DE1403789A1

DE1403789A1 - Ventilmechanismus fuer eine hydraulische Maschine

Info

Publication number: DE1403789A1
Application number: DE19611403789
Authority: DE
Inventors: Donald Firth; Hancock Roger Harvey Yorke
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1960-06-03
Filing date: 1961-05-30
Publication date: 1969-03-13
Also published as: GB958028A

Description

Beschreibung"

zum Patentgesuoh

der Firma NATIONAL HESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION, London W.1, England

he treffend "Ventilmechanismus für eine hydraulische Maschine"

Prioritätt 3» Juni I960 - örossbritannien

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Maschinen und in erster Linie jedoch nicht augschliesslich auf hydraulische Pumpen oder Motoren eines Typs (nachfolgend kurz als Typ bezeichnet), bei welchem eine relativ stationäre mit Bohrungen versehene Stange 'koaxial in einen rotierenden Zylinderblock hineinragte Die Erfindung hat die Schaffung einer Maschine des obengenannten Typs zum Zweck* bei welcher die Arbeitstoleranz zwischen der Stange und der Bohrung des Zylinderblocks, in welchem sie ange ordnet ist, auf ein gangbares Minimum verringert wird, ohne die Gefahr eines Fressens der Teile, während des Betriebes der Ma schine zu vergrössern.

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mm 2 «·.

Weil es bei Maschinen des obigen Typs nicht angängig ist, xs«i die Radialbewegung des Zylinderblocks zu verhindern, wenn. ;;.:- die Maschine arbeitet, ist es notwendig, eine Bewegung der=·; Ventilstange mit dem Zylinderblock zuzula_ssen. Zu diesem Zweck ist bereits vorgeschlagen worden, die Stange an einem Ende beweglich anzubringen, jedoch verhindert eine derartige Anordnung nicht ein relatives Kippen zwischen Stange und Zylinderblock mit einer sich daraus ergebenden Mötall-zu-Metall--. Berührung zwischen beiden»

Die Erfindung schafft einen druokmittelbetätigten Ventilmechanismus für eine hydraulische Maschine, in welchem eine Stange in einer Bohrung in einem mit Kanälen versehenen Block angeordnet ist, und die Stange und der Blook relativ zueinander drehbar sindj die Stange ist mit diametral sich gegenüberliegenden llüssigkeitseinlags- sowie -auslasskanälen versehen, die mit den Kanälen im Block zusammenwirken, wobei die Stange Umfangsnuten aufweist, die duroh Leitungen mit dem oder den Hoohdruckkanal oder -kanälen der Stange in Verbindung stehen und so angeordnet sind, dass bei Betätigung die Ventilstange hydraulisch ins Gleichgewicht gebracht wird und radial relativ aum Block schwimmt«, Weil die Ventilstange vollständig schwimmt und hydraulisch im Gleiohgewioht steht, weist sie eine Beweglichkeit in axialer und radialer Riohtung relativ zum Block auf»

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine einem radialen Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Maschine mit einem drehbaren Zylinderblockvorgesehen, der den oben erwähnten mit Kanälen versehenen Block bildet und mehrere im allgemeinen radial angeordnete Zylinder trägt, welche mit den-Kanälen im Blook in Verbindung stehen! in jedem Zylinder arbeitet ein Kolben, dessen Hub durch einen den Zylinderblock ^umgebenden:-ffoo kenring gesteuert wirdf die oben erwähnte genutete Ventilstange ist koaxial zum Zylinderblock angeordnete Wenn die Ma₃chine im Betrieb ist, wird ein unter Druck stehender Ölfilm zwischen der Ventils tang© und dem Zylinderblock über einen Bogen aufgebaut, der demjenigen gegenüberliegt, welcher dem Öldruck in dem oder den Hcchdruckkanal oder -kanälen ausgesetzt istf die Stange wird einerseits völlig schwimmend gemacht und steht andererseits im Zylinderblock bei allen Drücken in dem oder den Plüssigkeitskanälen im hydraulischen Gleichgewichte

Vorzugsweise wird!-jede Hut in Bezug auf den benachbarten Kanal und den Begrenzungen der Lagerflache auf Jener Seite des Kanals symmetrisch angeordnete * .

Bei einer bevorzugten JLusfÜhrungsf orm der Erfindung weist die Stange zwei Paare sich diametral gegenüberliegender Umfangsnuten in Stellung zwischen ihren Enden und den Kanalbe£Tenzungei3

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neben diesen Enden auf, wobei jede Hut bezüglich ihres Winkels sioh ungefähr genauso lange wie der nächste Kanal erstreckt und durch eine leitung mit dem Kanal verbunden iet, welcher neben der diametral gegenüberliegenden But liegt· Auf diese Weise wird ein hydraulisches Gleichgewicht unabhän?- gig davon aufrechterhalten, ob die Kanäle HochdrueJkkanäle oder Hiederdruckkanäle sind« -

Pur die Praxis bestimmte beispielsweise Ausführungßformen des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend unter Bezug . auf die Zeichnungen beschrieben«.Es zeigern

3?ig#l einen Axialsühnitt mit teilweise weggebrochenen Abschnitten durch eine Tentilstange sowie die benachbarten Ab-

* r

schnitte des Gehäuses und des Zylinderbloeks einer Kugelpumpe mit einer Zylinderreihe,

]?igo2 einen feilsohnitt einer abgewandelten AusfiShrungsfona, ' bei der die Maschine in jedem Kanal unter hohem 3)ruofc stehen kann, ' · ■ ■ ■. ■ . . ■ .' ■-.■-,.■.,-.-."

fig© 3 in jBchematisoher Darstellung die Anwendung des dungsgedankens auf eine Maschine mit zwei Sylinöerreihen und

4 in, eqh#matischsr Ansicht die Anwendung dee gtäankene auf eine iiaechine mit vier Zylinderreüi®n_e

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Zunächst unter Bezug auf !ig«! zeigt die Zeichnung eine im allgemeinen bekannte Konstruktion einer Kugelpumpe mit einer Reihe oder einem Hing von Zylindern, !in ß-ehäuse 1 trägt an seinem Üande die übliche irockensohiene 2 und umgibt den üblichen Zylinderblock 3· Der Zylinderblock läuft in reibungslos en lagern, von denen eins bei 4 gezeigt ist und umgibt dicht eine Ventilstange 5 τοη im allgemeinen bekannter Bauart» die Kanäle 6»7 für niedrigen und hohen Brück aufweist, von denen sich jeder etwa über 180 Bogengrade erstreckt? jeder Kanal ist um e ine gemeinsame Sbene symmetrisoh angeordnet, die sua? Stangenachse normal steht und die Achsen der Zylinder 8 enthalt, Me Kanäle 6 und 7 stehen über innere üeitunjgen. 9»10 mit äusseren Steomkreisverbindungen bei 11 und 12 in einem mit Kanälen versehenen Block 15 in Verbindung_f welcher durch Bolzen mit der Stange 5 fest verbunden ist« Sine Süokhalteplatte 14 am G-ehäuse 1 dient zur Aufnahme eines Flansches 13a» duröh welchen der mit Kanälen versehene Bloofc und die Stange 5 miteinander verbolzt sindj es ist je« doöh eine ausreichende Toleranz zwischen den sich gegenüber»

14 liegenden iläehen des flansches 13a und der flatte/in den jeweiligen luhestellungen bezw# normalste!lungeη der Seile vorgesehen! um zu ermöglichen» dass die Stange in axialer

Richtung frei schwimmen kann» so dass sie immer eine beab-Asialgtellung in Bezug auf δ,&η Zylinderblock 3 kann* Sie Kanaleinstellung wird duröh Winkelver«-

Mt 6 m~

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stellung der Stange 5 durch einen exzentrischen Dübel 15 gesteuert t welcher mit einem Schlitz 16 in der Stange 5 im Eingriff und an einer Stiftschraube 17 mit einem seohskantigen Kopf angebracht ist»

Auf jeder Seite von jedem Kanal 6,7 und im Abstand von letzteren sind jeweils Umfangsnuten 18,19 und 20,21 angeordnete Jede Hut ist in einem Winkel zur Bolzenachse angeordnet, der annähernd demjenigen gleicht, welchen der jeweilige Kanal einschliesst und öffnet sich über die äussere Lagerfläche an der Ventilstange an einem Punkt, annähernd in der Mitte zwischen dem Kanal 6 oder 7 und der Begrenzung der Lagerfläche in axialer Richtung auf jener Seite des Kanals, Pur die Muten 18,20 ist diese Begrenzung das Innenende 5a te Ventilstange, während für die Hüten 19 »20 die Begrenzung durch eine ringförmige Entlastungsnut 22 in der Bohrung im Zylinderblock 3 bestimmt ist, in welchem die Stange wirkt» Entlastungsnuten 23,24 verbinden die Hüten 20,21 mit den jeweilig benachbarten Lagerflächenbegrenzungen· Der Raum 25 zwischen dem Ende 5a der Stange und dem "blinden" Ende 26 der Bohrung im Zylinderblock steht mit dem Raum im Gehäuse 1 durch eins Bohrung.27 in Verbindung«, Dies verhindert jeglichen Druckaufbau aufgrund von Öllecken am Ende der Stange, ,das siök der axialen Schwimmfreiheit widersetzen,würde,, um eine beab-... sichtigte Axialstellung in Bezug auf den Zylinderblock 3 aufrechtzuerhalten. Eine biegsame Wellendichtung 28 verhindert einen ' Ölaustritt längs des ümfangs der Stange und aus dem Gehäuse her»ue. 909811/0015

Jede Nut 18,19,die den Niedrigdruckkanal 6 flankiert, ist mit ' dem Hochdruckkanal 7 durch eine jeweilige Querleitung 28,29 verbunden, so dass die ganze !Lagerfläche zwischen der Stange 5 und dem Zylinderblock 3 über einen Bogen annähernd gleich lang wie derjenige des Niedrigdruekkanals 6 unter dem beabsichtigten Druck steht, welcher im' wesentlichen demjenigen über dem

gegenüberliegenden Bogen an jeder Seite des Höehdruekkanäls 7 gleicht· Die ungefähren Druckverteilungen über* den Niedrigdruek*- kanal-und Hochdruckkanallagerzonen sind jeweils durch gestrichelte, im allgemeinen 'dreieckige Flächen¹ I^ t -^ und H angedeutete Hieraus ist ersichtlich, dass die Hiedrigdruokzone zwei Spitzendrücken auf j eder Seite des Medrigdrucfckanals 6 unterworfen ist, wobei jede dieser Drückzonen mit der Stellung der. jeweiligen Mut 18 öder 19 zusammenfällt und der Druck'auf Bull oder in die nähe von Hull an den Kanalrändern und an den Begrenzungen der Lagerflache abfällt*

An der Hoohdruckseite der Tentilstange 1st der Druok ein Maximum über den Bereich, der der Breite des Htjchdruckkanals 7 entspricht und fällt atcf iNull an jeder 3Jut 20,21 ab_e.Die Normfür diö* Ausbildung der luten 18 bis 21 ist diejenige, da_ss die Summe der !lachen der Diagramme I₁ ¹^ ^ ⁰³³¹¹OJ¹⁶*¹¹¹^ ^gleich der TflJUiiieι des Diagrauäas H sein eollte, so ^ass d±* Auixeöhterhältung von im Gleichgewicht stehenden radialen faydraujieolieii BeIa₈tungen auf die Tentilstange sieMergestell"k

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Aus Obigem geht hervor, dass das resultierende radiale, sich selbst einstellende Gleichgewicht und die axiale Schwimmfähigkeit' der Ventilstange innerhalb der Zylinderbohrung nur so lange wirksam ist, bis der Hochdruck im Kanal 7 aufrechterhalten bleibt» Wenn es gewünscht ist, ein radiales, sich selbst einstellendes Gleichgewicht unabhängig davon zu erhalten, welcher der Kanäle 6 und 7 für hohen und welcher fUr niedrigen Druck dient, jnüseen beide Hutenpaare 18,19 und 20,21 mit dem gegenüberliegenden Kanal übers Kreuz verbunden werden (wie aus Fig«2 ersichtlich), wo die Muten 20 und 21 mit dem Kanal 6 durch jeweilige Querleitungen 30,31 verbunden und die Sntlastungsnuten 23,24 weggelassen sind ι die Punktion der Kanäle 6,7 ist umgesetzt worden, so dass die resultierenden Druokverteilungsdiagramme sich, wie gezeigt, als H¹ und L^, ¹L*% ergeben»

■pig.5 zeigt schematisoh eine entsprechende Anordnung in einer Pumpe oder einem Motor mit zwei Seihen Zylinder 8a,8W Die Stange hat dann zwei Sätze von Kanälen 6a,7a und 6b_f lh und Hüten 18,19,20,21· Die Mut 18 ist durch eine leitung 28 an den HoeJbdruokfcanal 7a für eine Beifae Zylinder 8a und die lut 19 durofa eine leitung 29 an den Hochdruokkanal 7b für die zweite Seihe Zylinder 8b angeschlossen· Die ©iah hieraus ergebend* Jöruek—... verteilungsdiagramme sind diejenigen, die mit den »trlohiertea

Flächen A,B,0,D bezeichnet sind· Die Leitungen 30 und 31 binden die M"ut 20 mit einem Kanal 6a und die Hut 21 »it Kanal 6b, um einen Druckweohs·! zu ariuögliohen.

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' für Maschinen, mit mehr als zwei Reihen Zylinder würde die zusätzliche Reibe oder Reihen awisohen den Reihen Sa₉Sb liegen. Pig#4- zeigt eine derartige Maschine mit vier Reihen Zylinder 80,8d,8a und 8f* Sie Ventilstangβ hat vier Sätze von Kanälen 6e,7c,6d,7d,6e,7e und 6t und 7f und Nuten 18,19*20 und 21* Die Druckverteilungsdiagramme ergeben, wenn die Kanäle Ie₉It als Hochdruckkanäle arbeiten, gestrichelte flächen E_fF,&,H,I,Je

Bei allen "beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist er~ sichtlteh, dass eine ausreichende Lagerfläche zur Verfügung stehen muss, die jeden liedrigdruokkanal flankiert und einen radialen Schub des unter Hochdruck stehenden Mediums β« gestattet, welcher einen Ausgleich des gegenüberliegenden radialen Schubs bewirkt, der über der Fläche eines Hochdruckkanals und die benachbarte Lagerfläche ausgeübt wird» Dies be-» deutet, dass ein minimales Verhältnis zwischen der axialen Länge der Lagerfläche in Bezug auf die Kanalfläche bei jeder Konstruktion gemäss der Erfindung eingehalten werden muss*

Obgleich bei &en in den Zeichnungen dargestellten Konstruktionen · Umf angsmiten nur .in Stellungen zwischen den Enden der Ventilstange und der benachbarten Kanäle dargestellt sind, fällt unter den Bereich der !Erfindung auoh die Anordnung von Zusatz«· nuten, die mit einem Hochdruokkanal verbunden und ±n Stellungen angeordnet sind, die awisohen den Kanälen in geeigneten Fällen vorgesehen sind, bei daaen solohe Zusatznuten bei der Erhaltung des hydraulischen Sleiöfagewiohts und dar radiale* Söhwimmfähig«

8098 11/0015 ktlt mitwirken* Ι^^Μ^ΰάΜΒΛ

BAD ORlGWAL.

Claims

f a tittUn'opr (leh e ι

1· Yentileechanieaus f tir eine hydraulische Maachine «it einer in «ioar Bohrung in ein·« »It Kanälen rersehenen Blook angeordneten Yentilstange» bei dam letztere und der Block Ια · Besag aufeinander drehbar angeordnet eind, und die Yentilatange mit eioh diajMtral gegenüberstehenden Hochdruck- und Niederdroekkanälen reraehen iet_t die ait Kanälen im Blook κβββΜίβη-wlrken, dadurch gekenn»eichnet, dass die Ventilstange U«fangßnuten aufweist, welche duroh Leitungen ait dem Hoohdruckkanal oder den -kanälen der Yentilatange rerbunden und so angeordnet «lud, dass die Yentilatange bein Betrieb hydraulisch la Gleiohgewieht let und radial in Besag auf den Blook aohwiaat*

2· Meohanisaus nach Anaprueh 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Yentiletange und der Blook radial und axial in Besug aufeinander frei beweglich aiad·

3* Ifeehaniaana neon Anepruoh 1 ed er 2_t dadurch gekennaelehnet_y das« die Ventiletange awel üafangenuten in Stellungen ■wiaohen ihren Snden und Begrensungen für den Jfiederdruokkanal neben dieeea Sadea aufweist ttai daei jede lat aich beaUglioh ihre· Winkele annähernd glelah weit erstreckt wie der benaehbart· IledrigdruokkanaJL «ad dureh eine Leitung ait eines Ho«h- drmakkanal in Yerbimdoag stent*

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6AD GAu:

Me·hanisasa· naeh Anspruch 3» dadureh gekennzeichnet, 41· Ventiletange mit sw«l ümfernennten in Stellungen swischen ihren Enden und den Begrenisung«n d ·β Hoohdruckkanale neben diesem. Enden Tersehen let and dass jede ffat bezüglich Ihr·· Winkel· annähernd gleich lang wie d er benachbarte Hocbdrückkanal und alt dem Auslese but Atmosphäre versehen let·

5« Mechanismus nmeh Anspruch 1 «der 2, dadurch gek»Biuiel«luut₉ dm·· Al« Yeatiletange *wel Paare β Ich diametral gegenüber* ■tehender Uafangenuten in Stellangen ewisohen ihren Bnden «nid den lanalleegrenaungea neben diesen Enden aufweist uaft daei 3ed« Hut beeüflieh Ihr«· Winkele annähernd gleich lang wie der benachbarte Kanal let and duroh eine Leitung sit dm Kanal neben der diametral gegenüberliegend angeordneten Mt yerbunden 1st«

6« Meehanieau* naeh «ine« der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenneeiehnet, dass jede Üefangenut In einer Bto·»· annähernd Ib der Mitte «wischen de» nächsten Kanal mn* der Begrensung der Lagerfläche der Yentiletange ianerhal· 4es »leckes liegt*

7* Dnreh ein radial wirkend«*, unter Sruek stehendes betätigte Hasohi&e mit eine» «loh drehendem lylisderbleolr» der eines sdt Kanälen Tersehenen Block eine· He^haslss«· mmk •Ines der rorhergehendsn Ansprüehe bildet und sehrere 1« •llgemeinen radiale Zylisder trägt. In welche» Jewell· «1*

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Kelbtn arbeitet, dessen Hub durch einen den Zylinderblock: gebenden Vockenring gesteuert wird, wobei die eben erwähnte genutete Ventilstange koaxial sum Zylinderblock angeordnet ist«

8. Maschine nach Anspruch 7« dadurch gekenneeichnet, dass der Zylinderblock in Lagern in eines Gehäuse läuft und die Ventilstange eo angeordnet ist» dass sie eine axiale Sehwis«- fähigkeit relativ sua Zylinderblock und Gehäuse erhält«

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