CH623894A5

CH623894A5 - Hydraulic screw machine

Info

Publication number: CH623894A5
Application number: CH1211677A
Authority: CH
Inventors: Lars Segerstroem
Original assignee: Imo Industri Ab
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1981-06-30
Also published as: DE2745646C2; GB1549546A; FR2367929A1; DE2745646A1; PL112857B1; PL201517A1; FR2367929B3; SE7611475L; NL7711023A; JPS623281B2; IT1091184B; JPS5349307A; SE414813B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Schraubenmaschine mit einer Antriebsspindel und einer oder mehreren mit dieser in Eingriff stehenden Förderspindeln, wobei jede Förderspindel bei einem Ende mit einem Ausgleichskolben versehen ist, der in einer Hülse gelagert und an seiner von der Spindel abgewandten Seite dem beim entgegengesetzten Ende der Spindel herrschenden Druck ausgesetzt ist.

Eine derartige Maschine kann als Pumpe arbeiten, wobei die Antriebsspindel an einen Antriebsmotor angeschlossen ist und wobei Flüssigkeit von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite transportiert wird. Sie kann aber auch als Motor arbeiten, wobei mittels einer Pumpe Flüssigkeit bei der Hochdruckseite eingepresst wird und bei ihrer Wanderung durch den Spindelsatz zur Niederdruckseite die Spindeln antreibt. Die Antriebsspindel wird dann an eine von der Maschine anzutreibende Vorrichtung angeschlossen.

Die Förderspindeln sind in einer solchen Maschine einem axialen Druckunterschied ausgesetzt, der bestrebt ist, die Spindeln gegen die Niederdruckseite zu pressen, wobei irgendeine Art einer axialen Lagerung der Förderschrauben zur Aufnahme der vom Druckunterschied verursachten Axialkraft erforderlich wird. Zu diesem Zweck ist es bekannt, jede Förderschraube mit einem bei deren einem Ende angebrachten Ausgleichskolben auszurüsten, der in einer mit dem Maschinengehäuse verbundenen Hülse drehbar und verschiebbar ist. Das äussere Ende der Hülse (d.h. das von der Spindel am weitesten entfernt liegende Ende) ist über Kanäle, die im Maschinengehäuse und/oder in den Spindeln vorgesehen sein können, mit der gegenüberliegenden Seite der Maschine verbunden, so dass der dort herrschende Druck die in der Hülse liegende äussere Stirnfläche des Kolbens beaufschlagt, während die innere, ausserhalb der Hülse liegende Stirnfläche des Kolbens jenem Druck ausgesetzt ist, der bei dem Ende herrscht, bei dem der Kolben angebracht ist. Wenn der Kolben an der Hochdruckseite der Maschine angebracht ist, steht somit das Innere der Hülse mit der Niederdruckseite der Maschine in Verbindung und umgekehrt. Die Querschnittsfläche des Kolbens soll dabei zwecks Ausgleich der vom Druckunterschied verursachten und gegen die Förderspindel wirkenden Kraft so gewählt werden, dass eine entgegengerichtete Kraft gleicher Grösse entsteht.

Die Förderspindel ist jedoch auch Reibungskräften ausgesetzt, die in axialer Richtung wirken. Diese Kräfte wirken in Richtung des Flüssigkeitsstromes, weshalb sie in einem Motor in der selben Richtung wie die Druckkraft und in einer Pumpe in entgegengesetzter Richtung wirken. Um dies zu berücksichtigen, muss man im Pumpenfall die Querschnittsfläche des Kolbens geringer und im Motorfall grösser wählen, als dies zum Ausgleich der Druckkraft erforderlich ist. Demzufolge sind verschiedene Förderschrauben (mit verschiedenen Ausgleichskolben ausgerüstet) für jeden Maschinentyp erforderlich, der in gewissen Fällen als Pumpe und in anderen Fällen als Motor installiert werden soll.

Vorliegende Erfindung bezweckt, eine Lagerung der Förderschraube zu schaffen, die sowohl in einer Pumpe als auch in einem Motor angewendet werden kann, wodurch der Bedarf, zwei verschiedene Typen von Förderschrauben für Pumpen und Motoren herzustellen, eliminiert wird.

Gemäss der Erfindung ist der Ausgleichskolben an seiner von der Spindel abgewandten Seite über eine erste Fläche, die kleiner ist als die zum Ausgleich der Förderspindel gegen die durch den Druckunterschied zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite verursachte Kraft erforderliche Fläche, dem beim gegenüberliegenden Ende der Förderspindel herrschenden Druck ausgesetzt und über eine zweite Fläche, die so gross ist, dass die Summe der Grösse der ersten und der zweiten Fläche grösser ist als die zum Ausgleich der Förderspindel gegen die vom Druckunterschied verursachte Kraft erforderliche Fläche, einem zwischen dem höheren und dem niedrigeren Druck liegenden Druck ausgesetzt ist, wobei der genannte Zwischendruck in einer durch den Kolben und die Hülse begrenzten Kammer auftritt, die über verengte Kanäle auf solche Weise mit der Hochdruckseite und der Niederdruckseite in Verbindung steht, dass sich der ausgleichende Zwischendruck darin automatisch einstellt, indem die verengten Kanäle bei der Bewegung des Kolbens in der Hülse variieren.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Lagerung einer Förderspindel bei der Hochdruckseite der Maschine.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Lagerung einer Förderspindel bei der Niederdruckseite der Maschine.

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Maschine, deren Förderspindeln auf die in Fig. 1 gezeigte Weise gelagert sind.

Fig. 4 zeigt auf ähnliche Weise eine Maschine, bei der die Förderspindeln wie in Fig. 2 dargestellt gelagert sind.

Das Prinzip der Erfindung wird am einfachsten anhand der Fig. 1 und 2 erläutert, die schematisch die Erfindung bei der Lagerung einer Förderspindel bei der Hochdruckseite («hängende Förderspindel») bzw. bei deren Niederdruckseite («stehende Förderspindel») angewendet zeigen.

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In Fig. 1 ist das bei der Hochdruckseite der Maschine (Austrittsseite bei einer Pumpe, Eintrittsseite bei einem Motor) befindliche Ende einer Förderspindel 1 dargestellt. Diese ist einstückig mit einem Kolben 2 ausgebildet, der mit Gleitpassung drehbar und verschiebbar in einer Hülse 3 angebracht ist, die einen Boden 4 aufweist. In diesem ist ein Loch 5 vorgesehen, das über Kanäle, die im Maschinengehäuse und/oder den Spindeln angeordnet sind (wie dies nachstehend näher beschrieben wird), mit der Niederdruckseite der Maschine in Verbindung steht. Der Kolben 2 weist eine ebene Stirnfläche 6 auf, die gegen die ebene Bodenfläche 7 der Hülse anliegt. Der Kolben ist bei 8 abgeschrägt und es wird dadurch zwischen dem Kolben und der Hülse eine ringförmige Kammer 9 gebildet, die einerseits durch einen Spalt 64 zwischen den ebenen Flächen 6 und 7 mit der Niederdruckseite 65 und anderseits durch einen Spalt 66 zwischen der zylindrischen Mantelfläche des Kolbens 2 und der zylindrischen Innenwandung der Hülse 3 mit der Hochdruckseite 67 in Verbindung steht. Hierdurch stellt sich in der Kammer 9 ein zwischen dem höheren und dem niedrigeren Druck liegender Druck ein, dessen Grösse von der Länge und Weite der als Drosselkanäle wirkenden Spalte 64 und 66 abhängt. Während des Betriebes der Maschine stellt sich der Kolben 2 so ein, dass sich seine Endfläche 6 in kleinem Abstand von der Bodenfläche 7 der Hülse befindet. Wenn die Spindel 1 dazu neigt, gegen die Niederdruckseite 65 verschoben zu werden (in Fig. 1 nach rechts), sinkt der Druck in der Kammer 9, wobei der Bewegung entgegengewirkt wird, und wenn anderseits die Spindel 1 dazu neigt, gegen die Hochdruckseite 67 verschoben zu werden (in Fig. 1 nach links), steigt der Druck in der Kammer 9 und wirkt der Bewegung entgegen. Die Förderspindel 1 wird somit schwimmend in einer Gleichgewichtslage gehalten.

Die Förderspindel 1 ist, wie oben erwähnt, einer vom Druckunterschied zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite 67 bzw. 65 bewirkten Kraft ausgesetzt, die bestrebt ist, die Spindel 1 gegen die Niederdruckseite 65 zu verschieben, und ausserdem wirken Reibungskräfte auf die Spindel ein, und zwar in gleicher Richtung wie die Druckkraft in einem Motor und in entgegengesetzter Richtung in einer Pumpe. Gemäss der Erfindung wird der Durchmesser di des Kolbens 2 grösser gewählt als der Durchmesser, der zum Ausgleich der vom Druckunterschied verursachten Kraft erforderlich ist, und der Durchmesser ài wird kleiner als dieser Durchmesser gewählt. Unabhängig davon, ob die Maschine als Pumpe oder als Motor arbeitet, stellt sich der Kolben 2 in eine solche Lage ein, dass in der Kammer 9 automatisch ein Zwischendruck entsteht, der die Förderspindel 1 ausbalanciert.

Fig. 2 zeigt auf ähnliche Weise die Erfindung bei der Niederdruckseite der Maschine angewendet. Die Förderspindel 11 ist ebenso wie beim vorhergehenden Beispiel mit einem Kolben 12 versehen, der in einer Hülse 13 mit Boden 14 drehbar und verschiebbar ist. In diesem Fall steht jedoch das Innere der Hülse über einen in der Spindel 11 vorgesehenen axialen Kanal 15, der in das entgegengesetzte Ende der Spindel ausmündet, mit der Hochdruckseite in Verbindung. Der Kolben 12 weist einen Flansch 16 auf, der über der Stirnfläche der

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Hülse 13 liegt. Im Flansch ist um den Kolben herum eine Nut 17 vorgesehen, die zusammen mit der gegenüberliegenden Stirnfläche der Hülse eine Druckkammer 19 bildet, in der sich ein zwischen dem höheren und dem niedrigeren Druck liegender Druck einstellt, weil die Kammer 19 über die Spalten 68 und 69 zwischen dem Kolben 12 und der Hülse 13 bzw. zwischen Hülse 13 und Flansch 16 mit der Hochdruckseite 67 bzw. mit der Niederdruckseite 65 in Verbindung steht. Die Funktion der Vorrichtung entspricht der oben beschriebenen.

In diesem Fall wird der Durchmesser d3 des Kolbens 12 kleiner als der zur Ausbalancierung der Druckkraft erforderliche Durchmesser, und der Aussendurchmesser d4 der Nut 17 grösser als dieser Durchmesser gewählt.

In Fig. 3 ist eine Pumpe dargestellt, bei der die Förderspindeln auf die in Fig. 1 gezeigte Weise gelagert sind. Die gezeigte Maschine umfasst ein Gehäuse 30 mit einem axialen Kanal 31 in Form von drei einander schneidenden zylindrischen Läufen, in denen eine Antriebsspindel 32 sowie zwei Förderspindeln 33 angebracht sind. Das Gehäuse ist mit Austrittsöffnungen 34 und einem Einlass 35 ausgebildet. Jede Förderspindel 33 ist bei ihrer Hochdruckseite mit einem Ausgleichskolben 36 (entsprechend dem Kolben 2 in Fig. 1) versehen, der in einer Hülse 37 gelagert ist, die in der Endwandung des Gehäuses 30 angebracht ist und von einem Stirnwandstück 38 festgehalten wird. Das Innere jeder Hülse 37 steht über ein Loch 39 sowie einen durch das Stirnwandstück 38 gehenden Kanal 40 mit dem Inneren eines Deckels 41 in Verbindung, der am Stirnwandstück 38 festgeschraubt ist und die Lagerung für die Welle 42 der Antriebsspindel umgibt, welche sich durch den Deckel 41 heraus erstreckt. Die Antriebsspindel 32 weist einen axialen Kanal 43 auf, der sich von dem bei der Niederdruckseite liegenden Ende bis zu einem Punkt innerhalb des Deckels 41 erstreckt, wo er über radiale Kanäle 44 mit der vom Deckel 41 umgebenen Kammer in Verbindung steht.

Der Kolben 36 ist auf oben beschriebene Weise mit einer Abschrägung 45 versehen, so dass eine Ausgleichsdruckkammer 46 gebildet wird.

In Fig. 4 ist eine Pumpe dargestellt, bei der die Förderspindeln auf die in Fig. 2 gezeigte Weise gelagert sind. In der Figur sind die bei der Niederdruckseite der Pumpe liegenden Enden der Antriebsspindel 51 und der Förderspindeln 52 sichtbar. Die Spindeln sind in einem Gehäuse 53 angebracht, das auf nicht näher gezeigte Weise in einem aus zwei Stücken 54 und 55 zusammengesetzten Gehäusekörper angebracht ist, der mit Einlass 56 und Auslass 57 versehen ist. Eine Platte 58 ist im Inneren des Gehäuses befestigt und trägt Hülsen 59, in welchen Ausgleichskolben 60 der Förderspindeln gelagert sind, welche Kolben in diesem Fall als separat hergestellte Teile gezeigt sind, die auf Zapfen an den Enden der Förderspindeln befestigt sind. Die Hülse 60 weist einen Flansch 61 auf, der dem Flansch 16 in Fig. 2 entspricht. Die Ausgleichsdruckkammer wird in diesem Fall von einer unterhalb des Flansches 61 in der Hülse 59 vorgesehenen Nut 62 gebildet. Ein axial durch die Förderspindel hindurchgehender Kanal 63 setzt das Innere der Hülse mit dem bei der Hochdruckseite herrschenden Druck in Verbindung.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Hydraulische Schraubenmaschine mit einer Antriebsspindel (32, 51) und einer oder mehreren mit dieser in Eingriff stehenden Förderspindeln (1,33,11, 52), wobei jede Förderspindel bei einem Ende mit einem Ausgleichskolben (2, 36, 12, 60) versehen ist, der in einer Hülse (3,37,13,59) gelagert und an seiner von der Spindel abgewandten Seite dem beim entgegengesetzten Ende der Spindel herrschenden Druck ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (2, 36,12, 60) an seiner von der Spindel abgewandten Seite über eine erste Fläche (6, d2 bzw. d3), die kleiner ist als die zum Ausgleich der Förderspindel (1, 33,11, 52) gegen die durch den Druckunterschied zwischen Hochdruckseite (67) und Niederdruckseite (65) verursachte Kraft erforderliche Fläche, dem beim gegenüberliegenden Ende der Förderspindel (1, 33,11, 52) herrschenden Druck (65 in Fig. 1; 67 in Fig. 2) ausgesetzt und über eine zweite Fläche (di bzw. d<t), die so gross ist, dass die Summe der Grösse der ersten und der zweiten Fläche grösser ist als die zum Ausgleich der Förderspindel (1, 33, 11, 52) gegen die vom Druckunterschied verursachte Kraft erforderliche Fläche, einem zwischen dem höheren Druck (67) und dem niedrigeren Druck (65) liegenden Druck ausgesetzt ist, wobei der genannte Zwischendruck in einer durch den Kolben (2, 36, 12, 60) und die Hülse (3, 37, 13, 59) begrenzten Kammer (9,46,19, 62) auftritt, die über verengte Kanäle (65, 66, 68, 69) auf solche Weise mit der Hochdruckseite (67) und der Niederdruckseite (65) in Verbindung steht, dass sich der ausgleichende Zwischendruck darin automatisch einstellt, indem die verengten Kanäle (64, 66, 68, 69) bei der Bewegung des Kolbens (2,36) in der Hülse (3,37,13, 59) variieren.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (2, 36) an dem bei der Hochdruckseite (67) der Förderspindel (1,33) liegenden Ende angebracht ist (Fig. 1, 3).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichskolben (12, 60) an dem bei der Niederdruckseite (65) der Förderspindel (11, 52) liegenden Ende angebracht ist (Fig. 2,4).