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(11) | EP 2 107 213 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Hydraulische Maschine bestehend aus zwei identischen Rotoren |
| (57) Gemäß der Erfindung besteht die Maschine aus folgenden Bestandteilen besteht: zwei
identischen Rotoren R1 und R2, in denen jeweils identische Rohrschaltungen (C1, C2 ) e (C3, C4 ); einer Kurbelwelle ama, die den identischen Rotoren R1 und R2 mittels Kurbelstangen b1,2 und Kurbeln ma1,2 eine gleiche und entgegengesetzte oszillatorische Bewegung alternativ auferlegt und
so in der Flüssigkeit einer jeden Reihe ein identischer Kräfteimpuls für die Betriebsweise
einer Pumpe oder einer Turbine erzeugt wird.
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[0001] Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
[0002] Maschinen dieser bekannter Art sind verhältnismäßig kompliziert, besitzen eine noch verbesserbare Leistung, und können nur entweder als Pumpe oder als Turbine betrieben werden.
[0003] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung einer hydraulischen Maschine bekannter Art.
[0004] Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Maschine mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
[0005] Die erfindungsgemäße Maschine besteht aus folgenden Bestandteilen:
- a) zwei identischen Rotoren R1 und R2, nn denen jeweils identische Rohrschaltungen (C1, C2) e (C3, C4) befestigt sind;
- b) einer Kurbelwelle ama, die den identischen Rotoren R1 und R2 mittels Kurbelstangen b1,2 und Kurbeln ma1,2 eine gleiche und entgegengesetzte oszillatorische Bewegung alternativ auferlegt; wobei diese derart vorgegeben ist, dass im Rotor R1 im Interwall θ (0°, 90°) der Kurbelwelle ama eine rechtsdrehende Kraft der Rohrschaltung C1 und im Interwall θ(180°, 270°) eine an der Rohrschaltung C2 angewandte linksdrehende Kraft entwickelt wird; während im Rotor R2 die Kraft der Rohrschaltungen C3 und C4 jeweils in θ (180°, 270°) und in θ (0°, 90°) entwickelt wird. Der von der Maschine entwickelte Kraftbetrag ist zur Masse mc proportional, die in jeder Rohrleitung der Rotoren R1,2 enthalten ist. Die Masse kann erhöht werden, indem jeder Rohrschaltung Ci,j eine ganze Zahl N0 von Wendeln mit Schwerpunktradius rB und einem Querschnitt Sc gleich jenen der Rohrschaltung Ci,j hinzugefügt wird. Auf diese Weise ist die Masse einer jeden Rohrschaltung Cj,j gleich mc (1+4N0). Die von der Maschine entwickelte Leistung ist überdies proportional zuθ̇3, und zwar zum Kubus der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ama. Auf diese Art und Weise kann der Leistungswert der Maschine von einem Mindestwert auf einen sehr hohen Wert verändert werden.
- c) Für die Betriebsweise als Pumpe PO wird der Eingang EPO geöffnet und der Eingang ETU geschlossen; für die Betriebsweise als Turbine wird der Eingang ETU geöffnet und der Eingang EPO geschlossen (siehe Figur 1).
- d) Die von den beiden Rotoren entwickelte Leistung wird der Kurbelwelle ama mittels der Kurbelstangen b1 und b2 übertragen.
- e) Die Kurbelwelle ama (Figur 2) ist in der Betriebsweise der Maschine als Pumpe mit einem Motor verbunden, der die aufgenommene Energie liefert; in der Betriebsweise als Turbine ist die Kurbelwelle ama mit dem Verbraucher der entwickelten Energie verbunden.
DIE VORTEILE DER MASCHINE
[0006]
- 1) Einfachheit der Konstruktion,
- 2) hohe Leistung, die den verhältnismäßig geringen Verlusten der sie bildenden Rohrleitungen zurückzuführen ist,
- 3) die Betriebweise als Pumpe oder als Turbine, erhalten durch die Änderung der Richtung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit,
- 4) Möglichkeit in der Betriebsweise auch mit pastösen Flüssigkeiten, mit körnigen Feststoffen und mit einer Feststoffmischung herabgesetzter Messungen,
- 5) relativ geringe Herstellungskosten,
- 6) Möglichkeit einer Betriebsweise auch mit erheblichen Leistungsänderungen, die an die Änderung der Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ama ohne erheblichen Leistungsänderungen verbunden ist,
- 7) der einwandfreie Massenausgleich der beiden Rotoren R1,2 und der Kurbelwelle ama, der auf die Betriebsweise der Maschine zurückzuführen ist, bewirkt der Vorteil eines Stützrahmens TS, der nur durch das Gewicht der beiden Rotoren und der Kurbelwelle belastet wird, da der Stützrahmen TS frei von funktionellen Belastungen der Maschine ist.
[0007] Weitere Merkmale gehen aus den Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten, in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsform hervor. Es zeigen
- Figur 1
- schematisch die Rohrschaltungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Maschine, und
- Figur 2
- schematisch die Kurbelstangen und die Kurbeln in Verbindung mit den Rohrschaltungen.
BESCHREIBUNG UND BETRIEBSWEISE DER MASCHINE
[0008] Die Maschine besitzt die folgenden Bestandteile:
- 1) zwei identische Rotoren R1 und R2 (Figur 1 und 2), die an einem Stützrahmen ZS angeordnet sind; am Rotor R1 sind die Rohrschaltungen C1 und C2 und am Rotor R2 sind die Rohrschaltungen C3 und C4 angeordnet;
- 2) ein Ventil V1, das nur im Interwall θ (0°, 90°) offen ist, das die Reihe von Rohrschaltungen (C1 + C3) abwickelt und ein Ventil V2, das nur im Interwall θ(180°, 270°) geöffnet ist, das die Reihe von Rohrschaltungen (C2 + C4) abwickelt;
- 3) eine Kurbelwelle ama, die in Figur 1 und 2 mit einer zu jener der Rotoren R1,2 parallelen Achse dargestellt ist; an dieser sind zwei Kurbeln ma1 und ma1 mit den Einzelheiten aus Figur 1 und 2 befestigt; die an der Kurbelwelle ama befestigten Kurbeln ma1 und ma2 sind jeweils mit dem Kopf der Kurbelstange b1 und b2 verbunden, deren Fuß jeweils mit dem Rotor R1 und R2 an einer entfernten Stelle r0 der Drehachse verbunden ist.
[0009] Die Kurbelwelle ama erzeugt die oszillatorische Bewegung der beiden Rotoren, deren Drehwinkel ϕ der Beziehung:
- (1) ϕ = ϕ0 sinθ , wo ϕ der Drehwinkel des Rotors R1,2 ist.
Durch Ableitung von (1) erhält man die
Winkelgeschwindigkeit des Rotors R1,2:
aus dem sich die Drehgeschwindigkeit der aktiven Rohrschaltungen Ci ergibt
wo: rB der Schwerpunktradius der
Rohrschaltung ist; θ̇=2πn0 ist die
Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ama;
und n0 ist die Drehzahl pro Sekunde
derselben.
Unter Ableitung von (3) gegenüber der Zeit und durch Multiplizieren mit der in der Rohrschaltung Cij enthaltenen Masse mc erhält man die Gleichung der auf mcj angewandten Kraft,
[0010] Aus dem Obigen ergibt sich, dass der Betrag der von der als Pumpe betriebenen Maschine aufgenommene Leistung zur Beziehung
proportional ist.
[0011] Die Leistung der Maschine wird mit dem Kubus der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle ama und mit der Erhöhung der Masse der Rohrschaltung Ci erhöht; wird jeder aktiven Rohrleitung eine ganze Zahl N0 von Windungen mit dem Radius rB und dem Querschnitt Sc hinzugefügt, so ist die Gesamtmasse von Ci,j:
Die von der Maschine in der Betriebsweise als Pumpe aufgenommene Leistung erhöht sich daher mit der 3.
6)
a) zwei identischen Rotore R1 und R2, in denen jeweils identische Rohrschaltungen (C1, C2 ) e (C3, C4 );
b) einer Kurbelwelle ama, die den identischen Rotoren R1 und R2 mittels Kurbelstangen b1,2 und Kurbeln ma1,2 eine gleiche und entgegengesetzte oszillatorische Bewegung auferlegt; wobei diese derart vorgegeben ist, dass im Rotore R1 im Interwall θ (0°, 90°) der Kurbelwelle ama eine rechtsdrehende Kraft der Rohrschaltung C1 und im Interwall θ(180°, 270°) eine an der Rohrschaltung C2 angewandte linksdrehende Kraft entwickelt wird; während im Rotor R2 die Kraft der Rohrschaltungen C3 und C4 jeweils in θ (180°, 270°) und in θ (0°, 90°) entwickelt wird, wobei der von der Maschine entwickelte Kraftbetrag zur Masse mc proportional ist, die in jeder Rohrleitung der Rotoren R1,2 enthalten ist, wobei die Masse erhöht werden kann, indem jeder Rohrschaltung Ci,j eine ganze Zahl N0 von Wendeln mit Schwerpunktradius rB und einem Querschnitt Sc gleich jenen der Rohrschaltung Ci,j hinzugefügt wird, womit die Masse einer jeden Rohrschaltung Cj,j gleich mc (1+4N0) ist und die von der Maschine entwickelte Leistung überdies proportional zuθ̇3 ist, und zwar zum Kubus der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ama,
c) wobei für die Betriebsweise als Pumpe PO wird der Eingang EPO geöffnet wird und der Eingang ETU geschlossen; für die Betriebsweise als Turbine der Eingang ETU geöffnet und der Eingang EPO geschlossen wird (siehe Figur 1),
d) wobei die von den beiden Rotoren entwickelte Leistung wird der Kurbelwelle ama mittels der Kurbelstangen b1 und b2 übertragen wird.
e) wobei die Kurbelwelle ama (Figur 2) in der Betriebsweise der Maschine als Pumpe mit einem Motor verbunden ist, der die aufgenommene Energie liefert und in der Betriebsweise als Turbine die Kurbelwelle ama mit dem Verbraucher der entwickelten Energie verbunden ist.
gekennzeichnet durch eine jede der Reihen von Rohrschaltungen Sc1 = (C1 + C3) und Sc2 = (C2 + C4) unter Öffnung und der Schließung jeweils für das Interwall θ (0°, 90°), und für das Interwall θ (180, 270°).
a) sehr hohe Leistung, da die Flüssigkeit die Rohrschaltung mit konstantem Querschnitt und ohne Kolben und hydraulischen Läufern befließt;
b) große Änderungsmöglichkeit der Drehzahlen der Kurbelwelle, mit dessen Kubus die Leistung der Maschine geändert wird, wobei so die Möglichkeit der Anwendungen erhöht wird.