專利名稱：葉片式機械的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權利要求1所述類型的葉片式機械。
此類結構的葉片式機械并結合下列認識，即，通過系統壓力作用在葉片內端可以避免葉片從造成往復直線運動的壁上刮削，這些都是眾所周知的。
然而葉片用系統壓力加載是有缺點的，作用在葉片上的有效液壓力限制了葉片式機械的最大可能的系統壓力。更高的系統壓力在葉片外邊緣與造成往復直線運動的壁之間產生摩擦，這種摩擦超過了這兩種構件的材料的負荷能力極限。其結果是造成磨損并因而縮短葉片式機械的使用壽命。
因此在DE-OS 1728268中公開的葉片式機械中建議，一旦葉片進入其吸入階段，借助一個調壓閥將作用在葉片上的壓力降低到一個與工作條件無關的恒定的中間壓力。有一個與閥門彈簧配合工作并因而對于壓力比的變化反應比較慢的滑閥的調壓閥，組合在葉片式機械的外殼中。因此，葉片式機械的使用條件可朝提高系統壓力的方向擴展。當然，確定的中間壓力僅僅調諧在葉片式機械的一個工作點上。因此只允許離這一工作點不遠，以免引起有關摩擦、磨損或效率方面的缺點。
相比之下，本發(fā)明以下列認識為基礎葉片外端和造成往復直線運動的壁之間的磨損現象歸諸于在葉片兩端之間尤其在其換向階段出現的壓力差。在這種換向階段中，葉片外端不作用液壓力。葉片里端則相反受高壓作用，以保證葉片壓靠在造成往復直線運動的壁上。
本發(fā)明的葉片式機械設計成，使這一壓力差盡可能小，也就是說，葉片持續(xù)地處于近似于壓力平衡的狀態(tài)。
這主要通過一個組合在葉片式機械外殼中的滑閥來達到。此滑閥在葉片的換向階段將作用在葉片里端上的壓力暫時降低到一個取決于葉片式機械瞬時系統壓力的值。
系統壓力與此降低后的壓力之間的比值根據滑閥的面積比而保持為常數，并通過一較長的系列試驗測定。這一壓力比保證在葉片式機械的一個寬大的工作范圍將葉片壓靠在造成往復直線運動的壁上，與此同時不會導致在葉片的外端或在造成往復直線運動的壁上產生磨損問題或密封問題。
工作狀態(tài)的波動通過滑閥比較快速地得到控制。因此，葉片式機械可以在一個異常高的壓力范圍內工作。
在葉片的吸入或壓出階段，為了保證壓力平衡，將與葉片里端連接的在轉子一側的壓力腔和與葉片外端連接的在外殼一側的壓力腔通過支路互相連接起來。
因此，在葉片兩端的壓力平衡在已知的葉片式機械現有的構件上可采用能比較簡單和廉價地實現的措施來達到。此外，這些措施的效果與壓力介質的粘度無關，無需調整，也不受疲勞現象或污染的影響。
本發(fā)明其它的優(yōu)點和有利的改進結構可見從屬權利要求或說明書。
例如可以考慮采用這樣一種葉片式機械，其中，滑閥只是在葉片的兩個換向階段才以降低了的系統壓力作用在葉片的里端。此外，葉片的里端上也可以在兩個換向階段作用全部系統壓力。這就進一步地簡化了葉片式機械的結構。
葉片端部的壓力平衡在第二個換向階段通過在葉片外端特殊的葉片幾何形狀來達到。
附圖表示了本發(fā)明的實施例，并在下面的說明書中詳細介紹。


圖1表示一種葉片式機械的傳動機構前視圖，用于說明工作方式；為了簡化起見，圖中沒有表示圍繞著傳動機構的外殼；圖2示意表示了葉片式機械的內部液壓回路；圖3表示按圖2的滑閥作為單獨的組件的縱剖面；此滑閥處于其中立位置。
圖1表示葉片式機械的傳動機構10，它以傳統的方式裝在圖中沒有表示的外殼的槽內。傳動機構10有一個轉子12，它傳扭地裝在一根傳扭軸13上，并與軸13一起順時針旋轉。轉子12沿其圓周有角向距離均勻排列的徑向槽14，葉片15可在槽中運動和導向。葉片15位于轉子12內部的第一端16與徑向槽14的壁一起構成壓力腔17的邊界。與葉片15第一端16相對并從徑向槽14伸出的葉片15的第二端18支靠在一個升降環(huán)20的內壁19上，此升降環(huán)20在圓周一側圍繞著轉子12。此第二端18有一個朝轉子12旋轉方向下斜的端面，并因而沿一條較窄的密封接觸線22壓靠在升降環(huán)20上。此升降環(huán)20可相對于轉子12作軸向移動，從而可以無級地調整升降環(huán)20與轉子12之間的偏心距23。由于偏心距23而在轉子12與升降環(huán)20之間形成的新月形間隙24被轉子12的葉片15分為一個個工作腔25。在轉子12旋轉一圈的過程中，由于葉片15在偏心的升降環(huán)20的迫使下進行的往復直線運動，使這些工作腔25經受容積的改變。這種容積改變在工作腔25中造成負壓或過壓，由于這種壓力，壓力介質從圖中沒有表示的葉片式機械的第一連接端流向第二連接端。葉片式機械的第一和第二連接端通過圖中看不見的通入腎形流動槽26-27中的壓力介質連接通道，與葉片15之間的工作腔25連通。流動槽26、27制在一個蓋28上面朝轉子12的一個內側。蓋28封閉住工作腔25和圖中沒有表示的外殼中槽的端面。彼此獨立的流動槽26、27在它們的縱向沿一個共同的圓形軌道圍繞著轉子12的中心線。其中，此圓形軌道的半徑與升降環(huán)20和轉子12之間的間隙24的位置相匹配。這兩個流動槽26、27沿它們的縱向各通過約4個工作腔25延伸。
如圖2所示，在蓋28面朝轉子12的內面上，在兩個流動槽26、27旁制有三個平衡槽30、31、32。這些平衡槽30、31、32在空間上互相分開，并沿一個共同的圓弧延伸。這一圓弧設置為與流動槽26、27的圓弧同心。平衡槽30、31、32的圓弧半徑小于流動槽26、27的圓弧半徑，并選擇為使這些平衡槽30、31、32能與轉子12的壓力腔17在工作上連接起來。
流動槽26、27的范圍和平衡槽30、31、32的范圍以及它們彼此的定位，由升降環(huán)20可相對于轉子12移動的方向和轉子12的旋轉方向決定。轉子12旋轉一圈，對于葉片15可分為一個吸入階段、一個壓出階段、以及兩個在它們之間的換向階段。取決于各個階段，在葉片15上作用有不同的機械力和液壓力。
流動槽26、27和平衡槽30、31、32的排列和設計，目的在于在轉子12轉一圈的過程中在葉片15上達到力的平衡。因此就有可能使葉片式機械朝更高的系統壓力方向擴展工作范圍。
在吸入階段，此時葉片15首先位于其里面的換向點并從那里起徑直朝其外面的換向點方向移去，為此，與葉片式機械吸入側連接端連接的流動槽27起作用。此流動槽27大約始于葉片15內換向點后30度，并終止于葉片15的外換向點前約20度。
平衡槽31通過支路33與流動槽27連通。因此在流動槽27中以及在平衡槽31中都處于共同的吸入側的壓力水平。平衡槽31始于沿轉子12的旋轉方向看在流動槽27起始點后約15度，并終止于流動槽27終點前約15度。
緊接在吸入階段之后進行的換向階段中，葉片15越過流動槽27和與之連接的平衡槽31，并進一步朝其外換向點方向移動。
隨著越過此外部換向點，便開始緊接著的壓出階段。此時，轉子12的壓力腔17首先與平衡槽30連通，在平衡槽30中所存在的是葉片式機械壓力側連接端的高的壓力水平。因此將葉片15壓靠在升降環(huán)20上。
由于在升降環(huán)20與轉子12之間存在偏心距，所以使葉片進一步朝其內換向點方向移動。此時，與葉片式機械壓力連接端連通的流動槽26起作用。流動槽26始于沿轉子12的旋轉方向看在平衡槽30之后約30度。流動槽26的終端和平衡槽30的終端位于沿旋轉方向的相同高度上，在葉片15內換向點前約15度處。一個封閉的環(huán)形槽29與此平衡槽30連通。在此環(huán)形槽29中高的壓力水平將轉子12壓向圖中看不到的葉片式機械的外殼，并因而在端面密封住這些工作腔25。環(huán)形槽29設計為與平衡槽30、31、32同心，并具有一個小于它們的半徑。
緊接著壓出階段的是葉片15的第二換向階段。在此第二換向階段，葉片15的外端18越過流動槽26的終端和平衡槽30的終端，就位于葉片內換向點之前?，F在，平衡槽32起作用。此平衡槽32沿轉子12的旋轉方向隔一個小的距離與平衡槽30連接，并通過一條示意表示的連接通道34由滑閥35供入壓力介質。用于調整在平衡槽32中所存在的壓力水平的滑閥35通過一條簡化表示的供入通道36與流動槽26連通。
在圖3中詳細表示的滑閥35有一個圓柱形殼體40，殼體40有一個偏心地設置的通孔41。平行于滑閥10縱軸線延伸的通孔41一共分為三段42、43、44，它們分別有不同的內徑。在殼體40第一端處的起始段42具有最小的內徑，并構成滑閥35的進口46。與起始段42相連的是一個較短的具有較大內徑的中段43，它過渡到端段44。端段44一直延伸到滑閥35的第二端47，并具有一個在起始段42的內徑與中段43的內徑之間的內徑。
在殼體40的圓周上有一些環(huán)形通道，它們起滑閥35的回流通道50和控制通道51的作用，并借助于徑向孔49與通孔41連通。回流通道50和控制通道51安排在不同的但總是垂直于通孔41延伸的平面中。控制通道51的平面位于通孔41起始段42的范圍內，而回流通道50的平面位于通孔41端段44的范圍內?？刂仆ǖ?1通過一個在滑閥35底側端47上的平行于通孔41設置的縱向通道52與通孔41連通。
回流通道50和控制通道51對外和彼此之間通過密封件53密封，密封件53裝在圓周側的密封槽54中。
為了調整進口46中的壓力水平與滑閥35控制通道51中的壓力水平之間的壓力比，在此通孔41內導引一個可移動的閥門滑閥55。此閥門滑閥55由調整滑閥56和壓力活塞57組成。它們的外徑與通孔41的起始段42或端段44的直徑相匹配，調整滑閥56和壓力活塞57在這些區(qū)段中被導引。
調整滑閥56設計成骨骼形并有兩個外徑擴大的端部58、59以及一個外徑縮小的中部60。兩個端部58、59用于調整滑閥56在通孔41中導向，并制有一些環(huán)形的潤滑油槽61。在調整滑閥56兩個端部58、59上的支路62或削平面63，用于保證壓力介質流入由通孔41的壁和第一個滑閥部分56的中部60作為邊界構成的中間腔64，或從此中間腔64流出。在調整滑閥56的中部60設計有兩個凸緣65、66，它們將中間腔64分割為幾個室。凸緣65、66的相互排列和間距，與在這一區(qū)內流入殼體40通孔41中的控制通道51的位置和直徑相匹配。凸緣65、66面朝滑閥第一部分56端部的外邊緣67、68，與控制通道51的徑向孔在通孔41內的口處形成的邊緣69一起構成了一個進口端的控制節(jié)流器72，以及構成一個與之連接的回流端的控制節(jié)流器73。在滑閥55處于中立位置時，這兩個控制節(jié)流器72、73都關閉。
壓力活塞57有一個其外徑與通孔41最大的內徑相配的導引部分75，為了改善壓力活塞57在通孔41中的滑動特性，此導引部分75上制有一些環(huán)形的潤滑油槽74。與導引部分75相連的是沿其縱向朝著兩端的外徑較小的頂桿76。壓力活塞57通過其兩個頂桿76中一個的端面支靠在控制滑閥56上，其中，此支靠位置位于一個在通孔41中段43范圍內垂直于通孔41延伸的平面內。頂桿76的長度和滑閥35回流通道50的位置應彼此協調，使得在閥門滑閥55的任何調整位置，在通孔41的中段43與回流通道50之間，在殼體40內存在一個通路77。
在液壓回路中這種結構的滑閥35將進口46中的壓力與控制通道51中的壓力之間控制為一個恒定不變的壓力比，亦即與進口46中的壓力大小無關。
下面說明此滑閥的作用方式，在這里首先從這樣的情況出發(fā)，即，迄今由液壓系統的增壓器提供的系統壓力朝著更高的壓力水平方向改變。
提高了的系統壓力通過滑閥35的進口46作用在閥門滑閥55向外伸的第一壓力面上，并使此閥門滑閥55由于受到更大的壓力而從它的中立位置移出。因此在中立位置封閉的進口端控制節(jié)流器72被打開，于是壓力介質可通過在調整滑閥56向外伸的端部58中的支路62流入中間腔64并在那里受到節(jié)流，也就是說以降低了的壓力流向控制通道51和縱向通道52。由于縱向通道52在滑閥35的底側端47處與通孔41連通，所以在縱向通道52內的壓力也作用在閥門滑閥55向外伸的第二壓力面上。由于外徑不同而在閥門滑閥55第一和第二壓力面之間形成的面積差造成的壓力差，改變了閥門滑閥55的位置并因而改變了進口端控制節(jié)流器72的截面，直至重新在閥門滑閥55上建立力的平衡。在此力的平衡狀態(tài)下閥門滑閥55處于其中立位置，也就是說，控制節(jié)流器72、73重新關閉，以及，重新建立起在進口46的壓力與控制通道51的壓力之間的壓力比。這一壓力比和閥門滑閥55第一與第二壓力面承壓面積之間的比值成反比。盡管現在系統壓力以及控制壓力比先前具有了一個更高的壓力水平，但是系統壓力與控制壓力之間的比例仍保持不變。
在由增壓器提供的系統壓力降低的情況下，相應地減小了作用在閥門滑閥55第一壓力面上的壓力。由此破壞了在閥門滑閥55上的力的平衡，導致閥門滑閥55朝殼體40第一端45的方向改變位置。因此打開了回流端控制節(jié)流器73。在控制通道51中存在的壓力介質通過此控制節(jié)流器73流入回流端凸緣66與閥門滑閥第一部分56的第二端59之間的室內，再從那里沿削平面63流入通孔41的中段43。壓力介質從中段43起，沿閥門滑閥第二部分57的頂桿76與通孔41的壁之間的通路77到達回流通道50。通過排出壓力介質，降低了控制通道51內的壓力，并因而也降低了在滑閥35縱向通道52內的壓力。于是，作用在閥門滑閥55第二壓力面上的壓力也同時減小。這一調整運動在閥門滑閥55上達到力的平衡時結束。在這一狀態(tài)，兩個控制節(jié)流器72、73重新被閥門滑閥第一部分56的凸緣65、66關閉?，F在，系統壓力以及控制壓力處于一個與先前相比為較低的水平，但這兩個壓力之間的壓力比仍保持常數不變。
在按本發(fā)明的葉片式機械中使用這種滑閥35時，所介紹的調整特性將在葉片式機械的平衡槽32中造成一個控制壓力，它的大小取決于系統壓力，但與此同時與系統壓力建立一個確定的壓力比。鑒于在閥門滑閥55處的面積比，所以這一壓力比取值在0.6與0.8之間的范圍內，最好為0.7。因此，在此最佳實施方案中，控制壓力始終比系統壓力小30％。
這一參數的背景是考慮到一種由先有技術已知的葉片式機械的葉片15上的力的關系，這一力的關系是葉片15從換向階段向其壓出階段過渡時刻或相反過程的過渡時刻產生的。
首先說明從換向階段向壓出階段的過渡。
在這一狀態(tài)下，葉片15的里端16已受到系統壓力，以保證其壓靠在升降環(huán)20上。葉片15沿轉子12旋轉方向走在前面的前側，在進入流動槽26中時受到在那里存在的高壓的作用，而在此期間在其走在后面的背側還沒有壓力作用。由于這一壓力作用導致葉片15在其徑向槽14內進行逆轉子12旋轉方向的傾斜運動。由此傾斜運動引起的作用在葉片15上的摩擦力妨礙葉片在升降環(huán)20的偏心距23作用下強迫進行的向內運動，或在極端情況下完全抑制了這一向內運動。因此，在升降環(huán)20上形成一個磨損標志，這一標志一直延伸到葉片15背側也受系統壓力加載時為止。現在，葉片15沒有橫向力地在徑向槽14中定心。
在從高壓過渡到換向階段時，在葉片15沿轉子12旋轉方向走在前面的前側上，在其外端18區(qū)域內已經不再作用有壓力，而沿旋轉方向走在后面的背側則在此期間仍受系統壓力的作用。這就再一次地導致葉片15在轉子12徑向槽14內作傾斜運動。在此換向階段沿轉子12旋轉方向進行的這一傾斜運動，再次在葉片15兩側造成摩擦力，它與轉子12旋轉運動引起的作用在葉片15上的離心力作用相反，并因而阻止葉片向外運動。為了盡管如此仍能保證葉片15的外端18壓靠在升降環(huán)20上，在換向葉片15的里端16上用系統壓力加載。當然，此葉片式機械本身可能處于這樣一個工作狀態(tài)下，即此時作用在葉片15里端16上的系統壓力大到使葉片在升降環(huán)20上的壓力導致這兩個構件之間產生不希望的磨損。
在葉片15外端面采用一個斜面，可以做到至少在兩個換向階段之一中避免在升降環(huán)20上的磨損。此斜面的作用是，一旦葉片15進入或退出處于系統壓力下的流動槽26，就在葉片15的端面施加一個起穩(wěn)定作用的橫向力。這一橫向力無論與作用在葉片15里端16上的力還是與作用在葉片15上的傾側力都是反向作用的，并因而減輕了應對升降環(huán)20上的磨損負責的這些力的作用。
葉片15外端面上斜面的方向決定了這一措施發(fā)揮作用的那個換向階段。在相反的換向階段，此時作用在葉片15側面上的壓力關系反向，故不能獲得這一效果。在相反的換向階段，此斜面甚至可能引起升降環(huán)20與葉片15之間更為嚴重的磨損，因為葉片15只是以一個狹窄的支承面壓靠在升降環(huán)20上，并相應地受到一個更高的單位面積壓力。
因此建議，在此相反的過渡階段，使作用在葉片15里端16上的壓力相對于系統壓力回退。為了避免在系統壓力波動時造成這種系統壓力的回退有很大的差別，在控制壓力與系統壓力之間的比值應始終保持不變。采用上面已介紹的滑閥35便能達到這一目的。
當然，可以在不偏離本發(fā)明思路的情況下對所介紹的實施例進行修改或改善。
例如可以設想葉片式機械沒有平衡槽30、31，它們是用來在吸入或壓出階段內保證葉片15上的壓力平衡的。在這種情況下，壓力平衡通道30、31的作用由制在葉片15本身內或制在轉子12徑向槽內的一些槽來承擔，這些槽通過壓力腔17與流動槽26、27連通，所以此壓力水平也從葉片15的外端18傳到葉片的里端16上。
此外，在葉片15從它的吸入階段向壓出階段換向時，在葉片端部16、18上的壓力平衡也可以這樣來達到，即，在蓋28中制有第二平衡槽32，它以一個與系統壓力有關的降低了的壓力作用在控制通道51內。在這種情況下應相應地縮短所存在的受系統壓力作用的平衡通道30，此時葉片15外端面上的斜面則可以取消。
權利要求
1.作為泵或馬達的葉片式機械，有一個外殼，外殼內腔裝有傳動機構(10)，該傳動機構有一個可旋轉地支承著的轉子(12)，該轉子的圓周制有一些徑向槽(14)，葉片(15)可在槽(14)中導向地移動，葉片(15)以其位于徑向槽(14)里面的第一端(16)與徑向槽(14)的壁共同構成壓力腔(17)的邊界，壓力腔(17)通過至少一條在外殼一側延伸的第一平衡通道(32)加壓，葉片(15)以其從徑向槽(14)伸出的第二端(18)支靠在壁(19)上，在轉子(12)旋轉一圈的過程中，壁(19)迫使葉片(15)作往復直線運動，并與此同時迫使葉片(15)之間構成的工作腔(25)改變體積，其結果是使一種壓力介質從葉片式機械的第一連接端流往第二連接端，其特征為至少一條在外殼一側的平衡通道(32)設計為，當葉片(15)至少經過它的一個換向階段時，使在壓力腔(17)內的壓力介質以一個中間壓力向該葉片(15)在里面的第一端(16)加載，此中間壓力的大小與系統壓力的大小有關并可通過一個組合在葉片機械外殼內的滑閥(35)進行控制；滑閥(35)將系統壓力與中間壓力之間調整為一個恒定的壓力比。
2.按照權利要求1所述的葉片式機械，其特征為作用在葉片(15)上的中間壓力小于系統壓力；由滑閥(35)所調整的壓力比取一個值為從0.6至0.8范圍之內，尤其為0.7。
3.按照權利要求1或2所述的葉片式機械，其特征為滑閥(35)在無閥門彈簧的情況下工作；滑閥(35)的有效壓力面的尺寸，根據系統壓力與中間壓力之間的壓力比來確定。
4.按照權利要求1至3之一所述的葉片式機械，其特征為除平衡通道(32)之外，至少還設有兩條附加的在外殼一側的平衡通道(30、31)，它們通過分路(33)各與葉片式機械的兩個連接端之一連接；這兩條附加的平衡通道(30、31)彼此安排成這樣，即，當葉片(15)經過一個由造成往復直線運動的壁(15)引起的吸入或壓出階段時，使葉片(15)的第一與第二端(16、18)之間處于壓力基本平衡的狀態(tài)。
5.按照權利要求1至3之一所述的葉片式機械，其特征為葉片式機械的傳動機構(10)具有沿徑向延伸的槽，它們控制葉片(15)第一端(16)與第二端(18)之間的連通，使得在葉片經過一個由造成往復直線運動的壁(19)引起的吸入或壓出階段時，葉片(15)處于壓力平衡狀態(tài)。
6.按照權利要求1至5之一所述的葉片式機械，其特征為葉片(15)從轉子(12)伸出的第二端(18)制有一個斜面，它從葉片(15)的一個側面延伸到相對的那一側面。
7.按照權利要求6所述的葉片式機械，其特征為斜面沿葉片(15)的回轉方向下斜，以及斜面有修圓的邊緣。
8.按照權利要求1至7之一所述的葉片式機械，其特征為滑閥(35)裝在外殼的蓋(28)內。
9.按照權利要求1至8之一所述的葉片式機械，其特征為葉片式機械是可調的，為此它有一個升降環(huán)(20)，升降環(huán)(20)可改變其相對于轉子(12)的偏心距(23)。
全文摘要
提出了一種結構簡單的葉片式機械,它在高效率、低磨損和長壽命的情況下具有高的工作壓力。為達到這一切采取的措施是,尤其在葉片(15)的換向階段,至少部分降低在葉片(15)兩端(16、18)引起磨損的壓力差。為此,在葉片式機械中組合一個無閥門彈簧的滑閥(35)。它根據葉片式機械的系統壓力,將此系統壓力與在換向階段將葉片(15)壓靠在升降環(huán)(20)上的那個壓力之間調整為恒定的壓力比。這一壓力比可以使葉片(15)在其換向階段內即使在高的系統壓力時壓靠在升降環(huán)(20)上,也不會由此產生不可控制的摩擦。
文檔編號F01C21/08GK1186173SQ97116169
公開日1998年7月1日 申請日期1997年8月8日 優(yōu)先權日1996年8月8日
發(fā)明者A·基, G·蘭姆基, C·W·邁恩克, R·J·希林 申請人:羅伯特-博希股份公司