DE2846841A1

DE2846841A1 - Positive displacement hydraulic pump or motor - has throttled leakage flow from discharge to suction to position rotor axially

Info

Publication number: DE2846841A1
Application number: DE19782846841
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing Grad Hohl; Gerhard Moench
Original assignee: Sauer Getriebe KG
Current assignee: Sauer Getriebe KG
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1978-10-27
Publication date: 1980-05-08
Also published as: JPS5560683A; DD147135A5

Abstract

The machine has a rotor (2) within a casing with two end plates containing the shaft bearings. There are axial clearance gaps between the end faces of the rotor and the stator end plates. A recess (8) in each stator end plate faces the rotor end face and is connected by a passage with the machine high pressure side (5). The passage contains a throttling orifice (9) and fluid leaks through the orifice and the clearance gap from the high to the low pressure side. The axial force on the rotor depends on the pressure distribution in this path which in turn depends on the width of the clearance gap.

Description

Anordnung zur axialen Positionierung des Arrangement for the axial positioning of the

Rotors einer hydraulischen Verdrängungsmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur axialen Positionierung des Rotors einer hydraulischen Verdrängungsmaschine, deren Rotorstirnseiten mit den zugeordneten feststehenden Gehäusewänden veränderliche Dichtspalte bilden. Rotor of a hydraulic displacement machine The invention relates on an arrangement for the axial positioning of the rotor of a hydraulic Displacement machine, the rotor front sides with the associated fixed Housing walls form variable sealing gaps.

Hydraulische Verdrängungsmaschinen, wie z.B. Verdrängerpumpen oder Verdrängermotoren mit rotierenden Verdrängerelementen haben aufgrund dieser Elemente rotierende Umfangsflächen und rotierende Stirnflächen, die mit feststehenden Gehäusewänden Dicht spalte zur Trennung von Hoch- und Niederdruckräumen bilden. Diese Dichtspalte werden in ihrer Spaltbreite möglichst klein und in ihrer Länge möglichst groß ausgeführt, um die von den Hochdruck- zu den Niederdruckräumen strömenden unvermeidlichen Ölmengen gering zu halten.Hydraulic displacement machines, such as positive displacement pumps or Displacement motors with rotating displacement elements have due to these elements rotating peripheral surfaces and rotating end faces with fixed housing walls Form tight gaps to separate high and low pressure spaces. This sealing gap are made as small as possible in their gap width and as large as possible in their length, the unavoidable quantities of oil flowing from the high pressure to the low pressure chambers to keep it low.

Normalerweise ergeben sich an den Rotorstirnflächen der zuvor erwähnten Verdrängungsmaschinen zwei Axialspalte mit radial er Ausdehnung und geringer Spaltbreite. Durch diese Spalte strömt Hydraulikmedium vom Hochdruckraum, um an der Welle vorbei zum Niederdruckraum zu fließen. Dabei baut sich der hydrostatische Druck vom Niveau des Hochdruckes auf das Niederdruckniveau nach einer e-Funktion ab.Normally, on the rotor end faces, the aforementioned result Displacement machines two axial gaps with radial expansion and small gap width. Hydraulic medium flows through this gap from the high-pressure chamber to past the shaft to flow to the low pressure room. The hydrostatic pressure builds up from the level of the high pressure to the low pressure level according to an exponential function.

Der Verlauf dieses Druckabbaues verläuft dabei zu beiden Seiten des Rotors gleich und ist unabhängig von der Spaltbreitgsolange die Spaltlängen gleich groß sind. Da aber aufgrund unvermeidbarer Fertigungstoleranzen eine starre Anordnung des Rotors zwischen den festen Gehäusewänden nicht möglich ist, ist es üblich, den Rotor axial beweglich auf der Welle oder die Welle axial beweglich im Gehäuse anzuordnen. Die letztgenannte Lösung ist jedoch dann nicht anwendbar, wenn auf einer Welle mehr als ein Rotor angeordnet wird und jeder Rotor mit jeweils ihm zugeordneten feststehenden Seitenwänden axiale Spalte bildet.The course of this pressure reduction runs on both sides of the Rotor and is the same regardless of the gap width as long as the gap lengths are great. Since, however, a rigid arrangement due to unavoidable manufacturing tolerances of the rotor between the fixed housing walls is not possible, it is common to use the To arrange the rotor axially movable on the shaft or the shaft axially movable in the housing. However, the latter solution is not applicable if there is more on one shaft is arranged as a rotor and each rotor with its associated fixed Side walls forms axial column.

Als Folge der Axialbeweglichkeit eines Rotors ergeben sich ungleiche axiale Spaltbreiten an beiden Stirnseiten des Rotors. Wird ein Spalt größer und damit der andere kleiner, so verändert sich infolge von Reibungseinflüssen und Viskositätsänderungen sowie infolge einer elastischen Verformung der Bauteile und damit der Spaltgeometrie die Druckverteilung über der Spaltbreite des kleineren Spaltes. Das hat zur Folge, daß auf der Seite des größeren Spaltes eine Uberschußkraft entsteht, die den Rotor auf der Welle in Richtung des kleineren Spaltes verschiebt und die schon verkleinerte Spaltbreite zu Null zu machen trachtet. Die Uberschußkraft wird durch eine mechanische Gegenkraft kompensiert, die eine hohe Flächenpressung zwischen Rotorstirnfläche und anliegender feststehender Seitenwand des Gehäuses zur Folge hat. Dadurch sind die aufeinandergleitenden Flächen nicht mehr durch einen Schmierfilm getrennt und es entsteht zwischen den betreffenden Teilen eine Mischreibung. Da ein solcher Spalt inbezug auf Schmutzpartikel empfindlich reagiert, entstehen aufgrund fehlenden Hydraulikstromes hohe Temperaturen, die zusammen mit der hohen Flächenpressung der geringen'Viskosität des Schmiermittels und dem Schmutz zum Fressen der betreffenden Teile führen kann.As a result of the axial mobility of a rotor, there are unequal axial gap widths on both front sides of the rotor. Gets a gap bigger and so that the other is smaller, changes as a result of the effects of friction and changes in viscosity and as a result of elastic deformation of the components and thus the gap geometry the pressure distribution across the gap width of the smaller gap. This has the consequence that on the side of the larger gap there is an excess force that drives the rotor moves on the shaft in the direction of the smaller gap and the already reduced one Tends to make the gap width to zero. The excess force is through a mechanical Counterforce compensates for the high surface pressure between the rotor face and adjoining fixed side wall of the housing. Thereby are the sliding surfaces are no longer separated by a film of lubricant and mixed friction occurs between the parts concerned. There such a gap reacts sensitively to dirt particles due to a lack of hydraulic flow high temperatures, together with the high surface pressure of the low viscosity the lubricant and dirt can lead to seizure of the parts concerned.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer hydraulischen Verdrängungsmaschine das Entstehen von Dichtspalten unterschiedlicher Breiten und den sich daraus ergebenden negativen Folgen zu verhindern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß beide Dichtspalte über hydraulische Festwiderstünde enthaltende Kanäle derart mit der Hochdruckseite der Verdrängungsmaschine verbunden sind, daß sich für die axiale Symmetriestellung des Rotors ein Positionsregelkreis aus den beidseitigen Dichtspalten und den Festwiderständen in Form einer hydraulischen Brückenschaltung bildet.The invention is therefore based on the object in a hydraulic Displacement machine the emergence of sealing gaps of different widths and to prevent the resulting negative consequences. According to the invention this object is achieved in that both sealing gaps would have fixed hydraulic resistances containing channels so connected to the high pressure side of the positive displacement machine are that there is a position control loop for the axial symmetry of the rotor from the sealing gaps on both sides and the fixed resistances in the form of a hydraulic one Bridge circuit forms.

Die erfindungsgemäße Maßnahme hat bei Abweichungen der axialen Rotorstellung von der Symmetriestellung eine Zwangsrückstellung zur Folge, so daß stets für gleiche Spaltbreiten zu beiden Stirnseiten eines Rotors gesorgt ist. Dabei können die feststehenden Gehäusewände inbezug auf die Rotorstirnseiten mit symmetrischen Ringnuten versehen sein, von denen Kanäle mit als Festwiderstände wirkende Verengungen zu der Hochdruckseite der Verdrängungsmaschine führen.The measure according to the invention has deviations in the axial rotor position from the symmetry position results in a compulsory reset, so that always for the same Gap widths on both front sides of a rotor is taken care of. The fixed Provide the housing walls with symmetrical ring grooves in relation to the rotor front sides be, of which channels with constrictions acting as fixed resistances to the high pressure side the displacement machine lead.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine hydraulische Verdrängungsmaschine im Schnitt, Fig. 2 die Druckverteilung an den Dichtspalten der hydraulischen Verdrängungsmaschine nach Fig. 1, Fig. 3 ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen-hydraulischen Verdrängungsmaschine im Schnitt u n d Fig. 4 das hydraulische Funktionschema gemäß der Erfindung.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. The figures show: FIG. 1 a hydraulic displacement machine in section, FIG. 2 the Pressure distribution at the sealing gaps of the hydraulic displacement machine Fig. 1, Fig. 3 shows a detail of a hydraulic displacement machine according to the invention in section and FIG. 4 shows the hydraulic functional diagram according to the invention.

In Fig. 1 ist eine bekannte hydraulische Verdrängungsmaschine gezeigt, bei der der Rotor 2 zwischen, zwei starren Gehäusewänden 4 liegt. Der Rotor 2 ist dabei axial verschiebbar auf der Welle 1 angeordnet, die in bekannter Weise in den starren Gehäusewänden 4 gelagert ist. Die Verdrängungsmaschine besitzt axiale Dichtspalte und zwar zwischen dem feststehenden Mittel gehäuse 3 und der Umfangsfläche des Rotors sowie zwischen den Rotorstirnflächen und den feststehenden Gehäusewänden 4. Die letzteren trennen die Hochdruckräume 5 von den Niederdruckräumen 6.In Fig. 1 a known hydraulic displacement machine is shown, in which the rotor 2 lies between two rigid housing walls 4. The rotor 2 is arranged axially displaceably on the shaft 1, which in a known manner in the rigid housing walls 4 is mounted. The displacement machine has axial sealing gaps and although between the fixed center housing 3 and the peripheral surface of the rotor as well as between the rotor end faces and the fixed housing walls 4. The the latter separate the high-pressure spaces 5 from the low-pressure spaces 6.

Die Druckverteilung für die Verdrängungsmaschine nach Fig. 1 zeigt Fig. 2. Dabei ist der Übergangdes Hochdruckes zum Niederdruck in den Axialspalten mit den daraus resultierenden Axialkräften für den Rotor 2 gemäß Fig. 2a bei symmetrischer Stellung und gemäß Fig. 2b bei unsymmetrischer Stellung dargestellt. Der Übergang verläuft dabei in bekannter Weise nach einer e-Funktion, deren Verlauf gemäß Fig. 2a und Fig. 2b zu beiden Seiten des Rotors 2 aufgrund der gleichen Spaltlänge gleich und unabhängig von der Spaltbreite ist. Wird jedoch - wie in Fig. 2c zu sehen - ein Spalt, und zwar der Spalt 12, wesentlich größer als der andere Spalt und zwar der Spalt 7, dann kommt es im statischen Betriebszustand durch Viskositäts- und Reibungseinflüsse sowie infolge der Veränderung der Spaltgeometrie aufgrund elastischer Verformung zu einer ungleichen Druckverteilung in den Spalten 12 und 7. Das hat ungleiche Axialkräfte für den Rotor 2 zur Folge, so daß auf der Seite des größeren Spaltes 12 eine Überschußkraft entsteht, die den Rotor 2 bis zum Anliegen an der linken Gehäusewand 4 bewegt. Damit besteht aber die Gefahr, daß die linke Rotorstirnwand mit der linken Gehäusewand 4 frißt.The pressure distribution for the positive displacement machine of Fig. 1 shows Fig. 2. Here is the transition from high pressure to low pressure in the axial gaps with the resulting axial forces for the rotor 2 according to FIG. 2a with symmetrical Position and shown in FIG. 2b in an asymmetrical position. The transition runs in a known manner according to an exponential function, the course of which is shown in FIG. 2a and 2b are the same on both sides of the rotor 2 due to the same gap length and is independent of the gap width. However - as can be seen in Fig. 2c - one gap, namely gap 12, is substantially larger than the other gap the gap 7, then it comes in the static operating state by viscosity and Frictional influences as well as changes in the gap geometry due to elastic Deformation to an unequal pressure distribution in columns 12 and 7. That has unequal axial forces for the rotor 2 result, so that on the side of the larger Gap 12 creates an excess force that pushes the rotor 2 up to the point of contact left housing wall 4 moved. But there is a risk that the left rotor front wall with the left housing wall 4 eats.

Bei einer Verdrängungsmaschine gemäß der Erfindung kann aber die Gefahr des Fressens nicht auftreten. Fig. 3a und Fig. 3b zeigen das Prinzip der Erfindung mit der Druckverteilung bei symmetrischer und unsymmetrischer Rotorposition. In den beiden feststehenden Gehäusewänden 4 ist dabei je eine Ringnut 8 vorgesehen, die jeweils symmetrisch zu den sich drehenden Stirnseiten des Rotors 2 liegen.In a displacement machine according to the invention, however, the risk feeding does not occur. FIGS. 3a and 3b show the principle of the invention with the pressure distribution with symmetrical and asymmetrical rotor position. In the two fixed housing walls 4 are each provided with an annular groove 8, which are each symmetrical to the rotating end faces of the rotor 2.

Von diesen Ringnuten 8 führen jeweils ein Kanal 15 mit einer als hydraulischer Widerstand (Drossel) wirkenden Verengung 9 zum Hochdruckraum 5. Dadurch werden die Spalte 7, 12 durch die mit Hydrauliköl versorgten Ringnuten 8 in zwei gleiche Spalt abschnitte 10, 11 unterteilt, wodurch dem über den Spaltteil 10 fließenden veränderlichen Ölstrom ein konstanter Ölstrom zuaddiert wird. Der Gesamtstrom fließt dann über den Spaltabschnitt 11 zum Niederdruckraum 6 ab.Of these annular grooves 8 each lead a channel 15 with a hydraulic one Resistance (throttle) acting constriction 9 to the high pressure chamber 5. As a result, the Column 7, 12 through the annular grooves 8 supplied with hydraulic oil into two equal gaps sections 10, 11 divided, whereby the flowing over the gap part 10 variable A constant oil flow is added to the oil flow. The total current then overflows the gap section 11 to the low-pressure chamber 6.

Der erfindungsgemäße Aufbau hat aufgrund der Gesetze der Hydraulik zur Folge, daß der Verlauf des Drucküberganges zwischen dem Hochdruckraum 5 und den Ringräumen 8 sowie zwischen den Ringräumen 8 und dem Niederdruckraum auf beiden Seiten des Rotors 2 von der Breite der Spalte 7, 12 abhängt. Dadurch entsteht bei unterschiedlichen Spaltbreiten, wie Fig. 3b zeigt, auf der Seite der geringeren Spaltbreite ein Druckverlauf mit einer auf den Rotor 2 wirkenden Kraft, die größer ist, als die Kraft der anderen Seite. Dies hat ein Verschieben des Rotors 2 zur Symmetriestellung zur Folge und zwar solange, bis die Druckverläufe auf beiden Seiten gleich sind.The structure according to the invention has due to the laws of hydraulics with the result that the course of the pressure transition between the high pressure chamber 5 and the annular spaces 8 and between the annular spaces 8 and the low-pressure space on both Sides of the rotor 2 on the width of the column 7, 12 depends. This creates at different gap widths, as Fig. 3b shows, on the side of the smaller Gap width a pressure curve with a force acting on the rotor 2, which is greater is than the force of the other side. This has a shifting of the rotor 2 to Symmetry position as a result, until the pressure gradients on both sides are the same.

Fig. 4 zeigt das hydraulische Funktionschema für die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Verdrängungsmaschine. Das Hochdruckniveau 5 ist dabei vom Niederdruckniveau 6 durch die übertrieben groß dargestellten Spalte 7 und 12 getrennt. Die schraffierten Flächen bilden die entsprechenden Bauteile 2 und 4 der Verdrängungsmaschine, wobei die Spaltabschnitte 10, 11 als veränderliche hydraulische Widerstände 10.1, 10.2; 11.1, 11.2 und die sich aus einem mittleren Druck auf die stirnseitigen Teilringflächen des Motors 2 ergebenden Kräfte als Kräfte von Zylindern 13, 14 dargestellt sind.FIG. 4 shows the hydraulic function diagram for the one shown in FIG displacement machine according to the invention. The high pressure level 5 is of the low pressure level 6 separated by the columns 7 and 12, which are shown exaggeratedly large. The hatched ones Areas form the corresponding components 2 and 4 of the displacement machine, where the gap sections 10, 11 as variable hydraulic resistances 10.1, 10.2; 11.1, 11.2 and which result from a medium pressure on the end-face partial ring surfaces of the engine 2 resulting forces are shown as forces of cylinders 13, 14.

Der Verlauf des Drucküberganges in den Axialspalten ist dabei abhängig vom Druckgefälle zwischen Hoch- und Niederdruckraum und von den hydraulischen Widerständen 10.1, 10.2; 11.1, 11.2 der gegenüberliegenden Spalte 7, 12, die sich gegensinnig beeinflussen.The course of the pressure transition in the axial gaps is dependent from the pressure gradient between the high and low pressure space and from the hydraulic resistances 10.1, 10.2; 11.1, 11.2 of the opposite column 7, 12, which are in opposite directions influence.

Der erfindungsgemäße Aufbau einer Verdrängungsmaschine ergibt für den vom Hochdruckniveau zum Niederdruckniveau abfließenden Ölstrom zwei parallele Zweige, die eine als Regelkreis auf den Rotor 2 wirkende Brückenschaltung bilden. Durch die Parallelschaltung eines festen hydraulischen Widerstandes 9 zu den veränderlichen Widerständen 10.1 und 10.2 und den dazu in Reihe liegenden Widerständen 11.1, 11.2 stellt sich in den Ringräumen 8 ein von der jeweiligen Spaltbreite abhängiger Druck ein. Im Gegensatz zu den bekannten Verdrängungsmaschinen ist die von den DrUcken abhängige Kraft hier auf der Seite des Spaltes kleinerer Breite größer und bewirkt eine Verschiebung zur Mittelposition. Dadurch ergibt sich für den Rotor 2 ein Positionsregelkreis, der immer dann eine zur Symmetrieposition wirkende Kraft auf den Rotor 2 zur Folge hat, bis dieser diese Position erreicht hat. Bei der erfindungsgemäßen Verdrängungsmaschine kann somit ein Anlegen einer Rotorstirnseite an eine Gehäusewand und damit die nachteiligen Folgen nicht auftreten.The inventive construction of a displacement machine results in the oil flow flowing from the high pressure level to the low pressure level is two parallel Branches which form a bridge circuit acting as a control circuit on the rotor 2. By connecting a fixed hydraulic resistor 9 in parallel to the variable ones Resistors 10.1 and 10.2 and the resistors 11.1, 11.2 connected in series a pressure that depends on the respective gap width arises in the annular spaces 8 a. In contrast to the well-known displacement machines, that of the pressures dependent force here on the side of the gap of smaller width and causes a shift to the middle position. This results in rotor 2 a Position control loop, which then always has a force acting on the symmetry position the rotor 2 has the consequence until it has reached this position. In the inventive Displacement machine can thus apply a rotor face to a housing wall and thus the adverse consequences do not occur.

Claims

Claims arrangement for the axial positioning of the rotor of a hydraulic displacement machine, the rotor front sides with the associated fixed housing walls form variable sealing gaps, characterized in that that both sealing gaps (7, 12) contain channels via hydraulic fixed resistors (9) (15) are connected to the high pressure side (5) of the displacement machine in such a way that that there is a position control loop for the axial symmetry position of the rotor (2) from the double-sided sealing gaps (7, 12) and the fixed resistors (9) in the form of a hydraulic bridge circuit forms.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the fixed Housing walls (4) contain annular grooves (8) which are symmetrical with respect to the rotor front sides, of which channels (15) act as fixed resistors (9) constrictions to the high pressure side (5) lead the displacement machine.