DE2326951A1

DE2326951A1 - Rotierender phasenschieber zwischen zwei wellen

Info

Publication number: DE2326951A1
Application number: DE19732326951
Authority: DE
Inventors: Howard William Barnes-Moss; Samuel Lesley
Original assignee: Ricardo and Co Engineers 1927 Ltd
Current assignee: Ricardo PLC
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-26
Publication date: 1973-12-13
Also published as: IT986100B; FR2187051A5; JPS4961572A

Description

CRASEMANN & RAFFAY

2 HAMBURG 7O -

Schlosstrasse 6 PATENTANWÄLTE:

24. Mai 1973 " . ·

DIPL.-INQ. JÜRGEN CRASEMANN D1PL.-ING. Vl N C ENZ v. RAFFAY

Unsere Akte: 1037/44

RICARDO & CO. ENGINEERS.(1927) LIMITED Bridge Works, Shoreham-by-sea, Sussex, England ·

Rotierender Phasenschieber • zwischen zwei Wellen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen rotierenden Phasenschieber zur Änderung der Winkelphase zwischen zwei einander zugeordneten Wellen o.»dgl. während beide rotieren. · -

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Phasenschieber zu schaffen, durch den eine kontinuierliche Winkelphasenverschiebung über einen Bereich bis zu 60° oder mehr möglich ist. Ferner soll ein Phasenschieber geschaffen werden, der kompakt ist und keine wesentliche äußere mechanische Betriebslast erfordert. Die Erfindung bezieht sich insbesondere jedoch nicht ausschließlich ■ auf einen Phasenschieber in Verbindung mit einer Kraftmaschine zur Veränderung einer Variablen der letzteren während des Laufes.

Der rotierende Phasenschieber zur Änderung der Winkelphase zwischen zwei einander zugeordneten rotierenden Wellen o. dgl., ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein rotierendes hydraulisches Stellglied, dessen Rotor fest mit einer rotierenden Welle gekoppelt ist und dessen Gehäuse,"in dem der Rotor umläuft, fest mit der zweiten rotierenden Welle gekoppelt ist, wobei das Stellglied mit einer Quelle hydraulischer Druckflüssigkeit über ein

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TELEFON: CO411) 68 7OO5 ■ TELEQ RAM ME: PATFAY, HAMBURG

hydraulisches Steuerventil verbunden ist, das eine Stellungsgegenkopplung aufweist. Eine Betätigung des Steuerventils erzeugt eine entsprechende Änderung der relativen Winkelstellungen des Stellgliedrotors und seines Gehäuses und damit der beiden Wellen.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Steuerventil als Spulenventil ausgebildet, dessen Spulenkolben in einer zugeordneten Bohrung in der Spindel des Rotors axial verschiebbar angeordnet und verschiebbar mit dem Gehäuse verkeilt ist, so daß er koaxial mit ihm rotiert. Um die Stellungsgegenkopplung zu erreichen, kann der Spulenkolben äußere, schraubenförmige Ausnehmungen aufweisen, die mit in der Wand der Rotorspindel angeordneten Einlaß- und Auslaßöffnungen zwecks Steuerung des Zu- und Abflusses der Druckflüssigkeit zu den Kammern im Gehäuse des Stellglieds und von diesem weg zusammenarbeiten. Hierdurch wird die relative Winkelstellung des Rotors in dem Stellgliedgehäuse eine Punktion der axialen Stellung des Spulenventils in der Rotorspindel. ■ ·

Der Phasenschieber nach der Erfindung hat einen großen Anwendungsbereich. Gemäß einer Anwendung der Erfindung wird der Phasenschieber .zusammen mit einer Kraftmaschine benutzt, um eine Variable der Kraftmaschine zu steuern, z.B. im Zusammenhang mit der Maschinenbelastung, der Maschinengeschwindigkeit oder einer Kombination aus diesen beiden Variablen. Hierfür kann das hydraulische Steuerventil durch ein Steuergerät betätigt werden, das die Maschinenbelastung bestimmt, z.B. die Drosselklappensteuerung einer Brennkraftmaschine oder das Absperrventil einer Dampfmaschine, oder durch einen Fühler für die Maschinengeschwindigkeit, z.B. einen Fliehkraftregler, oder durch die kombinierte Wirkung eines Laststeuergliedes und eines Fühlers für die Maschinengeschwindigkeit.

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Die durch den Phasenschieber gesteuerte Variable kann z.B. die Zeitsteuerung der Ventile einer Dampfmaschine sein. Die steuerbare Variable kann auch die 'Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine sein, in die flüssiger Brennstoff eingespritzt wird. Schließlich kann die steuerbare Variable auch die Zeitsteuerung der Ventile einer Brennkraftmaschine sein, wobei der Phasenschieber die Phase der Nockenwelle der Maschine steuert.

Im folgenden¹ wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch einen Phasenschieber, der . zwischen einem Eingangsritzel und einer Ausgangswelle ■ arbeitet;

Fig. 2" und 3 sind Querschnitte entlang der Linien A-A und B - B in Fig". I;

Fig. 4 ist eine abgewickelte Ansicht eines Spulenkolbens eine's hydraulischen Steuerventils der Anordnung.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung soll eine Ausgangswelle 1 bezüglich ihrer Phase· zu einem Antriebszahnrad 2 variabel verstellbar gemacht werden, wobei das Antriebszahhrad 2 koaxial auf der Welle l'gelagert ist, während- die Welle 1 durch das Zahnrad 2 in Umlauf versetzt wird. Um die Winkelphasenverschiebung zu bewirken, ist ein rotierendes hydraulisches Stellglied vorgesehen, dessen zylindrisches Gehäuse 3 fest und koaxial an dem Antriebszahnrad 2 befestigt ist. Die Welle 1 und das Zahnrad 2 sind ebenfalls in einem festen Wandglied 30 gelagert, gegen das ein glockenförmiges Gehäuse 31 stumpf angesetzt ist, welches das Stellgliedgehäuse 3 umschließt, wobei zwischen beiden eine öldichtung 32 vorgesehen ist.

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Ein Rotor 4 kann frei koaxial innerhalb des Gehäuses 3 um einen begrenzten Winkel ( ca. 60 ) rotieren. Der Rotor 4 wird durch eine hydraulischen Kolben dargestellt, der zwei Flügel 4¹, 4¹ aufweist j die auf einer hohlen Spindel 5 befestigt sind. Zwei feste radiale Anschlagglieder 6, 6 in dem Gehäuse 3 bilden zusammen mit den beiden Flügeln 4¹, 4¹ des Rotors zwei Paare der Stellgliedkammern 7, 7 und 8, 8 in dem Gehäuse 3. Die Rotorspindel 5 treibt die Ausgangswelle l^r durch eine gerade Keilkupplung 9. Somit bewirkt eine Winkelbewegung des mit Flügeln versehenen Rotors 4 relativ zum Gehäuse 3 eine identische Winkelbewegung der Ausgangswelle 1 relativ zum antreibenden Zahn-'rad 2. Ein Drehmoment wird zwischen den letzteren durch eine Druckdifferenz des Öles in den Kammern 8, 8 und 7, 7 übertragen, das auf die Flügel 4', 4' wirkt.

Eine Phasenverschiebung zwischen, dem "Rotor 4 und dem Gehäuse 3 ■ (und damit zwischen der Welle 1 und dem Zahrad 2) wird bewirkt durch Erhöhung oder Verringerung der Druckdifferenz zwischen den Kammern 8, 8 und 7., 7, so daß das übertragene Drehmoment größer öder kleiner ist, als das Lastdrehmoment auf der Welle und dem Zahnrad 2.

Ein hydraulisches Steuerventil der Spulenkolbenart ist vorgesehen, um das hydraulische Stellglied 3, 4 zu steuern durch Steuerung des Öldrucks in den Stellgliedkammern 7, 7 und 8, 8. Der Spulenkolben 10 des Steuerventils ist in einer Bohrung mit enger Passung in der Rotorspindel 11 verschiebbar, er ist jedoch in einer festen Winkelstellung mit dem Gehäuse 3 mittels einer Keilverbindung 11 gehalten. Drucköl aus einer Quelle (nicht gezeigt) wird durch eine Leitung 12A in dem Wandglied 30 zu einem Lager 12 z-wischen dem "ahnrad 2 und der Welle 1 geliefert, und es fließt entlang eines axialen Raumes 13A in der Zahnradnabe zu radialen Löchern 13 in der hohlen Rotorspindel 5» wobei diese Löcher 13 mit zwei schraubenförmigen Ausnehmungen in Verbindung stehen, die in der Oberfläche des Spulenkolbens

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gebildet sind. Die Kanten dieser Ausnehmungen 14 steuern die Öffnung von vier radialen Einlaßöffnungen 15, die in der Wand der Spindel 5 gebildet sind und in die Stellgliedkammern 7,7 bzw. 8, 8 führen. Ein zweites Paar schraubenförmiger Ausnehmungen l6 sind in dem Spulenkolben 10 gebildet und im Abstand von den Ausnehmungen 14 vorgesehen; sie steuern entsprechend die Öffnung von vier Auslaßöffnungen 17, die durch die Wand der Spindel 5 von den Kammern 7, 7 bzw. 8, ,8 führen. Die Ausnehmungen 14 und 16 haben dieselbe Steigung und denselben Drehsinn. Von den Auslaßöffnungen. 17 in die Ausnehmungen 1β eintretendes öl fließt nach innen durch radiale Löcher in eine zentrale Bohrung in dem Spulenkolben 10 und wird durch einen Auslaß 19 in der Welle 1 abgegeben. Zur Ausübung einer axialen Kraft auf den rotierenden Spulenkolben 10 ist ein nichtrotierender Steuerflansch 20 vorgesehen, der auf dem vorstehenden Ende des Spulenkolbens 10 mittels eines Kugellagers 21 gelagert ist. Der Steuerflansch kann nach innen bewegt werden, um die Phase zu verzögern, und nach außen um die Phase voreilen zu lassen. Eine Druckfeder 22 wirkt durch ein Drucklager (nicht gezeigt) und kann vorgesehen sein, um. den Steuerflansch in der voreilenden Richtung unter Druck zusetzen. '

Im folgenden wird der Betrieb des Phasenschiebers, beschrieben, und zwar unter der Bedingung, daß auf der Welle 1 kein Drehmoment liegt.

Pig. 1 zeigt den Spulenkolben 10 in derjenigen axialen Stellung, die der vollen Voreilung der 'Ausgangswelle entspricht, wobei der Spulenkolben sich in seiner linken begrenzten Stellung befindet. Es sei nun angenommen, daß bei rotierenden Zahnrad 2 Und Welle der Spulenkolben einen kurzen Weg nach rechts in Fig. 1 bewegt wird, wodurch die schraubehformigen Ausnehmungen 14 und 16 über , die Öffnungen 15 und 17 sich bewegen, so daß die Öffnung 15A voll geschlossen, 15B voll geöffnet, 17C voll geöffnet und 17D voll geschlossen ist. Mit anderen Worten sind die Einlaßöffnungen in den Kammern 7 voll geöffnet und die'Ausgangsöffnungen sind voll geschlossen, während in den Kammern 8 die Eingangsöffnungen

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ORIGINAL INSPECTED

voll geschlossen und die Ausgangsöffnungen voll geöffnet sind. Somit baut sich Öldruck in den Kammern 7 auf, während in den Kammern 8 der Öldruck abnimmt. Der Rotor 4 wird deshalb (im Gegenuhrzeigersinn in den Fig. 2 und 3) relativ zum Gehäuse 3 bewegt, und verzögert damit die sich drehende Welle 1 bezüglich dem sich drehenden Zahnrad 2. Diese relative Winkelbewegung zwischen"der Welle 1 und dem Zahnrad 2 dauert an, bis alle Öffnungen 15 und 17 wieder teilweise offen sind durch die Rotation der Spindel 5 bezüglich des Spulenkolbens 10 und die Öldrucke in den Kammern 7 und 8 sich ausgleichen, um die relative Rotation des Zahnrades 2 und der Welle 1 zu beenden.

Somit ist unter den Bedingungen der Nulldrehmomentübertragung die relative Winkelstellung des Rotors 4; innerhalb des Gehäuses 3 (und damit der Ausgangsweile 1 und des Zahnrades 2) eine eindeutige Punktion der axialen Stellung des Spulenkolbens 10 in der Spindel 5. Bei Anwendung einer Drehmomentlast auf der Welle 1 ergeben sich kleine Abweichungen von diesem Verhältnis in Abhängigkeit von der hydraulischen Steifheit der Anordnung. Die Welle 1 eilt hinter dem Zahnrad 2 nach bis die Öffnungen und 17 die Drücke in den Kammern 7, 7 und 8, 8 genügend geändert haben, um die Drehmomentbelastung auszugleichen.

Der beschriebene und gezeigte Phasenschieber kann in Verbindung mit einer Kraftmaschine zur Steuerung einer Variablen benutzt werden, z.B. der Zeitsteuerung der Ventile der Kraftmaschine in Abhängigkeit von der Last und/oder der Geschwindigkeit der Kraftmaschine wie oben beschrieben wurde. Der Spulenkolben 10 kann durch geeignete Mittel betätigt werden, z.B. durch eine Verbindung des Maschinenlaststeuergliedes oder einen Geschwindigkeitsfühler, oder einer Kombination aus beiden.

Bei dem gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das hydraulische Stellglied als Zweiflügel-Anordnung ausgebildet und gibt eine maximale Phasenverschiebung von etwa 60 mit einem zufriedenstellenden Ausgleich der Zentrifugalkräfte und theoretisch

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reine Drehmomentübertragung. Es können j edoch andere Stellgliedbauweisen benutzt werden, wenn das notwendig ist. Beispielsweise kann gewünschtenfalls ein Stellglied mit einem einzigen Flügel benutzt werden, der eine maxiamale Phasenverschiebung von mehr als 60°, z.B. 36O⁰ angenähert ergibt. Dabei ist die Bauweise des Stellglieds entsprechend geändert, um einen dynamischen Ausgleich zu erreichen; ferner sind Lager vorgesehen,, um einen befriedigenden Betrieb unter unausgeglichenem Druck zu ermöglichen, der zusammen mit dem übertragenen Drehmoment bei derartigen Einflügel-Konstruktionen erzeugt wird.

Ein weiterer Vorteil des gezeigten Phasenschiebers besteht darin, daß im Falle der Anwesenheit irgendwelcher Luft in der Hydraulikflüssigkeit in dem Stellgliedgehäuse 3 die Zentrifugalkräfte in dem öl die Luft gegen das Zentrum bewegen, wo sie durch die Auslaßöffnungen 17 mit dem ausfließenden öl herausgetrieben wird. Dieses stellt sicher, daß luftfreies öl zwischen den Flügeln verbleibt, und damit die Torsionssteifheit der Anordnung aufrechterhalten bleibt.

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Claims

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Patentansprüche:

■ 1. Rotierender Phasenschieber zur Änderung der Winkelphase zwischen zwei einander zugeordneten rotierenden Wellen o. dgl., gekennzeichnet durch ein rotierendes hydraulisches Stellglied (3j 4), dessen Rotor (4) fest mit einer rotierenden Welle (1) gekoppelt ist, und dessen Gehäuse O)₉ in dem der Rotor umlauf^ fest mit der zweiten rotierenden Welle (2) gekoppelt ist, wobei das Stellglied mit einer Quelle hydraulischer Druckflüssigkeit über ein hydraulisches Steuerventil (10, 11), verbunden ist, das eine Stellungskopplung aufweist.
2. Phasenschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (10, 11) als Spulenventil ausgebildet ist, dessen Spulenkolben (10) in einer zugeordneten Bohrung in der Spindel (11) des Rotors (4) axial verschiebbar angeordnet und verschiebbar mit dem Gehäuse (3) verkeilt ist.
3* Phasenschieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkolben (10) äußere schraubenförmige Ausnehmungen (14, 16) aufweist, die mit in der Wand der Rotorspindel angeordneten Einlaß- und Auslaßöffnungen (15, 17) zwecks Steuerung des Zu- und Abflusses der Druckflüssigkeit zu den Kammern (7, 8) in Gehäuse des Stellglieds und von diesen weg zusammenarbeiten.
4. Phasenschieber nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Steuerung einer variablen Betriebsgröße einer Kraftmaschine vorgesehen ist.
5. Phasenschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er auf Änderungen der Maschinenlast, Maschinengeschwindigkeit oder einer Kombination von beiden anspricht.
6. Phasenschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Steuerventil des Phasenschiebers durch- ein Steuerglied betätigbar ist, das die Maschinenlast bestimmt, z.B. die Drosselklappensteuerung einer Brennkraftmaschine oder die

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Absperrsteuerung einer Dampfmaschine.
7. Phasenschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Steuerventil des Phasenschiebers durch einen Fühler der Maschinengeschwindigkeit betätigbar ist.
8. Phasenschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Steuerventil des Phasenschiebers durch die kombinierte Wirkung eines Laststeuergliedes und eines Fühlers der Maschinengeschwindigkeit betätigbar ist.
9. Phasenschieber nach Anspruch 4 bis 8, dadurdi-gekennzeichnet, daß die gesteuerte Variable die Zeitsteuerung der Ventile einer Dampfmaschine ist.
10. Phasenschieber nach Anspruch k bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Variable die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine' ist, die flüssigen Brennstoff eingespritzt erhält.
11. Phasenschieber nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Variable die Zeitsteuerung der Ventile einer Brennkraftmaschine ist, wobei der Phasenschieber die Phase der Nockenwelle der Maschine steuert.

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