DE2608887C2

DE2608887C2 - Steuerdrehschiebereinrichtung bei einer Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2608887C2
Application number: DE2608887A
Authority: DE
Inventors: Gunnar Lyshoej Nordborg Hansen; Leif Viggo Soenderborg Sturlason
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-03-04
Filing date: 1976-03-04
Publication date: 1982-09-30
Also published as: JPS5547238B2; GB1565414A; US4106883A; BR7701299A; DK143460B; DK143460C; JPS52125804A; DE2608887A1; DK88177A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerdrehschiebereinrichtung bei einer Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeit mit einem außenverzahnten ersten Zahnrad und einem dieses exzentrisch umschließenden, einen Zahn mehr aufweisenden und mit ihm zwischen den Verzahnungen Verdrängerzellen bildenden innenverzahnten zweiten Zahnrad, von denen das eine relativ zum anderen eine kreisende Bewegung mit höherer und eine drehende Bewegung mit niedrigerer Frequenz ausführt, wobei zwei mit der niedrigeren Frequenz relativ zueinander drehbare Hauptteile der Steuerdrehschiebereinrichtung, die je mit einem der Zahnräder drehfest verbunden bzw. gekoppelt sind, längs zylindrischer Berührungs- bzw. Steuerflächen zusammenwirken und an diesen axial verlaufende, Druckstöße weitgehend vermeidende, mit im wesentlichen jeweils parallelen Längskanten versehene, längliche Steueröffnungen aufweisen, von denen diejenigen des einen Hauptteils je über einen Kanal zu einer Verdrängerzelle führen und ihre Anzahl der Zähnezahl des damit verbundenen Zahnrads entspricht, und diejenigen des anderen Hauptteils in alternatierender Reihenfolge mit dem Zu- und Ablauf (Niederdruck- und Hochdruckanschluß) der Maschine verbunden sind und ihre Anzahl der doppelten Zähnezahl des damit verbundenen bzw. gekoppelten Zahnrads entspricht, wobei ferner die Steueröffnungen des einen Hauptteils parallel zur Drehachse bzw. zu Mantellinien der zylindrischen Steuerfläche gelegt sind.

Bei einer bekannten Steuerdrehschiebereinrichtung dieser Art (siehe die US-PS 34 73 437) sind an jedem zweiten Längssteg zwischen den Steueröffnungen diese nur örtlich in Umfangsrichtung verbreiternde Überbrückungseinschnitte kleinen Öffnungsquerschnitts vorgesehen, die sich vorzugsweise dreieckförmig verjüngen. Auf diese Weise wird verhindert, daß beim Übersteuern der Vorderkante der Steueröffnungen nahezu schlagartig der volle Druck in den Verdrängerzellen wirksam wird (beim Motor) oder der in den Verdrängerzellen erzeugte Druck in das System übergeleitet wird (bei der Pumpe). Denn die Überbrükkungseinschnitte schwächen diesen plötzlichen Öffnungsstoß ab. da de* Druckaufbau bereits beginnt, wenn sich der Überbrückungseinschnitt unter die gegenüberliegende öffnung schiebt. Mit dreieckförmigen Öffnungen kann statt einer steilen Druckanstiegsflanke ein nahezu knickfreier allmählicher Übergang erzielt werden. Allerdings ist es erforderlich, nach dem Herstellen der Steueröffnungen durch Fräsen o. dgl. eine zusätzliche Bearbeitung vorzunehmen, um die Überbrückungseinschnitte zu erzeugen.

Bei Rotationskolbenmaschinen ist es ferner bekannt (siehe die GB-PS 5 40 497 und die IT-PS 4 25 094), die Kanten von ortsfesten Einlaß- und Auslaßöffnungen, die direkt von den Scheiteln der Verdrängeröfgane überstrichen werden, schräg zu achsparallelen Mantellinien der Umfangswand des Förderraums zu legen. Als Verdrängerörgane dienen im erstgenannten Fall die zahnähnlichen Flügel von zwei dreiflügligen Roots-Rotoren und im /.weitgenannten Fall die in Schlitzen eines zylindrischen Rotors radial beweglichen Arbeitsschie-

ber eines Flügelzellenverdichters,

Bekannt ist auch eine Steuerdrehschiebereinrichtung bei einer Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeit (siehe die DE-OS 19 06 445), bei der die mit -den Verdrängerkammern verbundenen Steueröffnungen mit anderen Steueröffnungen zusammenarbeiten, die abwechselnd Hochdruck und Niederdruck führen und durch Dichtstege voneinander getrennt sind, die eine derart unterschiedliche Breite haben, daß die erstgenannten Steueröffnungen von jedem zweiten Dichtsteg annähernd genau, von den dazwischen liegenden Dichtstegen dagegen mit Obermaß abdeckbar sind. Auf diese Weise soll eine einwandfreie Druckmittelzu- und -abfuhr unabhängig von Fertigungstoleranzen, von Abrieb in der Verdrängervorrichtung, von dem Spiel zwischen Steuerdrehschieber und außenverzahntem Zahnrad und von einer Torsion sichergestellt werden. Störend ist hierbei jedoch, daß auf diese Weise die Verdrängerzelle kleinsten Volumens kurzzeitig vollständig abgeschlossen wird, so daß sich in ihr ein Druck aufbauen kann, der beim erneuten öffnen der Verdrängerzelle schlagartig in die Flüssigkeitsleitung übergeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerdrehschiebereinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der zur Verbesserung des Betriebes Verdrängerzellen kurzzeitig vollständig abgeschlossen werden können, Druckstöße in den Anschlußleitungen aber weitgehend vermieden werden und hierfür keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steueröffnungen des anderen Steuerdrehschieberhauptteils unter einem kleinen Winkel von etwa 3^C bis 3° schräg zur achsparallelen Mantellinie der betreffenden Steuerfläche verlaufen, und daß die Schrägstellung und Breite der schräg verlaufenden Steueröffnungen so bemessen sind, daß mit den Verdrängerzellen verbundene Steueröffnungen von jedem zweiten der zwischen den anderen Steueröffnungen verbleibenden Dichtstege annähernd genau, von den dazwischen liegenden Dichtstegen dagegen mit Übermaß abdeckbar sind.

Bei dieser Konstruktion wird jeweils eine Verdrängerzelle beim Druckwechsel kurzzeitig vollständig abgeschlossen. Dies führt zu einer verbesserten Betriebsweise, zum Beispiel zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades. Wenn die schräge Steueröffnung mit der üblichen achsparallelen Steueröffnung des anderen Hauptteils zusammentrifft, ergibt sich nicht ein plötzliches, sondern ein allmähliches Öffnen des Strömungskanals. Wenn sich daher in den vollständig geschlossenen Verdrängerzellen ein Druck aufbaut, wird beim Öffnen eine entsprechende Druckspitze in der Anschlußleitung vermieden. Dies ist besonders wichtig, wenn die SteuerdrehschietKireinrichtung eine zylindrische Steuerfläche hat, weil wegen der verhältnismäßig großen in den anschließenden Kanälen eingeschlossenen Flüssigkeitsmengen andernfalls sehr hohe Druckspitzen auftreten.

Wenn aus Toleranz- oder anderen Gründen die Öffnung bereits vor dem theoretisch richtigen Öffnungszeitpunkt beginnt, ist dies ohne Gefahr, da der Öffnungsquerschnitt zu Beginn so klein ist. daß er drosselt und daher lediglich den Druck abbaut, nicht aber eine Maschinenfunktion bewirkt. Die Herstellung ist sehr einfach, d? bei dem ohnehin vorzunehmenden Fräsarbeitsgang lediglich die Fräser entsprechend schräg geführt werden müssen.

Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß die Dichtstege, welche die mit den Verdrängerzellen verbundenen Steueröffnungen mit Übermaß abdecken, so angeordnet sind, daß die jeweils größte Verdrängerzelle kurzzeitig vollständig abgeschlossen ist. Auf diese Weise wird die jeweils das größte Volumen aufweisende Verdrängerzelle beim Druckwechsel kurzzeitig vollständig abgeschlossen. Der in ihr entstehende Druck ist

ίο erwünscht, weil er die beiden benachbarten Zähne entlastet und daher die Zahnkopfabnutzung herabsetzt. Der Druckauf- und -abbau bereitet wegen des alimählichen Übergangs keine Schwierigkeiten.

Die schräg verlaufenden Steueröffnungen können wahlweise an dem einen oder anderen Ventilteil angebracht werden, gleichgültig, ob es sich um den Innenumfang oder den Außenumfang handelt. Eine Arbeitserleichterung ergibt sich manchmal, wenn die mit den Verdrängerzellen verbundenen Steueröffnungen schräg verlaufen, weil dies die geringtre Anzahl ist. Wenn bei einer Rotationskolbenmaschine das innenverzahnte zweite Zahnrad und der eine Hauptteil der Steuerdrehschiebereinrichtung feststehend angeordnet sind, daß außenverzahnte erste Zahnrad mit dem anderen Hauptteil über eine Gelenkwelle verbunden ist und der andere Hauptteil als Drehschieberhülse in einer Steueröffnungen aufweisenden Bohrung des einen Hauptteils angeordnet ist und zwischen zwei mit dem Zu- bzw. Ablauf verbundenen Umfangsnuten Steueröffnungen in der Form von abwechselnd mit der einen odor anderen Umfangsnut verbundenen Längsnuten aufweist, ist es günstig, wenn die als Längsnuten ausgebildeten Steueröffnungen schräg gestellt sind. Denn diese Längsnuten können durch einen außen an der Drehschieberhülse angreifenden Scheibenfräser erzeugt werden, der ohne Schwierigkeit schräggestellt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine als Motor ausgebildete Rotationskolbenmaschine,

v⁷ i g. 2 eine Draufsicht auf die Drehschieberhülse,
Fig.3 eine Abwicklung der Drehschieberhülse mit der zugehörigen Stellung der Zahnräder,

F i g. 4 eine ähnliche Darstellung wie F i g. 3, jedoch in einer anderen Betriebsstellung, und

F i g. 5 eine Abwicklung einer abgewandelten Ausführungsform.

Ein Gehäuse 1 trägt an der einen Seite einen durch Schrauben 2 befestigten Deckel 3 und an der anderen Seite, ebenfalls durch Schrauben befestigt, eine Zwischenscheibe 5, ein feststehendes innenverzahntes Zahnrad 6 und einen Deckel 7. Im Gehäuse 1 ist ferner ein 7.u!auf 8 für die zuströmende Druckflüssigkeil 9, z. B. Öl, und ein nicht gezeigter Ablauf für die austretende Flüssigkeit 10 vorgesehen.

Mit dem Zahnrad 6 kämmt ein außenverzahntes Zahnrad 11, das einen Zahn weniger als das Zahnrad 6 besitzt und dessen Drehbewegung durch eine Kreisbewegung seines Schwerpunktes überlagert ist. Um die Drehbewegung des Zahnrades 11 an eine Hauptwelle übertragen zu können, ist eine die Kreisbahnbewegung des Schwerpunkts ausgleichende Gelenkwelle 13 mil dem Zahnrad 11 verbunden, deren anderes Ende in einen als Drehschieberhülse ausgebildeten ersten Hauptteil 14 der Steueidrehschicbereinrichtung eingreift, der einstückig mit der Hauptwelle 12 ausgebildet

ist und längs einer zylindrischen Steuerfläche 15 mit einem den zweiten Hauptteil I, der gleichzeitig das Gehäuse bildet, zusammenwirkt.

In der Drehschieberhülse sind zwei Umfangsnuten 16 und 17 vorgesehen. Die Umfangsnut 16 steht mit dem Zulauf 8 und die Umfangsnut 17 mil dem Ablauf dauernd in Verbindung. Am Umfang der Drehschieberhülse 14 sind abwechselnd als Nuten ausgebildete Steueröffnungen 18, die mit der Umfangsnut 16 in Verbindung stehen, und als Nuten ausgebildete Steueröffnungen 19, die mit der Umfangsnut 17 in Verbindung stehen, vorgesehen. Die Zahl der Steueröffnungen 18 und 19 entspricht jeweils der Zähnezahl des Zahnrades II. Im Gehäuse 1 sind als Durchbrüche ausgebildete .Steueröffnungen 20 vorgesehen, die über Kanäle 21 mit den Verdrängerzellen 22 verbunden sind, welche zwischen den Zähnen der Zahnräder 6 und U gebildet sind. Daher entspricht die Zahl der Steueröffnungen 20 der Zähnezahl des Zahnrades 6. Demzufolge werden die

w i^t.-.. ti__ *»-» „I ι I--J :. _J -7.Λ en Λ ,„

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dem Ablauf derart verbunden, daß sich bei einem Motor eine kontinuierliche Drehung ergibt. Wenn umgekehrt Leistung an der Welle 12 zugeführt wird, arbeitet die Maschine als Pumpe.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verlnufen die Steueröffnungen 20 in Richtung einer Achsparallelen A. Die Steueröffnungen bzw. -nuten 18 und 19 dagegen stehen um einen Winkel λ schräg zu dieser Achsparallelep. Dies ist besonders deutlich aus der Draufsicht auf den Hauptteil 14 in Fig. 2 ersichtlich, jo Der Winkel λ beträgt hier etwa 5°.

Während die Steueröffnungen bzw. -nuten 18 und 19 untereinander und auch die Steueröffnungen 20 untereinander gleich groß sind, befinden sich auf dem Haiiptteil 14 zwischen den Steueröffnungen abwechselnd ein schmalerer Dichtsteg 23 und ein breiterer Dichtsteg 24. Der schmalere Dichtsteg 23 ist bezüglich .Schrägstellung und Breite so bemessen, daß er eine Steueröffnung 20 annähernd abdecken kann, wie es in F i g. 4 in der Mitte gezeigt ist. Der breitere Dichtsteg 24 dagegen ist so bemessen, daß er die Steueröffnung 20 mit Übermaß abdeckt, wie es F i g. 3 in der Mitte zeigt. Die Darstellungen in den F i g. 3 und 4 gehen davon aus, daß sieben Verdrängerzellen 22 vorgesehen sind, die durch ein Zahnrad 6 mit sieben Zähnen und ein Zahnrad 11 mit sechs Zähnen begrenzt werden.

Durch die Schrägstellung der Steueröffnungen 18 und 19 wird erreicht, daß bei der Übersteuerung der Steueröffnungen 20 nicht deren gesamte Seitenkante 25 auf einmal freigegeben wird, sondern daß diese Freigabe sich über einen von der Schrägstellung abhängigen Weg erstreckt. Ähnliches gilt beim Verschließen dieser Steueröffnung. Infolgedessen ist vor und nach der eigentlichen öffnung ein Übergangsquerschnill vorhanden, der wegen seiner geringen Größe drosselt und daher noch keine Maschinenfunktion bewirkt, aber einen Druckauf- oder -abbau in den Verdrängerzellen 22 und den zugehörigen Kanälen 21 zuläßt. Auf diese Weise werden Druckstöße vermieden. Die größere Breite des Dichtsteges 24 hat /ur Folge, daß, wie F i g. 3 zeigt, die jeweils größte Verdrängerzelle 22mnx mit einem Übermaß 26 abgedeckt ist, so daß diese Zelle kurzzeitig, und zwar wegen des Drehspiels zwischen Zahnrad Il und Hauptteil 14 im wesentlichen in ihrer Verkleinerungsphase, abgeschlossen ist. Ein sich infolge Volumenänderung aufbauender Druck in dieser Zelle führt zu einer Entlastung der Zahnköpfe. Dieser Druckaufbau ist für den Betrieb im übrigen unschädlich,

der Steueröffnung 20 allmählich abgebaut wird. Dieser Effekt tritt, wie gewünscht, lediglich beim Druckwechsel der größten Verdrängerzelle 22max, nicht jedoch beim Druckwechsel der kleinsten Verdrängerzelle 22min auf. wie es in F i g. 4 veranschaulicht ist.

In F i g. 5 ist eine Abwandlung veranschaulicht, bei der für einander entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet werden. Hierbei hat der Hauptte;', 114 an der zylindrischen Steuerfläche 115 jchsparallele Steueröffnungen 118 und 119, während die Steueröffnungen 120 im gehäuseseitigen Hauptteil 101 schräggestellt sind. Es ist ersichtlich, daß hiermit ähnliche Effekte erzielbar sind.

Bei alledem können die Steueröffnungen in üblicher Weise hergestellt werden. Schräggestellte Nuten können einfach durch Schrägstellung eines Scheibenfräsers erzeugt werden, schräggestellte Durchbruchsöffnungen können einfach durch Schrägführung eii.es Fingerfräsers hergestellt werden.

Die Anwendung dieses Prinzips ist nicht auf Maschinen mit feststehendem, innenverzahntem Zahnrad und drehendem und kreisendem, mit der Hauptwelle verbundenem, außenverzahntem Zahnrad beschränkt. Bei abgewandelten Ausführungsformen dreht und kreist das innenverzahnte Zahnrad. Es ist auch möglich, das eine Zahnrad kreisen und das andere drehen zu lassen, wobei das letztgenannte Zahnrad dann mit der Hauptwelle verbunden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerdrehschiebereinrichtung bei einer Rotationskolbenmaschine für Flüssigkeit mit einem außenverzahnten ersten Zahnrad und einem dieses exzentrisch umschließenden, einen Zahn mehr aufweisenden und mit ihm zwischen den Verzahnungen Verdrängerzellen bildenden innenverzahnten zweiten Zahnrad, von denen das eine relativ zum anderen eine kreisende Bewegung mit höherer und eine drehende Bewegung mit niedriger Frequenz ausführt, wobei zwei mit der niedrigeren Frequenz relativ zueinander drehbare Hauptteile der Steuerdrehschiebereinrichtung, die je mit einem der Zahnräder drehfest verbunden bzw. gekoppelt sind, längs zylindrischer Berührungs- bzw. Steuerflächen zusammenwirken und an diesen axial verlaufende, Druckstöße weitgehend vermeidende, mit im wesentlichen jeweils parallelen Längskanten versehene, längliche Steueröffnungen aufweisen, von denen diejenigen des einen Hauptteils je über einen Kanal zu einer Verdrängerzelle führen und ihre Anzahl der Zähnezahl des damit verbundenen Zahnrads entspricht, und diejenigen des anderen Hauptteils in altematierender Reihenfolge mit dem Zu- und Ablauf (Niederdruck- und Hochdruckanschluß) der Maschine verbunden sind und ihre Anzahl der doppelten Zäliiiezahl des damit verbundenen bzw. gekoppelten Zahnrads entspricht, wobei ferner die Steueröffnungen des einen Hauptteils parallel zur Drehachse bzw. zu Mantellinien der zylindrischen Steuerflächen gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen (18, 19; 120) des anderen Steuerdrrhschie.' ;rhauptteils (14 bzw. 101) unter einem kleiner Winkel von etwa 3° bis 8° schräg zur achsparallelen Manl.· ^:!inie der betreffenden Steuerfläche (15; 115) verlaufen, und daß die Schrägstellung und Breite der schräg verlaufenden Steueröffnungen so bemessen sind, daß mit den Verdrängerzellen verbundene Steueröffnungen (20) von jedem zweiten der zwischen den anderen Steueröffnungen (18, 19) verbleibenden Dichtstege (23) annähernd genau, von den dazwischen liegenden Dichtstegen (24) dagegen mit Übermaß (26/ abdeckbar sind.

2. Steuerdrehschiebereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtstege (24), welche die mit den Verdrängerzellen (22) verbundenen Steueröffnungen (20) mit Übermaß abdecken, so angeordnet sind, daß die jeweils größte Verdrängerzelle (22max) kurzzeitig vollständig abgeschlossen ist.

3. Steuerdrehschiebereinrichtung nach An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Verdrängerzellen (22) verbundenen Steueröffnungen (120) schräg verlaufen.

4. Steuerdrehschiebereinrichtung nach Anspruch I oder 2, bei der das innenverzahnte zweite · Zahnrad und der eine Hauptteil feststehend angeordnet sind, das außenverzahnte erste Zahnrad mit dem anderen Hauptteil über eine Gelenkwelle verbunden ist Und der ändere Haupttei! als Drehschieberhülse in einer Steueröffnungen aufweisenden Bohrung des einen Hauptteils angeordnet ist und zwischen zwei mit dem Zu- bzw. Ablauf verbundenen Umfangsnuten Steueröffnungen in der Form von abwechselnd mit der einen oder anderen Unifangsnut verbundenen Längsnuten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die als Längsnuten ausgebildeten Steueröffnungen (18, 19) schräggestellt sind.