DE3520994A1

DE3520994A1 - Hydraulische schraubenmaschine

Info

Publication number: DE3520994A1
Application number: DE19853520994
Authority: DE
Inventors: Lars Skärholmen Segerström
Original assignee: IMO AB
Current assignee: IMO AB
Priority date: 1984-06-20
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1986-01-02
Also published as: SE439180B; JPH037033B2; GB8515008D0; DE8517118U1; JPS6111481A; SE8403315D0; US4637787A; GB2162249A; GB2162249B; DE3520994C2

Description

BLSCHiiElBUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf solche hydraulische Haschinen, die einen Schraubensatz in ^orm einer Antriebsschraube sowie einer oder mehrerer Laufschrauben umfassen, welche in einem hantel angeordnet und so ausgebildet sind, daL die Schrauben gegeneinander und gegen den Mantel unter Bildung von Kammern abgedichtet sind, die bei Rotation der Schrauben axial entlang des. Schraubensatzes bewegt werden. Die Maschine kann als Pumpe arbeiten, wenn die Antriebsschraube durch einen I-iotor angetrieben wird, wobei in den von den Schrauben und dem Mantel gebildeten Kammern Flüssigkeit von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite transportiert wird, oder als KiOtor dienen, wobei an der Hochdruckseite Flüssigkeit eingespeist und in den Kammern zur Kiederdruckseite bewegt wird und die Schrauben antreibt, und wobei die Antriebsschraube eine an ihre Welle angeschlossene Vorrichtung antreibt.

Der Schraubensatz und der Mantelsind in einem äußeren Gehäuse angeordnet, durch dessen an der Hochdruckseite liegendes Ende sich die Welle der Antriebsschraube unter Vermittlung einer Dichtung hindurcherstreckt. Die Yieile der Antriebsschraube ist einerseits mit einem Ausgleichskolben zum Ausgleich eines Teils der auf die Antriebsschraube einv.⁷irkenden Axialkraft und anderseits mit einer Scheibe versehen, die zusammen mit einem Teil des Gehäuses ein hydrostatisches Axiallager zur Aufnahme der auf die Antriebsschraube einwirkenden restlichen Axialkraft bildet.

zuder Technik

Hydraulische Maschinen der oben angegebenen Art sind bereits bekannt, beispielsweise durch die Schwedische Auslegeschrift Nr. 7604832-1 (Publ. Kr. 406 958). Ein Nachteil, welcher der Maschine nach dieser Auslegeschrift anhaftet liegt darin, daß die radiale Lagerung der Welle an der Hochdruckseite der Antriebsschraube nicht zufriedenstellend ist, insbesondere wenn die faschine von einem Motor angetrieben wird, dessen Achse sich nicht exakt in Ausrichtung mit der erstgenannten Welle befindet, weil die in der Maschine angewendeten Gleitlager nur begrenztes Vexmögen haben, die Kraft von solchen Schrägstellungen aufzunehmen. Ein v/eiterer Nachteil ist, daß auch die axiale Lagerung der Welle nicht zufriedenstellend ist, insbesondere wenn die Maschine kalte öle und/oder Öle unter niedrigem Druck pumpt, weil dann kein Öl in den Spalt einzudringen vermag, der von radialen Lagerflächen auf einem Teil des Gehäuses und einer auf der Welle neben dem Ausgleichskolben befestigten Scheibe begrenzt wird, was zu großem Verschleiß der Lageroberflächen führt. Weitere Nachteile sind, daß die Maschine nicht mit größerem Eingangsdruck gestartet werden kann, weil dann die genannte Scheibe gegen eine auf der anderen Seite des genannten Gehäuseteiles befestigte Hülse zur Anlage kommt und Verschleiß derselben verursacht. In extremen Fällen können sogar Teile der Maschine, wie die Scheibe, zerstört werden.

Darlegung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, bereits bekannte hydraulische Schraubenmaschinen der oben beschriebenen

Art zu verbessern und eine Maschine zu schaffen, die so konstruiert ist, daß eine zufriedenstellende Lagerung sowohl axial als auch radial unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen erhalten wird.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Erfindung die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche angegebenen Merkmale erhält.

!Figurenbeschreibung

Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer hydraulischen Haschine nach der Erfindung, und

Pig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt eines Teiles der in Pig. 1 gezeigten Maschine.

Bevorzugte Ausführungsform

Die hydraulische Schraubenmaschine (Pumpe oder Motor) umfaßt ein Gehäuse bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Pumpengehäuse 1, einem am linken Ende des Pumpengehäuses angeschraubten Stirnwandstück 2, einem am Stirnwandstück angeschraubten Deckel 3 und einem am rechten Ende des Purnpen_Lehäuses angeschraubten Endstück 4. Das Pumpengehäuse 1 ist an seinem linken Ende mit einem bei 5 angedeuteten Auslaß und an seinem rechten Ende mit einem bei 6 angedeuteten Einlaß ausgebildet.

Zwischen Einlaß und Auslaß erstreckt sich ein axialer Kanal 7_t der auf bekannte Weise in Form von drei einander überschneidenden parallelen zylindrischen Laufen ausgebildet ist, in denen eine Antriebsschraube 8 sowie zwei Laufschrauben 9 angeordnet sind, deren Schraubengänge ineinander eingreifen

und gegeneinander sowie gegen die Wandungen des Kanals 7 dichtend anliegen.

Die an der Niederdruckseite liegenden Enden der Laufschrauben 9 erstrecken sich frei in die Einlaßkammer und ihre entgegengesetzten Enden sind mit Ausgleichkolben 10 ausgebildet, die in Hülsen 11 gelagert sind, welche im linken Ende des Pumpengehäuses 1 eingesetzt sind. Die Endflächen der Ausgleichkolben sind auf unten beschriebene Weise dem Druck an der Wiederdruckseite ausgesetzt, wodurch die Laufschrauben ausbalanciert sind.

Die Antriebsschraube 8 ist einstückig mit einer Antriebswelle 12 ausgebildet, die sich durch das Stirnwandstück 2 und den Deckel 3 hindurcherstreckt, so daß sie an einen Antriebsmotor oder eine anzutreibende Verrichtung angeschlossen v/erden kann, abhängig davon, ob die faschine als Pumpe oder als Hotor arbeiten soll. Die Antriebswelle ist an ihrem im Stirnwandstück 2 liegenden Abschnitt zu einem Ausgleichskolben I3 ^er~ weitert, der mit geringem Spiel in einer zentralen Ausnehmung des Stirnwandstückes axial verschiebbar ist.

Eine Wellendichtung I5 ist zwischen einem Absatz des Deckels 3 und einem Ring 16 angeordnet, der gegen eine Schulter auf der Welle anliegt.

Eine Ausgleichsscheibe 19 umgibt die Antriebswelle 12 und liegt mit ihrer rechten Seite an der linken Endfläche des Ausgleichkolbens 13 und mit ihrer rechten Seite gegen den Innenring 20a eines Kugellagers 20 an, dessen linke Seite seinerseits gegen eine Mutter 21 anliegt, die auf einen mit Gewinde versehenen Abschnitt der Welle 12 aufgeschraubt ist. Die Scheibe 19» der Innenring 20a und die Mutter 21 sind somit auf der Welle 12 fixiert.

In der zentralen Bohrung des S±irnwandstückes 2 sind außerdem eine Scheibe 22 und der Aufcenring 20b des Kugellagers angeordnet, welche Teile in der zentralen Bohrung des Stirnwandstückes begrenzt axial bewegbar sind, die axial von einer radialen Innenfläche Ja des Deckels 3 sowie einer radialen Anschlagfläche 2a des Stirnwandstückes 2 begrenzt ist. Zwei zwischen der Anschlagfläche 2a und dem Außenring 20b angebrachte wellenförmige Federscheiben 23 und 24 pressen die Scheibe 22 und damit den Außenring 20b gegen die Fläche 3^a mit einer vorausbestimmten Federkraft.

Die Antriebsschraube 8 ist mit einem längs verlaufenden Kanal 25 versehen, der sich von ihrem in der Einlaßkainmer liegenden Ende bis zu einer Stelle der Antriebswelle 12 erstreckt, wo sich radiale Kanäle 26 vom zentralen Kanal 27

"If? zum Umfang der-Antriebswelle erstrecken. Diese Kanäle 26 stehen - über den vom Deckel 3 umschlossenen Raum 27, den Raum zwischen den Scheiben 19 und 22, axiale Kanälen 28 im Stirnwandstück 2 sowie Kanäle 29 in den Hülsen 11 - in

den
Verbindung mit Kammern 30 in/Hülsen bei den Endflächen der Ausgleichskolben 10, so daß diese dem an der Kiederdruckseite herrschenden Druck ausgesetzt sind, wie dies oben erwähnt wurde.

Der in der Auslaßkammer herrschende Druck, der normalerweise den in der Einlaßkammer herrschenden Druck wesentlieh übersteigt, beaufschlagt die rechte Endfläche des Ausgleichskolbens 13, so daß die Antriebsachse 12 bestrebt ist, sich in den Figuren nach links zu verschieben, um dadurch zu einem Teil der nach rechts gerichteten Kraft auf der

Antriebswelle entgegenzuwirken, die auf den in der Maschine erzeugten hydraulischen Kräften während des Betriebes beruht. Eine weitere Kraft neigt dazu, die Antriebswelle 12 nach links zu verschieben, nämlich jene Kraft, die entsteht, wenn Flüssigkeit zwischen den Ausgleichskolben 13 und die zentrale Ausnehmung 14- eindringt und unter hohem Druck in eine Ausgleichskammer 17 zwischen der Anschlagfläche 2a, der rechten Seite der Scheibe 19 und der Mantelfläche des Ausgleichskolbens 13 eingeführt wird. Dieser hohe Druck liegt zwischen den Drücken an der Hoch- und Niederdruckseite der faschine und beruht auf den übrigen auf die Antriebsschraube einwirkenden hydraulischen Kräften in der haschine. Bei Nornalbetrieb ist die Antriebswelle 12 somit bestrebt nach links zurückgeführt zu werden, einerseits dadurch, daß der Ausgleichskolben I3 direkt vom Druck in der Auslaßkammer beaufschlagt wird, und anderseits durch den variablen Druck in der Ausgleichskammer 17» wodurch die Scheibe 19 und damit die Welle 12 sich selbst in eine solche Lage einstellen, daß der erforderliche Ausgleichsdruck aufgebaut und die Antriebsschraube 8 automatisch axial im Gehäuse balanciert wird.

Wenn der Flüssigkeitsdruck an der Hochdruckseite der Haschine besonders niedrig ist, was der Fall beim Startvorgang ist, und/oder wenn die Flüssigkeit dick und/oder kalt ist, wird der Druck in der Ausgleichskammer I7 so niedrig, daß die axiale Lagerung der Antriebswelle 12 ungenügend werden würde und Gefahr von Schäden am Stirnwandstück 2 und/oder der Scheibe 19 bestünde, wenn nicht die Lagerflächen derselben durch die von den Federscheiben 23» 24- gebildete Federeinrichtung

getrennt gehalten würden. Die in der Figur nach links gerichteten axialen Kräfte, v/elche die Federscheiben dabei auf die Scheibe 22 ausüben, hängen vom Grad der Zusamnenpressung derselben ab und werden auf das Kugellager 20 übertragen. Ebenso übernimmt das Kugellager 20 auf die Welle Ί2 einwirkende, in den Figuren nach links gerichtete axiale Kräfte, wenn diese in irgendeinem Betriebszustand so groß werden, daß der Spalt B seine maximale Breite erreicht.

Das Kugellager 20 kann auch Axialkräfte aufnehmen, die in den Figuren nach rechts gerichtet sind, u.zw. in jenen Fällen, wo das hydrostatische Axiallager keinen ausreichend hohen Druck zum Ausgleich aufzubauen vermag. Ein derartiger Betriebsfall kann entstehen, wenn der Spalt B nach längerer Anwendungszeit verschlissen ist, z.B. durch Strömungserosion, und so breit geworden ist, daß die Möglichkeit zum Druckaufbau in der Ausgleichskammer 17 vermindert wird. Bei einem solchen Verschleiß nimmt das Kugellager einen erhöhten Teil der Axialkraft auf.

Die Federscheiben 23 und 24 haben somit die primäre Funktion, die Scheiben 19 und 22 im Abstand von der Fläche 2a zu halten, wenn der Druck in der Ausgleichskammer I7 niedrig ist, um dadurch die Gefahr des Scherens zu verringern, die sonst entstehen würde, wenn die Scheibe 19 gegen die Fläche 2a gepreßt wird. Die Scheiben 23 und 24- haben auch die Aufgabe, zu verhindern, daß die Scheibe 22 und der Außenring 20b des Kugellagers rotieren, wenn die Antriebswelle 12 rotiert. Die Scheiben 23 und 24- bewirken außerdem, daß der beim nachstehend

beschriebenen Einlauf des Spaltes B gebildete Auslaß von der Ausgleichskammer 17 einen gleichmäßigeren Verlauf bekommt, weil man dabei sicherstellt, daß während des Einlauf es Flüssigkeit in den Spalt B eingeführt wird. Ba es sehr schwierig ist, die Teile der haschine so herzustellen und zu montieren, daß insbesondere der Spalt B entlang seines gesamten Umfanges eine exakt gleichgroße Breite erhält, ist die Ausgleichsscheibe 19 mit einem ringförmigen Vorsprung 19a ausgebildet, der aus einem Material besteht, das härter ist als das Haterial der Oberflächenschicht 2a des Stirnwandstückes 2 und der einige tausendstel hiHimeter näher bei der Fläche 2a liegt als die rechte Endfläche der Scheibe 22. Sobald während der Einlaufperiode der Maschine die Antriebswelle 12 rotiert und gegen die Wirkung der Feder scheiben 2$, 24 in der Figur nach rechts gedrückt wird, nimmt der Vorsprung 19a durch Verschleiß in der Fläche 2a eine ringförmige Nut 2a¹ aus. Der Verschleiß setzt fort bis der Spalt A zwischen der Scheibe 22 und der Fläche 2a Null ist und die Scheibe 22 an der Fläche 2a zur Anlage kommt, wobei die Scheibe 22 und das Kugellager 20 die fortdauernden nach rechts gerichteten axialen Kräfte aufnehmen, die auf die Antriebswelle einwirken. Durch den solcherart bewirkten Einlauf wird sichergestellt, daß der Spalt B entlang seines gesamten Umfanges eine exakt gleichgroße Breite erhält,

oder

unabhängig von irgendwelchen bei der Herstellung/Montage zustande gekommenen Abweichungen an den Maschinenteilen, wie Unebenheit und Verzug, welche sonst die hydrostatische

Lagerung beim -Spalt B infrage stellen würden.

Auch wenn lediglich eine Ausführungsform der Erfindung oben beschrieben und in der Zeichnung gezeigt worden ist, dürfte verständlich sein, daß die Erfindung nicht auf diese Ausfuhrungsform beschränkt ist sondern lediglich durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale begrenzt wird.

- Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Hydraulische Schraubenmaschine umfassend eine Antriebsschraube (8) und wenigstens eine mit dieser zusammenarbeitende Laufschraube (9), welche in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Antriebsschraube mit einer '..eile (12) verbunden ist, die sich an der Hochdruckseite aus dem Gehäuse heraus erstreckt und mit einerseits einem Ausgleichskolben (13) z: Ausgleich eines Teils der auf die Antriebsschraube einwirkenden Axialkraft und anderseits einer Scheibe (19) versehen ist, die zusammen mit einem Teil (2a) des Gehäuses ein hydrostatisches Axiallager zur Aufnahme der auf die Antriebsschraube einwirkenden restlichen Axialkraft bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen des Axiallagers während des Startvorganges und gleichartigen Betriebszuständen von einer Federanordnung (23, 24) voneinander getrennt gehalten werden.

2. Schraubenmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS das hydrostatische Axiallager mit einem axial begrenzt bewegbaren Wälzlager (20) kombiniert ist, welches einen Teil der auf die Antriebsschraube (8) einwirkenden axialen Kräfte aufnimmt, die von der '.velle (12) gegen die Antriebsschraube (8) gerichtet sind, u.zw. unter Betriebszuständen, bei denen das Axiallager keinen ausreichend hohen Ausgleichsdruck aufzubauen vermag, um die gesamte auf die Antriebsschraube (8) einwirkende Axialkraft auszugleichen.

3. Schraubenm£.schine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische Axiallager mit einem

axial begrenzt bev/egbaren Wälzlager (20) kombiniei-t ist, v;elches auf die Antriebsschraube (8) einwirkende axiale Kräfte aufnimmt, die von der Antriebsschraube (8) gegen die Welle (12) gerichtet sind.

4·· Schraubenmaschine nach Patentanspruch 2 oder 3» da- _ir durch gekennzeichnet, daß die axiale Beweglichkeit des Wälzlagers (20) vor Inbetriebnahme der Haschine größer ist als der Abstand (Spalt B) zwischen den Lagerflächen (2a, 19a) und daß diese durch Einlauf während des Betriebes aneinander angepaßt worden sind.