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Rotierend arbeitender Durchflußmengenbegrenzer Die Erfindung betrifft
einen Durchfluß-Mengenbegrenzer für Druckflüssigkeiten, der einen in einem Stator
von außen verdrehbaren Rotor mit mehreren gleichmäßig verteilten Kammern und außerdem
mehrere frei verschiebbare und zugleich je zur gegenseitigen Abtrennung zweier
benachbarter Teilräume dienende Kolben aufweist, wobei Zu- und Abflußöffnungen des
Mengenbegrenzers durch die Rotordrehung abwechselnd vorübergehend mit den benachbarten
Teilräumen verbunden und die Kolben durch die Druckflüssigkeit unter gleichzeitig
entsprechend dem Kolbenhub begrenztem Durchfluß hin- und herbewegt werden.
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Solche Mengenbegrenzer werden z. B. bei hydraulischen Steuervorrichtungen
verwendet, wie sie zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit eines beweglichen
Steuerorgans üblich sind. Der Begrenzer steuert die Durchflußgeschwindigkeit der
das Steuerorgan betätigenden Flüssigkeit und es kommt dabei vielfach darauf an,
daß neben einer bestimmten durchschnittlichen Durchflußgeschwindigkeit auch die
Kontinuität des Durchflusses möglichst genau gewahrt wird.
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Bei einem bekannten Mengenbegrenzer der eingangs genannten Art ist
der Rotor mit drei in einer gemeinsamen axialen Ebene verlaufenden radialen Durchbohrungen
versehen, in denen je ein frei verschiebbarer Kolben gelagert ist. Je Rotorumdrehung
macht der Kolben lediglich einen einzigen Hub, der zugleich den Durchfluß ermöglicht.
Handelt es sich darum, größere Flüssigkeitsmengen zu dosieren, so könnte man allenfalls
durch eine geänderte Anordnung der Zu- und Abflußanschlüsse des Stators
je
Rotorumdrehung drei Förderhübe eines Kolbens erreichen. Auch dann würde
man bei größeren Durchflußmengen noch sehr lange Rotoren mit entsprechend vielen
nebeneinander angeordneten, quer verschiebbaren Kolben benötigen, zumal eine Steigerung
der Rotordrehzahl oder eine Vergrößerung der Kolbenhübe mit Rücksicht auf den aus
strömungstechnischen Gründen einzuhaltenden Mindestzeitquerschnitt an den Steueröffnungen
und infolge der an den Kolben wirksamen Fliehkräfte und der daraus folgenden Beeinträchtigung
des Durchflusses nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel
zu vermeiden und den eingangs genannten Durchfluß-Mengenbegrenzer so zu verbessein,
daß ein räumlich verhältnismäßig kleiner und insbesondere axial kürzerer Mengenbegrenzer
geschaffen wird, der einen wesentlich gleichmäßigeren geregelten Durchfluß als die
bisherigen Mengenbegrenzer zuläßt. Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der Rotor axial beiderseits einer mittleren, mit einer Zuflußöffnung
des Stators in Verbindung stehenden äußeren Ringnut eine Anzahl von dieser ausgehender,
um die Rotorachse jeweils entlang einem konzentrischen Kreisbogen gleichmäßig verteilter
Kammern aufweist, wobei zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Kammern
jeweils eine weitere Kammer vorgesehen ist, die von der Ringnut getrennt und axial
zu einer der an der Ringnut anschließenden Kammern sich befindet und -über weitere
Räume ständig mit einer Abflußöffnung des Stators in Verbindung steht, in welchem
- ebenfalls auf einem die Rotorachse konzentrisch umgebenden Kreisbogen gleichmäßig
verteilt - eine Anzahl Zy-
linder mit je einem darin frei verschiebbaren
Kolben angeordnet ist, wobei an den stimseitigen Enden der Zylinder Verbindungskanäle
einmünden, die über im Rotor befindliche weitere Verbindungskanäle mit den Kammern
des Rotors abwechselnd vorübergehend in Verbindung stehen.
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Bei einer solchen Ausbildung des Mengenbegrenzers bleiben die im Stator
angeordneten Kolben frei von Fliehkräften, und es lassen sich unter Einhaltung der
für den Durchfluß erforderlichen Zeitquerschnitte ohne weiteres so viele Kolben
und mit diesen zusammenwirkende, im Rotor angeordnete Kammern vorsehen, daß
je Rotorumdrebung mindestens 28 dosierte Einzeldurchflüsse erfolgen,
wobei jeder Zylinder abwechselnd
vorübergehend mit den an die Zuflußöffnung
und den an die Abflußöffaung angeschlossenen Kammern verbunden wird.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der axiale
Hub der Kolben durch Anschläge begrenzt, die zu den parallel zur Rotorachse verlaufenden
Zylindern axial verschiebbar angeordnet und an ihren den Kolben gegenüberliegenden
Enden gegen eine vorzugsweise an Teilen des Stators axial verschiebbar gelagerte
Scheibe abgestützt sind, deren axiale Stellung stufenlos einstellbar ist.
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Während bei den eingangs genannten bekannten Durchfluß-Mengenbegrenzem
eine Änderung der Durchflußmenge lediglich durch eine Änderung der Rotordrehzahl
möglich ist, kann der in der vorgenannten Weise ausgestaltete erfindungsgemäße Mengenbegrenzer
stets mit einer genau gleichbleibenden optimalen Drehzahl betrieben und trotzdem
in sehr einfacher Weise in seiner Durchflußmenge eingestellt werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 den Mengenregler in einem axialen Längsschnitt, Fig. 2 den
Regler in einem gleichen Längsschnitt, jedoch bei einem gegenüber Fig.
1 um 90' gedrehten Rotor, Fig. 3 den Regler in einem Querschnitt
nach der Linie 111-III der Fig. 1,
Fig. 4 den Regler in einem Querschnitt
nach der Linie IV-1V der Fig. 2.
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Der dargestellte Durchfluß-Mengenbegrenzer besteht im wesentlichen
aus einem zylindrischen, um seine Längsachse verdrehbaren Rotor 1, der über
zwei Kugellager 2 in einem Stator 3 gelagert ist. Der Stator 3 ist
aus drei Ringelementen 3 a, 3 b und 3
c zusammengesetzt, die durch stirnseitig an dem Stator 3
angeordnete
Flansche 4, 5 über (nicht dargestellte) Zuganker fest zusammengehalten werden.
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Ein aus dem Flansch 4 axial herausragender Achszapfen 7 des
Rotors 1 dient mittels einer in einer entsprechenden Nut gehaltenen Keilfeder
6 zum rotierenden Antrieb des Rotors 1.
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Der Rotor 1 weist etwa in seiner Mitte eine äußere Ringnut
8 auf, an die außen eine entsprechende Ringnut 9 des mittleren Ringelementes
3 b des Stators 3
anschließt. In die Ringnut 3 b mündet
vom äußeren Umfang des Ringelementes 3 b her in etwa radialer Richtung eine
Eintrittsöffnung 10 (vgl. Fig. 4) ein, durch welche der Ringnut
8 Druckflüssigkeit zugeführt werden kann.
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In die Ringnut 8 des Rotors 1 münden außerdem in axialer
Richtung des Rotors einerseits zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Kammem
11 und andererseits, gegenüber der Ebene der Kammern 11, je-
doch um
90' versetzt, zwei weitere Kammern 12 ein, die ebenfalls diametral
gegenüberliegend angeordnet sind.
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Weiterhin sind im Rotor 1 zwei den Kammern 11
entsprechende
Kammern 13 vorgesehen, die sich auf der den Kammern 11 in bezug auf
die Ringnut 8 gegenüberliegenden Seite des Rotors 1 - mit Abstand
von dieser Ringnut 8 - befinden. Diese Kammern 13
münden an ihren der
Ringnut 8 gegenüberliegenden Enden in einen Ringraum 14. Ebenso sind im Rotor
1 noch zwei den Kammern 12 entsprechende Kammein 15 vorgesehen, die
den Kammern 12 in bezug auf die Ringnut 8 mit Abstand gegenüberliegen und
an ihren der Ringnut 8 abgelegenen Enden in einen Ringraum 16 einmünden.
Beide Ringräume 14 und 16
stehen über -die jeweils nach außen anschließenden
Kugellager 2, je einen weiteren Raum 17 bzw. 18 und einen äußeren,
den Stator 3 achsparallel durchsetzenden Kanal 19 miteinander in Verbindung
und sind über diesen Kanal 19 an eine Abflußöffnung 20 angeschlossen.
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Im Ringelement 3 b des Stators 3 sind entlang
einem gemeinsamen konzentrischen Kreisbogen sieben Zy-
linder 21 in jeweils
achsparalleler Richtung angeordnet, in denen je ein Kolben 22 frei verschiebbar
angeordnet ist. Der Hub dieser Kolben 22 kann für alle Kolben gleichmäßig über Anschlagstangen
23 eingestellt werden, die einerseits zu den Kolben 22 aus den Zylindern
21 in axialer Richtung hinausführen und andererseits gegen eine axial zum Rotor
verschiebbare Scheibe 24 abgestützt sind, die im Flansch 5 gelagert ist.
In eine axiale Gewindebohrung der Scheibe 24 greift mit seinem Gewinde 25 ein im
Flansch verdrehbar, jedoch axial nicht verschiebbar geführter Gewindebolzen
26 ein, der von seinem äußeren Ende her durch ein beliebiges (nicht dargestelltes)
Betätigungsorgan im Sinn einer entsprechenden axialen Verschiebung der Scheibe 24
verdreht werden kann.
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Die Kammern 11 und 15 sind über äußere Verbindungskanäle
27 des Rotors 1 (vgl. Fig. 1 und 3) mit dem äußeren
Umfang des Rotors 1 verbunden, während die Kammern 12 und 13 mit diesem
Umfang über entsprechende Kanäle 28 in Verbindung stehen.
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Die Zylinder 21 stehen ihrerseits an ihren innerhalb der Querebenen
der Verbindungskanäle 27 und 28
befindlichen Stimseiten mit der Innenbohrung
des Stators 3 über jeweils in den Ringelementen 3 a bzw.
3 c angeordnete Kanäle 29 bzw. 30 in Verbindung.
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Der beschriebene Durchfluß-Mengenbegrenzer arbeitet folgendermaßen:
Bei einer Stellung des_ Rotors 1 gemäß den Fig. 1
und 3 gelangt
die durch die Zuflußöffnung 10 in die Ringnut 8 einströmende Druckflüssigkeit
über die in Fig. 1 sichtbare Kammer 11 und die Verbindungskanäle
27, 29 in den - ebenfalls in Fig. 1 sichtbaren - Zylinder
21, wobei der in diesem Zylinder 21 befindliche Kolben 22 durch die Druckflüssigkeit
nach rechts bis zum Anschlag an die dortige Anschlagstange 23 verschoben
wird. Die (in Fig. 1) rechts des Kolbens 22 befindliche Flüssigkeit wird
dabei durch die Verbindungskanäle 30 und 28 in die in Fig.
1
sichtbare Kammer 13 verdrängt, von wo aus der verdrängte Flüssigkeitsteil
über den Ringraum 14 durch das Kugellager 2, den Raum 17 und den Kanal
19 hindurch zur Abflußöffnung 20 gelangt.
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Die den vorgenannten, in Fig. 1 oben befindlichen Kammern
11 und 13 diametral gegenüberliegenden (in Fig. 1 unteren)
Kammern 11 und 13 stehen bei dieser Rotorstellung mit keinem Zylinder
in Verbindung (vgl. auch Fig. 3).
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Nach einer Viertelumdrehung des Rotors 1, wie sie aus der
- übrigens der Fig. 1 gleichenden - Fig. 2 hervorgeht, steht
derselbe Zylinder 21 nuninehr über die (in Fig. 1 und 2) rechts des Kolbens
22 befindlichen Verbindungskanäle 30 und 28 mit einer Kammer 12 in
Verbindung, die über die Ringnut 8 an die Zuflußöffnung 10 angeschlossen
ist, so daß der Kolben 22 nunmehr nach links verschoben wird und dadurch Flüssigkeit
nach der in Fig. 2 oberen Kammer 15 - und damit zur Abflußöffnung 20
- hin verdrängt.
Bei jeder Umdrehung des Rotors
1 wird jeder der sieben Zylinder 21 mit jedem der beiden Kammerpaare
11, 11 und 13, 13 und mit jedem der beiden Kammerpaare 12, 12 und
15, 15 einmal in Verbindung gebracht, so daß die geförderte Flüssigkeitsmenge
dem 28fachen Wert des bei einem eingestellten Hub des Kolbens 22 verdrängten Volumens
entspricht.
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Bei dem beschriebenen Mengenbegrenzer ist wesentlich, daß die in den
Zylindern 21 hin- und herbewegten Kolben 22 lediglich geradlinig axial verschoben
werden, so daß keine störenden Verkantungen od. dgl. erhöhte Reibungswiderstände
auftreten können.
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Die Erfindung ist nicht an die Einzelheiten des dar-C, Crestellten
Ausführungsbeispiels gebunden. Selbstverständlich kann die Zahl der im Rotor befindlichen
Kammern und der im Stator befindlichen Zylinder beliebig gewählt werden, solange
eine gleichzeitige gegenseitige Verbindung zwischen einem Zylinder und den in Drehrichtung
nachfolgenden Kammern des Rotors vermieden wird. Um die Durchflußmenge besser steuern
zu können, wird man im übrigen stets eine ungerade Zylinderzahl vorsehen.
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Abgesehen von einer solchen Änderung kann der beschriebene Mengenregler
in seinen Einzelheiten auch noch zahlreiche andere Abwandlungen oder Ergänzungen
- etwa durch geeignetes Zubehör - erf ahren, ohne daß dadurch der
Schutzumfang der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegten Erfindung verlassen
wird.