber auch um einen Steuerdruck pw2 handeln.
[0039] Im Wirkungsfall C ist die Gesamtkraft FgsC an der Stirnseite des Verteilerteils 10
somit:
im Linkslauf : FgsC = p1∗C1 + p2∗C2 + pw1∗C3 + pw2∗C4 + pli∗C5;
im Rechtslauf: FgsC = p2∗C1 + pl∗C2 + pwl∗C3 + pw2∗C4 + pli∗C5.
Da hier die Flächen C1 und C2 gleich groß werden können, ist bei C1=C2. Die Gesamtkraft
an der Stirnseite FgC und damit auch die Gesamtkraft FgsC sind dann unabhängig von
der Drehrichtung gleich groß. Wenn pli = pw1 = pw2 gilt, vereinfacht sich wiederum
der Aufbau der Strömungsmaschine 1 erheblich, da die Druckbereiche C3,C4,C5 nur durch
Zuleitungen 24 verbunden werden müssen. Hieraus ergibt sich vorteilhaft eine Vielzahl
von denkbaren Konstellationen, um die Eigenschaften der Strömungsmaschine 1 zu beeinflussen
und zu optimieren.
[0040] Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass ein weiterer Druck pw1 auch durch
mindestens eine Zuleitung zum weiteren Druckbereich 24 von außen über das Anschlussteil
4 als Steuerdruck zuführbar ist.
[0041] Wie aus Fig.5 ersichtlich, benötigt die Strömungsmaschine 1 in einem Betriebszustand
als Pumpe oder als Motor eine gesamtresultierende Kraft Fg, die über den Kolben 9
und das Verteilerteil 10 auf das Zuleitungsteil 11 drückt und damit die Stirnflächen
von Kolben 9, Verteilerteil 10 und Zuleitungsteil 11 gegeneinander abdichtet. Durch
eine Druckdifferenz zwischen den beiden Antriebsdrücken p1,p2 kommt es zum Antriebsstrom
Va welcher die Strömungsmaschine 1 antreibt. Durch Undichtigkeiten zwischen Kolben
9, Verteilerteil 10 und Zuleitungsteil 11 kommt es zu einem inneren Leckstrom Vli
und einem äußeren Leckstrom Vla. Über bevorzugte Zuleitungen zum weiteren Druckbereich
24 sind beide Leckströme Vla, Vli miteinander verbunden. Diese Leckströme Vla,Vli
sammeln sich und erzeugen den inneren Leckdruck pli. Sobald dieser innere Leckdruck
pli groß genug ist, wird er über eines der beiden Checkventile 16,17 in den kleineren
der beiden Antriebsdrücke p1,p2 abgeleitet.
[0042] Vorteilhaft ist, dass es erst in Verbindung mit den gleichen Eigenschaften im Rechts-
und Linkslauf nun möglich wird, die Strömungsmaschine 1 mit nur zwei Zuleitungen in
allen Betriebspunkten zu betreiben. Eine dritte Leckleitung, um die Leckströme Vla,Vli
abzuleiten, entfällt.
[0043] Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass die Versorgung des Verteilerteils
10 fast ohne Umlenkung axial über den Kolben 9 und das Anschlussteil 4 erfolgt, und
sich aufgrund der großen Querschnitte der Durchtrittsöffnungen 26,27 für die beiden
Antriebsdrücke p1, p2 auch sehr große Strömungsquerschnitte ergeben. Beides trägt
zu einem guten Gesamtwirkungsgrad η bei.
[0044] Ein weiterer Vorteil liegt auch darin begründet, dass die Strömungsmaschine 1 in
allen ihren Teilen herstellungstechnisch optimiert ist, da bis auf eine Zuleitung
zum weiteren Druckbereich 24 keine schrägen Bohrungen existieren.
[0045] Wie aus Fig.6 ersichtlich, wird die Strömungsmaschine 1 in einen Freilauf-Betriebszustand
gebracht, wenn die gesamtresultierende Kraft Fg den Kolben 9 von dem Verteilerteil
10 wegdrückt. Dazu wird über eine Steuervorrichtung 13 mit einem Antrieb für die Steuervorrichtung
14 eine Kraft Fs auf den Kolben 9 ausgeübt. Zwischen dem Kolben 9, des Verteilerteils
10 und dem Zuleitungsteil 11 entstehen dadurch Spalte, über welche sich ein innerer
Kurzschlussstrom Vki und ein äußerer Kurzschlussstrom Vka bilden. Über die Steuervorrichtung
13 kann vorteilhaft sehr feinfühlig vom Freilauf in das Anlaufen der Maschine übergegangen
werden, so dass ein Sanftanlauf entsteht.
[0046] Da die Welle der Steuerung 2 über den Antrieb 12 des Verteilerteils 10 mit der Untersetzung
und mit dem Verteilerteil 10 verbunden ist, kann vorteilhaft durch ein Umkehren der
Steuerkraft Fs des Verteilerteils10 zwischen Kolben 9 und Zuleitungsteil 11 abgebremst
und so das Moment an der Welle Mw direkt beeinflusst werden.
[0047] Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass das Bremsmoment, welches bei geöffnetem
Freilauf entsteht, sehr gering ist, da keine inneren Bremsmomente mehr durch die gesamtresultierende
Kraft Fg entstehen können.
[0048] Wie aus Fig.7 ersichtlich, können die Anschlüsse 5, 6 auch direkt an dem Kolben 9
angeordnet sein. Die Feder 15 drückt über den Kolben 9 das Verteilerteil 10 auf das
Zuleitungsteil 11. Das Verteilerteil 10 wird in dieser bevorzugten Anordnung radial
von innen mit den Antriebsdrücken p1,p2 versorgt. Dadurch werden die axialen Kräfte
Fp1, Fp2, die aus den Versorgungsdrücken p1,p2 resultieren, zu null.
[0049] Vorteilhaft ist, dass Druckschwankungen der Antriebsdrücke p1,p2 in dieser Ausführung
keinen Einfluss mehr auf die gesamtresultierende Kraft Fg haben. Die Steuervorrichtung
13 besteht in dieser bevorzugten Ausführung vorteilhaft aus einem strömbaren Medium,
welches sich in einem Zylinder, der zwischen Kolben 9 und den beiden Anschlussteilen
4 angeordnet ist, befindet. Der Antrieb der Steuervorrichtung 14 beaufschlagt dieses
strömbare Medium mit einem Steuerdruck und erzeugt so die Steuerkraft Fs. Das Verteilerteil
10 wird vom Antrieb 12 des Verteilerteils 10 mit der Drehzahl nv angetrieben. Zwischen
dem inneren Leckbereich 7 und den Anschlüssen 5,6 sind dabei die beiden Checkventile
16,17 angeordnet.
[0050] Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform der Strömungsmaschine 1 liegt darin begründet,
dass das gesamte System über strömbare Medien betrieben wird und so eine Einbindung
in ein Gesamtsystem, in welchem die Steuerungsinformation bereits in Form eines Steuerdruckes
vorliegt, erleichtert wird.
[0051] Wie aus Fig.8 ersichtlich ist, können in einer weiteren Ausgestaltungsform der Steuerung
3 die Anschlüsse 5,6 an dem Anschlussteil 4 angeordnet sein und das Verteilerteil
10 direkt und nicht über den Kolben 9 mit den Antriebsdrücken p1,pw versorgen. Vorteilhaft
ist hier, dass dadurch die axialen Kräfte Fp1,Fp2, die aus den Versorgungsdrücken
p1,p2 resultieren, radial wirken und so axial zu null werden. Druckschwankungen von
p1, p2 haben so keinen Einfluss mehr auf die gesamtresultierende Kraft Fg. Die Feder
15 drückt über den Kolben 9 das Verteilerteil 10 auf das Zuleitungsteil 11. Das Verteilerteil
10 wird in dieser bevorzugten Anordnung radial von Außen mit den Antriebsdrücken p1,p2
versorgt. Der Antrieb der Steuervorrichtung 14 übt über die Steuervorrichtung 13 eine
Steuerkraft Fs auf den Kolben aus. Das Verteilerteil 10 wird vom Antrieb 12 des Verteilerteils
10 mit der Drehzahl nv angetrieben. Der weitere Druckbereich ist außen an dem Verteilerteil
10 angeordnet. In dem Anschlussteil 4 ist ein separater Leckanschluss 18 angeordnet.
Handelt es sich bei dem strömbaren Medium um ein gasförmiges Fluid, welches über den
Anschluss 5 mit dem Antriebsdruck p1 in die Strömungsmaschine 1 gelangt und über den
Anschluss 6 ins Freie strömt, so kann der Leckstrom Vli über den Leckanschluss 18
ebenfalls sofort ins Freie abströmen, ohne erst einen Druck zum Ansteuern von Checkventilen
15,16 aufbauen zu müssen. Dadurch sinkt der Anlaufdruck p1 der Strömungsmaschine 1
auf ein vorteilhaftes Minimum. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt darin
begründet, dass sich die Strömungsmaschine 1 ohne Checkventile noch günstiger bauen
lässt.
[0052] Wie aus Fig.9 ersichtlich, besteht eine Strömungsmaschine 1, die im Winkelbereich
von 0 bis 360°/i i=1, 2, 3 ... aufgewickelt in einem Blockschaltbild dargestellt ist,
aus einem Leistungsteil 2, an dem eine Steuerung 3 angeordnet ist. An dem Verteilerteil
10 ist der Kolben 9 angeordnet. Zwischen dem Anschlussteil 4 und dem Kolben 9 ist
die Feder 15 angeordnet. Diese presst den Kolben 9 zunächst an das Verteilerteil 10.
Am Kolben 9 kann optional eine Steuervorrichtung 13 angeordnet werden, an welcher
ein Antrieb 14 angeordnet ist. Die Antriebsdrücke p1,p2 werden in den Kolben 9 eingeleitet
und auf die einzelnen Durchtrittsöffnungen 26,27 in dem Verteilerteil 10 verteilt.
Die Verteilung dieser beiden Antriebsdrücke p1,p2 auf je zwei Druckbereiche von 0°
bis 180°/i und von 180°/i auf 360°/i erfolgt durch das Verteilerteil 10 mittels einer
Differenz zwischen der Anzahl an Durchtrittsöffnungen 26,27 in dem Verteilerteil 10
und der Anzahl der Zuleitungen zum Leistungsteil 28 in dem Zuleitungsteil 11. Auf
den Stirnseiten des Verteilerteils 10 wirken noch weitere Druckbereiche 8, die hier
durch Zuleitungen 24 dargestellt sind.
[0053] An dem Zuleitungsteil 11 ist das Leistungsteil 2 mit rotierendem Zu- und Ablauf angeordnet.
Zwischen dem Verteilerteil 10 und dem Leistungsteil 2 ist der Antrieb 12 des Verteilerteils
10 angeordnet. Das Leistungsteil 2 treibt über den Antrieb 12 das Verteilerteil 10
synchron an, so dass sich beide synchron mit der Drehzahl nv das Verteilerteil 10
drehen. Zwischen dem Verteilerteil 10 und dem Leistungsteil 2 besteht ein Verstellwinkel
ξ, so dass die Druckbereiche p1, p2 des Leistungsteils 2 voreilend, genau synchron
oder nacheilend zum Verteilerteil 10 sein können. Je nach Bauart des Leistungsteils
2 ist hierfür eine Untersetzung u zur Drehzahlanpassung erforderlich.
[0054] Vorteilhaft ist, dass der Antrieb 12 des Verteilerteils 10 dabei aber nicht mehr
unbedingt koaxial zum Verteilerteil 10 sein muss. Ein weiterer Vorteil liegt darin
begründet, dass die Untersetzung u je nach Art des Leistungsteils 2 auch gleich 1
sein kann und somit ein Direktantrieb möglich ist, der keine zusätzlichen Laufgeräusche
verursacht. Vorteilhaft ist, dass durch das Voreilen bzw. Nacheilen des Verteilerteils
10 zum Leistungsteil 2 um den Verstellwinkels ξ der Wirkungsgrad η und auch die Symmetrie
der Kennlinien K0, K1, K2, K3 verändern lassen.
[0055] Wie aus Fig.10 ersichtlich, sind mehrere Bauarten von Leistungsteilen 2 mit rotierendem
Zu- und Ablauf denkbar, welche mit der Steuerung 3 zu einer Strömungsmaschine 1 kombiniert
werden können.
[0056] In der ersten Ausführungsform A besteht das Leistungsteil 2 aus einer GEROTOR-Maschine
mit konstantem Volumenstrom, wie sie in der Fig.1 im Schnitt zu sehen ist. Dargestellt
ist ein Schnitt durch die GEROTOR-Maschine, welcher die beiden Druckbereiche mit den
Antriebsdrücken p1,p2 zeigt. Die Untersetzung u ist ungleich 1. Die beiden Druckbereiche
mit den Antriebsdrücken p1,p2 rotieren mit der Drehzahl nv. Der Vorteil ist hier die
einfache und kompakte Bauweise einer solchen Strömungsmaschine 1.
[0057] In der zweiten Ausführungsform B besteht das Leistungsteil 2 aus einer im Volumenstrom
regelbaren GEROTOR-Maschine. Diese ist im Schnitt dargestellt. Der wichtigste Vorteil
ist hier die Regelbarkeit des Volumenstromes, was in vielen Applikationen zwingend
notwendig ist.
[0058] In der dritten Ausführungsform C besteht das Leistungsteil 2 aus einer Axialkolbenmaschine
mit einer Taumelscheibe. Die Welle dieser Maschine ist direkt mit dem Verteilerteil
10 der Steuerung 3 verbunden. Die Untersetzung u ist somit gleich 1. Hieraus ergibt
sich eine besonders einfache Konstruktion, welche auch über die Neigung der Taumelscheibe
im Volumenstrom regelbar sein kann und mit u=1 einen besonders einfachen und leisen
Direktantrieb der Steuerung 3 ermöglicht.
[0059] In der vierten Ausführungsform D besteht das Leistungsteil 2 aus einer Radialkolbenmaschine
mit Pleueln und Kurbelwelle. Die Welle dieser Maschine ist direkt mit dem Verteilerteil
10 der Steuerung 3 verbunden. Die Untersetzung u ist somit gleich 1.
[0060] Ein ganz zentraler Vorteil der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 1 ist es, sie
mit einer Vielzahl an denkbaren Leistungsteilen 2 zu kombinieren, um für die jeweilige
Applikation der Strömungsmaschine 1 eine ideale Lösung zu schaffen.
Liste der Bezugsziffern
[0061]
- 1
- Strömungsmaschine
- 2
- Leistungsteil mit rotierendem Zu- und Ablauf
- 3
- Steuerung
- 4
- Anschlussteil
- 5
- erster Anschluss
- 6
- zweiter Anschluss
- 7
- Leckbereich innen
- 8
- weiterer Druckbereich
- 9
- Kolben
- 10
- Verteilerteil
- 11
- Zuleitungsteil
- 12
- Antrieb des Verteilerteils
- 13
- Steuervorrichtung
- 14
- Antrieb Steuervorrichtung
- 15
- Feder
- 16
- erstes Checkventil
- 17
- zweites Checkventil
- 18
- Leckanschluss
- 19
- Regelbereich
- 20
- Blockierung
- 21
- Bremsen
- 22
- Adaption
- 23
- Freilauf
- 24
- Zuleitung
- 25
- Grenzpunkt
- 26
- Durchtrittsöffnung des Antriebsdrucks p1
- 27
- Durchtrittsöffnung des Antriebsdrucks p2
- 28
- Zuleitungen zum Leistungsteil
- η
- Wirkungsgrad
- Mw
- Moment Welle
- Nw
- Drehzahl Welle
- Nv
- Drehzahl Verteilerteil
- Fp1
- Kraft aus Antriebsdruck p1
- Fp2
- Kraft aus Antriebsdruck p2
- Fs
- Steuerkraft
- Ff
- Federkraft
- Fl
- Kraft Leckdruck
- Fw
- Kraft weiterer Druck
- FgsA
- Gesamtkraft Stirnseite Stand der Technik
- FgsB
- Gesamtkraft Stirnseite Ausführungsform B
- FgsC
- Gesamtkraft Stirnseite Ausführungsform C
- Fgx
- gesamtresultierende Kraft
- p1
- erster Antriebsdruck
- p2
- zweiter Antriebsdruck
- ξ
- Verstellwinkel
- Va
- Antriebsstrom
- Vki
- Innerer Kurzschlussstrom
- Vka
- Äußerer Kurzschlussstrom
- p li
- Leckdruck innen
- ps
- Steuerdruck
- V li
- Leckstrom innen
- V la
- Leckstrom außen
- pw1, pw2,
- ...weiterer Druck
- V w
- weiterer Strom
- A
- Flächen
- A1, A2, A3
- Ersatzflächen Stand der Technik
- B1, B2, B3, B4
- Ersatzflächen Ausführungsform B
- C1, C2, C3, C4, C5, ...
- Ersatzflächen Ausführungsform C
- K0, K1, K2, K3
- Kennlinien
- u
- Untersetzung
1. Strömungsmaschine (1), welche sowohl als Motor als auch als Pumpe betrieben werden
kann, mit axial fest gelagerter Welle (Mw), umfassend ein Leistungsteil (2) mit mindestens
einem Zu- und Ablauf, eine Steuerung (3), die zumindest ein Anschlussteil (4) umfasst,
an dem mindestens ein Verteilerteil (10) mit Durchtrittsöffnungen (26,27) sowie zumindest
ein Zuleitungsteil (11) angeordnet sind, wobei das Verteilerteil (10) mittels zumindest
eines an der Welle (Mw) angeordneten Antriebs (12) angetrieben wird und axiale Kräfte
auf einen an dem Verteilerteil (10) axial angeordneten Kolben (9) verteilt werden,
wobei der mindestens eine an dem Leistungsteil (2) vorgesehene Zu- und Ablauf rotierend
ausgestaltet ist und von dem Verteilerteil (10) und dem Kolben (9) über das Zuleitungsteil
(11) mit mindestens zwei sich mitrotierenden Antriebsdrücken (p1, p2) versorgt wird,
wobei die Antriebsdrücke (p1, p2) mit ihren zugehörig projizierten Ringflächen (A1,
A2) am Kolben (9) die Kräfte Fp1 und Fp2 erzeugen, wobei mindestens eine Stirnseite
des Verteilerteils (10) auf mindestens einer Ersatzfläche (B3,C3,C4, ...) mit mindestens
einem weiteren Druck (pw1, pw2, ...) beaufschlagt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch Zuleitungen (24) und eine Steuervorrichtung (13) mindestens einer der weiteren
Druckbereiche oder Ersatzflächen (8, B3, C3,C4, ..) mit einem Antrieb (14) zur Steuervorrichtung
(13) verbunden ist und dadurch mit einem Steuerdruck (ps) beaufschlagt wird und dadurch
die Gesamtkraft an der Stirnseite (Fgsx) sowie der Wirkungsgrad (η) über die gesamtresultierende
Kraft (Fgx), welche die Kontaktflächen zwischen Kolben (9) und Verteilerteil (10),
sowie zwischen Verteilerteil (10) und Zuleitungsteil (11) aufeinanderpresst, innerhalb
eines Regelbereiches (19) verändert wird.
2. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein weiterer Druck (pw1, pw2, ...), der in einem der weiteren Druckbereiche
oder auf den Ersatzflächen (8, B3, C3, C4, ...) erzeugt wirkt, durch Zuleitungen (24)
mit einem inneren Leckbereich (7) verbunden ist und so gleich dem inneren Leckdruck
(pli) ist.
3. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass über eine Steuervorrichtung (13) und einen Antrieb der Steuervorrichtung (14) die
Steuerkraft (Fs) auf den Kolben (9) erzeugt wirkt und so die gesamtresultierende Kraft
(Fgx) verändert wird, wobei damit eine Adaption des Wirkungsgrades, ein Abbremsen,
ein Blockieren, ein Sanftanlauf oder ein Freilauf mit einem inneren und/oder einem
äußeren Kurzschlussstrom (Vka, Vki) der Strömungsmaschine (1) erzielt wird.
4. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zuleitung beider Antriebsdrücke (p1,p2)
a) in nahezu geradliniger axialer Richtung oder
b) in radialer Richtung von innen oder
c) in radialer Richtung von außen
erfolgt.
5. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der innere Leckbereich (7) über einen Leckanschluss (18) in das Anschlussteil (4)
nach außen abgeleitet wird und/oder über je ein Checkventil (1,2,16,17) mit je einem
Anschluss (5,6) verbunden ist.
6. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (9) und/oder das Verteilerteil (10) und/oder das Zuleitungsteil (11) und/oder
die Steuervorrichtung (13) magnetisch ausgeführt sind.
7. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (14) ein Elektromagnet ist.
8. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leistungsteil 2 und dem Verteilerteil 10 ein Verstellwinkel ξ besteht,
mit dem die Symmetrie der Kennlinien K0, K1, K2, K3 verändert wird.
1. Turbo machine (1), which can be operated both as a motor and as a pump, with axially
fixed shaft (Mw), comprising a power unit (2) with at least one inlet and outlet,
a controller (3) which at least comprises a connection part (4) on which at least
one distributor part (10) with passage openings (26, 27) and at least one feed line
part (11) are arranged, the distributor part (10) by means of at least one drive (MW)
arranged on the shaft (Mw) (12) is driven and axial forces are distributed to a piston
(9) arranged axially on the distributor part (10), the at least one inlet and outlet
provided on the power part (2) being designed to rotate and from the distributor part
(10) and the pistons (9) is supplied with at least two co-rotating drive pressures
(p1, p2) via the supply line part (11), the drive presses (p1, p2) with their associated
projected annular surfaces (A1, A2) on the piston (9) generating the forces Fp1 and
Fp2 generate, whereby at least one end face of the distributor part (10) is acted
upon by at least one further pressure (pw1, pw2, ...) on at least one equivalent surface
(B3, C3, C4, ...),
characterized in that
through feed lines (24) and a control device (13) at least one of the further pressure
areas or replacement areas (8, B3, C3, C4, ...) is connected to a drive (14) to the
control device (13) and thereby to a control pressure (ps) is applied and thereby
the total force on the face (Fgsx) and the efficiency (η) over the total resulting
force (Fgx), which the contact surfaces between the piston (9) and distributor part
(10), as well as between distributor part (10) and supply part (11) pressed against
each other, is changed within a control range (19).
2. A turbo machine (1) according to claim 1,
characterized in that
at least one further pressure (pw1, pw2, ...), which is generated in one of the further
pressure areas or on the replacement surfaces (8, B3, C3, CA, ...) acts through supply
lines (24) with an internal leak area (7) and is thus equal to the internal leakage
pressure (pli).
3. A turbo machine (1) according to claim 1 or 2,
characterized in that
via a control device (13) and a drive of the control device (14) the control force
(Fs) acts on the piston (9) and thus the total resulting force (Fgx) is changed, with
an adaptation of the efficiency, a braking, a blocking, a soft start or freewheeling
with an internal and / or an external short-circuit current (Vka, Vki) of the turbo
machine (1) is achieved.
4. A turbo machine (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the feed line for both drive pressures (p1, p2)
a) in an almost straight axial direction or
b) in the radial direction from the inside or
c) in the radial direction from the outside
he follows.
5. A turbo machine (1) according to one of the preceding claims 2 to 4,
characterized in that
the inner leakage area (7) is diverted to the outside via a leakage connection (18)
in the connection part (4) and / or is connected to a connection (5,6) each via a
check valve (1, 2, 16, 17).
6. A turbo machine (1) according to one of the preceding claims 3 to 5,
characterized in that
the piston (9) and / or the distributor part (10) and / or the feed line part (11)
and / or the control device (13) are designed to be magnetic.
7. A turbo machine (1) according to one of the preceding claims 3 to 6,
characterized in that
the control device (14) is an electromagnet.
8. A turbo machine (1) according to one of the preceding claims,
characterized in that
between the power part 2 and the distributor part 10 there is an adjustment angle
ξ with which the symmetry of the characteristics KO, K1, K2, K3 is changed.
1. La machine à flux (1) pouvant fonctionner à la fois comme moteur et comme pompe, avec
un arbre (Mw) monté axialement de manière fixe, comprenant une partie motrice (2)
avec au moins une entrée et une sortie, un système de commande (3) qui comprend au
moins une partie de raccordement (4) sur laquelle se trouve au moins une partie de
distribution (10) avec des ouvertures de passage (26, 27) et au moins une partie d'alimentation
(11) sont disposées, la partie de distribution (10) étant entraînée au moyen d'au
moins un entraînement (12) disposé sur l'arbre (Mw) et les forces axiales étant réparties
sur un piston (9) disposé axialement sur la partie de distribution (10), dans laquelle
l'entrée et la sortie au moins prévues sur la partie motrice (2) sont conçues pour
tourner et sont alimentées par la partie de distribution (10) et le piston (9) via
la partie d'alimentation (11) avec au moins deux pressions d'entraînement en co-rotation
(p1, p2), les pressions de commande (p1, p2) avec leurs surfaces annulaires (A1, A2)
associées en saillie sur le piston (9) générant les forces Fp1 et Fp2, au moins une
face frontale de la pièce de distribution (10) étant disposée sur au moins une surface
de remplacement (B3, C3, C4,...) est soumise à au moins une autre pression (pw1, pw2,...),
caractérisé en ce que,
au moins une des autres zones de pression ou surfaces de remplacement (8, B3, C3,
C4,...) est assurée par des conduites d'alimentation (24) et un dispositif de commande
(13).) est relié par des conduites d'alimentation (24) et un dispositif de commande
(13) à un entraînement (14) et est ainsi sollicité par une pression de commande (ps)
et la force totale sur la face frontale (Fgsx) et le rendement (η) est ainsi modifié
dans une plage de commande (19) par la force totale résultante (Fgx), qui presse les
surfaces de contact entre le piston (9) et la partie distributeur (10), et entre la
partie distributeur (10) et la partie conduite d'alimentation (11), l'une contre l'autre.
2. La machine à flux (1) selon la revendication 1,
caractérisé en ce que,
au moins une autre pression (pw1, pw2, ...), qui agit dans l'une des autres zones
de pression ou sur les surfaces de remplacement (8, B3, C3, CA, ...), est reliée par
des conduites d'alimentation (24) à une zone de fuite intérieure (7) et est donc égale
à la pression de fuite intérieure (pli).
3. La machine à flux (1) selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que,
la force de commande (Fs) est générée et agit sur le piston (9) via un dispositif
de commande (13) et un entraînement du dispositif de commande (14), modifiant ainsi
la force résultante globale (Fgx), une adaptation du rendement, un freinage, un blocage,
un démarrage progressif ou une roue libre avec un courant de court-circuit interne
et/ou externe (Vka, Vki) de la turbomachine (1) étant obtenue.
4. La machine à flux (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que,
la ligne d'alimentation des deux pressions de l'actionneur (p1, p2)
a) en direction axiale presque droite ou
b) en direction radiale depuis l'intérieur ou
c) en direction radiale depuis l'extérieur.
5. La machine à flux (1) selon l'une des revendications précédentes 2 à 4,
caractérisé en ce que,
la zone de fuite intérieure (7) est évacuée vers l'extérieur via un raccord de fuite
(18) dans la pièce de raccordement (4) et/ou est reliée à un raccord respectif (5,
6) via un clapet antiretour respectif (1, 2, 16, 17).
6. La machine à flux (1) selon l'une des revendications précédentes 3 à 5,
caractérisé en ce que,
le piston (9) et/ou la pièce de distribution (10) et/ou la pièce d'alimentation (11)
et/ou le dispositif de commande (13) est de conception magnétique.
7. La machine à flux (1) selon l'une des revendications précédentes 3 à 6,
caractérisé en ce que,
l'appareil de contrôle (14) est un électro-aimant.
8. La machine à flux (1) selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que,
il existe un angle de réglage ξ entre la section de puissance 2 et la section de distribution
10, avec lequel la symétrie des courbes caractéristiques KO, K1, K2, K3 est modifiée.