DE102010003319A1

DE102010003319A1 - Förderaggregat

Info

Publication number: DE102010003319A1
Application number: DE102010003319A
Authority: DE
Inventors: Oliver Laforsch; Dieter Amesoeder; Marian Kacmar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-29
Also published as: CN103026070B; WO2011117087A2; EP2553271B1; CN103026070A; US20130089455A1; WO2011117087A3; BR112012024212A2; EP2553271A2

Abstract

Es sind schon Förderaggregate bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die in einem Rotorgehäuse drehbar gelagert sind und über jeweils eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken, wobei zumindest einer der beiden Rotoren axial verstellbar und auf seiner dem anderen Rotor abgewandten Rückseite über einen Ausgleichskanal mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt ist. Der Ausgleichsdruck wirkt zum einen den axialen Druckkräften entgegen, die in den zwischen den Rotoren gebildeten Arbeitskammern entstehen, zum anderen kompensiert er Kräfte, die die beiden Rotoren auseinanderdrücken würden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen den Rotoren nicht verändert wird. Der Ausgleichsdruck entspricht häufig dem Druck der Druckseite des Förderaggregates, wodurch die Kräfte auf die Rotoren deutlich höher sind als erforderlich. Dies führt zu erhöhter Reibung in den Lager und zwischen den Rotoren. Die Rückseite der Rotoren kann auch über Spaltströmungen versorgt werden. Dies hat den Nachteil, dass sich ein undefinierter Ausgleichsdruck einstellt, der von den Leckageströmen abhängt, die in den Raum oder aus dem Raum hinter dem Rotor strömen. Auch bei dieser Ausführung hat der Ausgleichsdruck nicht den idealen Wert für einen reibungsarmen Betrieb. Bei dem erfindungsgemäßen Förderaggregat wird ein definierter Ausgleichsdruck auf der Rückseite der axial verstellbaren Rotoren eingestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Steuerventil (14) vorgesehen ist, das den Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Förderaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Förderaggregat aus der DE 103 35 939 A1 bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die in einem Rotorgehäuse drehbar gelagert sind und über jeweils eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken, wobei zumindest einer der beiden Rotoren axial verstellbar und auf seiner dem anderen Rotor abgewandten Rückseite über einen Ausgleichskanal mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt ist. Der Ausgleichsdruck wirkt zum einen den axialen Druckkräften entgegen, die in den zwischen den Rotoren gebildeten Arbeitskammern entstehen, zum anderen kompensiert er Kräfte, die die beiden Rotoren auseinanderdrücken würden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen den Rotoren nicht verändert wird. Der Ausgleichsdruck entspricht häufig dem Druck der Druckseite des Förderaggregates, wodurch die Kräfte auf die Rotoren deutlich höher sind als erforderlich. Dies führt zu erhöhter Reibung in den Lager und zwischen den Rotoren. Die Rückseite der Rotoren kann auch über Spaltströmungen versorgt werden. Dies hat den Nachteil, dass sich ein undefinierter Ausgleichsdruck einstellt, der von den Leckageströmen abhängt, die in den Raum oder aus dem Raum hinter dem Rotor strömen. Auch bei dieser Ausführung hat der Ausgleichsdruck nicht den idealen Wert für einen reibungsarmen Betrieb.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein definierter Ausgleichsdruck auf der Rückseite des axial verstellbaren Rotors eingestellt wird, indem ein Steuerventil vorgesehen ist, das den Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt. Der Ausgleichsdruck wird abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt des Förderaggregates eingestellt, und zwar auf einen Wert, der einen möglichst reibungsarmen Betrieb des Förderaggregates ermöglicht.
Über den so eingestellten Druck auf die rückseitige Fläche am Rotor wird eine definierte Kraft auf den Rotor ausgeübt. Der Druck der Saugseite sowie der Druckseite üben auf die Rotoren Kräfte aus, die versuchen, die Rotoren auseinander zu treiben. Da die druckbeaufschlagten Flächen gleich bleiben, ist die ideale Ausgleichskraft auf die Rotoren proportional zum Druckunterschied zwischen Druckseite und Saugseite. Daher ist ein Proportionalventil gut geeignet, die Kräfte zu kompensieren und damit die Reibung zwischen den Rotoren, zwischen Rotoren und dem Gehäuse und in den Lager zu reduzieren. Dies führt zu geringerem Verschleiß und höherem Wirkungsgrad. Der Ausgleichsdruck kann sowohl an einem Rotor als auch an beiden Rotoren kompensierend eingesetzt werden. Des weiteren können für die beiden Rotoren unterschiedliche Ausgleichsdrücke durch den Einsatz von zwei Proportionalventilen erzeugt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Förderaggregates möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist das Steuerventil einen Steuerkolben und drei durch den Steuerkolben voneinander getrennte Steuerkammern auf, wobei die erste Steuerkammer des Steuerventils mit dem Druck der Druckseite und die zweite Steuerkammer mit dem Druck der Saugseite beaufschlagt ist, wobei die dritte Steuerkammer über einen am Steuerkolben ausgeführten Steuerkanal mit der ersten Kammer oder mit der zweiten Kammer strömungsverbindbar ist. Auf diese Weise wird ein Ausgleichsdruck eingestellt, der einen Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite aufweist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Eingangsquerschnitt des Steuerkanals abhängig von der Position des Steuerkolbens veränderbar ist, da auf diese Weise ein vorbestimmter Druckverlust erreicht wird.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Steuerkolben einen Durchgangskanal zwischen der ersten und der zweiten Kammer durchragt, wobei der variable Eingangsquerschnitt des Steuerventils durch eine teilweise Überdeckung des Eingangsquerschnitts mit der Wandung des Durchgangskanals erreicht ist. Auf diese Weise wird ein vorbestimmter Druckverlust am Steuerventil erzeugt.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Steuerventil ein Proportionalventil ist, bei dem der Quotient der Differenz von Ausgleichsdruck und Saugdruck zur Differenz von druckseitigem Druck und Saugdruck konstant ist.
Auch vorteilhaft ist, wenn der Steuerkolben von zwei einander entgegen wirkenden Ventilfedern beaufschlagt ist, da auf diese Weise eine Rückstellung des Steuerkolbens in eine vorbestimmte Ausgangslage beim Ausschalten des Förderaggregates erreicht wird.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn das Steuerventil am Rotorgehäuse des Förderaggregates befestigt oder im Rotorgehäuse integriert ist.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, dass der Druck der dritten Steuerkammer über eine Strömungsverbindung auf die Rückseite des axial verstellbaren Rotors geleitet wird, da auf diese Weise der am Steuerventil eingestellte Ausgleichsdruck auf die Rückseite des Rotors gelangt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnung zeigt im Schnitt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Förderaggregates.
Das Förderaggregat dient der Förderung von flüssigen oder gasförmigen Medien, beispielsweise Flüssigkeiten oder Gasen. Das Förderaggregat 1 weist einen Antriebsrotor 2 und einem vom Antriebsrotor 2 angetriebenen Abtriebsrotor 3 auf, die beide in einem Rotorgehäuse 4 drehbar angeordnet sind und über jeweils eine Stirnverzahnung 5 kämmend zusammenwirken. Die Stirnverzahnung 5 ist beispielsweise eine Zykloiden- oder Trochoidenverzahnung, kann aber selbstverständlich auch eine andere Verzahnung sein. Die beiden Rotoren 2, 3 haben gemäß dem Ausführungsbeispiel an ihrem Außenumfang abschnittsweise eine Kugelform. Der Antriebsrotor 2 wird von einem Motor 8, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben. Für die Rotoren 2, 3 ist jeweils ein Rotorlager 9, 10 vorgesehen. Die Rotoren 2, 3 haben jeweils eine Rotorachse 6, 7 die beispielsweise zueinander schräg gestellt sind, also nicht fluchten. Zumindest einer der beiden Rotoren 2, 3 ist axial verstellbar. Beispielsweise ist dieser axial verstellbare Rotor 3 mittels eines Federelementes 30 in Richtung des anderen Rotors 2 gedrückt. Das Federelement 30 ist eine Druckfeder, beispielsweise eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Rotoren 2, 3 zu jeder Zeit aneinander anliegen.
Beispielsweise sind beide Rotoren 2, 3 in ihrem Rotorlager 9, 10 axial verstellbar vorgesehen. Zwischen den Rotoren 2, 3 sind Arbeitsräume 11 gebildet, in denen das Medium durch Verdrängung gefördert wird. In Arbeitsräumen 11, deren Volumen gerade verkleinert wird, wird Druck aufgebaut. Dieser Druck wirkt auch in axialer Richtung auf die Rotorlager 9, 10 der Rotoren 2, 3. Um ein Abheben der Rotoren 2, 3 zu verhindern, ist die dem jeweils anderen Rotor 2, 3 abgewandte Rückseite 2.1, 3.1 des Rotors 2, 3 mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt. Auf diese Weise werden die auf die Rotoren 2, 3 wirkenden Druckkräfte zumindest teilweise kompensiert. Dies erfolgt nach dem Ausführungsbeispiel an beiden Rotoren 2, 3, kann aber selbstverständlich auch nur an einem der Rotoren 2, 3 verwirklicht sein.
Erfindungsgemäß ist ein Steuerventil 14 vorgesehen, das den auf die Rückseiten 2.1, 3.1 wirkenden Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt. Die Saugseite ist ein nicht dargestellter Eingang und die Druckseite ein nicht dargestellter Ausgang des Förderaggregates. Auf diese Weise wird der Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt des Förderaggregates eingestellt, und zwar auf einen Wert, der einen möglichst reibungsarmen Betrieb des Förderaggregates ermöglicht.
Das Steuerventil 14 hat einen Steuerkolben 15 und drei durch den Steuerkolben 15 voneinander getrennte Steuerkammern 16, 17, 18, wobei die erste Steuerkammer 16 des Steuerventils 14 mit dem Druck der Druckseite und die zweite Steuerkammer 17 mit dem Druck der Saugseite beaufschlagt ist, wobei die dritte Steuerkammer 18 über einen am Steuerkolben 15 ausgeführten Steuerkanal 19 mit der ersten Steuerkammer 16 oder mit der zweiten Steuerkammer 17 strömungsverbindbar ist. Der Steuerkanal 19 verläuft in Richtung der Längserstreckung des Steuerkolbens 15.
Ein Eingangsquerschnitt 20 in den Steuerkanal 19 ist abhängig von der Position des Steuerkolbens 15 veränderbar. Der Eingangsquerschnitt wird durch zumindest eine Eingangsöffnung in den Steuerkanal 19 gebildet. Beispielsweise sind mehrere Eingangsöffnungen am Umfang des Steuerkolbens 15 ausgeführt. Der Steuerkolben 15 durchragt einen Durchgangskanal 22 zwischen der ersten 16 und der zweiten Steuerkammer 17, wobei der variable Eingangsquerschnitt des Steuerventils 14 durch eine teilweise Überdeckung des Eingangsquerschnitts mit der Wandung des Durchgangskanals 22 erreicht wird. Der Steuerkanal 19 mündet an seinem dem Eingangsquerschnitt 20 abgewandten Ende in die dritte Steuerkammer 18. Der Druck der dritten Steuerkammer 18 wird über einen Strömungskanal 24 auf die Rückseite 2.1, 3.1 der Rotoren 2, 3 geleitet.
Das Steuerventil 14 kann am Rotorgehäuse 4 des Förderaggregates befestigt oder im Rotorgehäuse 4 integriert sein. Das Steuerventil 14 hat zwei Eingänge 26, 27 zum Anschluss an die Saug- bzw. Druckseite des Förderaggregates und einen Ausgang 28 zum Anschluss an den zur Rückseite 2.1, 3.1 der Rotoren 2, 3 führenden Strömungskanal 24.
Das Steuerventil 14 ist beispielsweise als Proportionalventil ausgeführt. Der Steuerkolben 15 ist beispielsweise von zwei einander entgegen wirkenden Ventilfedern 23 beaufschlagt, um eine Rückstellung in eine Ausgangsstellung zu gewährleisten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10335939 A1 [0002]

Claims

Förderaggregat mit einem Antriebsrotor (2) und einem vom Antriebsrotor (2) angetriebenen Abtriebsrotor (3), die in einem Rotorgehäuse (4) drehbar gelagert sind und über jeweils eine Stirnverzahnung (5) kämmend zusammenwirken, wobei zumindest einer der beiden Rotoren (2, 3) axial verstellbar und auf seiner dem anderen Rotor (2, 3) abgewandten Rückseite (2.1, 3.1) mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil (14) vorgesehen ist, das den Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (14) einen Steuerkolben (15) und drei durch den Steuerkolben (15) voneinander getrennte Steuerkammern (16, 17, 18) aufweist, wobei die erste Steuerkammer (16) des Steuerventils (14) mit dem Druck der Druckseite und die zweite Steuerkammer (17) mit dem Druck der Saugseite beaufschlagt ist, wobei die dritte Steuerkammer (18) über einen am Steuerkolben (15) ausgeführten Steuerkanal (19) mit der ersten Steuerkammer (16) oder mit der zweiten Steuerkammer (17) strömungsverbindbar ist.
Förderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsquerschnitt des Steuerkanals (19) abhängig von der Position des Steuerkolbens (15) veränderbar ist.
Förderaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (15) einen Durchgangskanal (22) zwischen der ersten und der zweiten Steuerkammer (16, 17) durchragt, wobei der variable Eingangsquerschnitt des Steuerventils (14) durch eine teilweise Überdeckung des Eingangsquerschnitts mit der Wandung des Durchgangskanals (22) erreicht ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkanal (19) an seinem dem Eingangsquerschnitt abgewandten Ende in die dritte Steuerkammer (18) mündet.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (14) ein Proportionalventil ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (15) von zwei einander entgegen wirkenden Ventilfedern (23) beaufschlagt ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (14) am Rotorgehäuse (4) des Förderaggregates befestigt oder im Rotorgehäuse (4) integriert ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der dritten Steuerkammer (18) über eine Strömungsverbindung (24) auf die Rückseite (2.1, 3.1) der Rotoren (2, 3) geleitet ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsrotor (2) und der Abtriebsrotor (3) eine Zykloiden- oder Trochoidenverzahnung aufweisen.