DK161986B - Hydraulisk rotationsmaskine med to hastigheder - Google Patents

Description

DK 161986 B

Opfindelsen angår en hydraulisk rotationsmaskine af den i indledningen til krav 1 angivne art, især en tandhjulsmaskine med planetdrev.

Det har blandt fagfolk længe været tilstræbt at frem-5 stille en simpel, men effektiv tandhjulsmotor (eller pumpe) af den omhandlede art med to hastigheder således, at det ved en hvilken som helst given strømningshastighed af væske i motoren er muligt at vælge mellem to forskellige motorudgangshastigheder, nemlig en høj hastighed (med tilhørende 10 relativt lavt drejningsmoment) og sædvanlig lav hastighed (med tilhørende relativt stort drejningsmoment).

Fra beskrivelsen til US-PS nr. 3.778.198 kendes en tandhjulsmaskine med to omløbshastigheder (eller dobbelt udvekslingsforhold), hvor en omskifterventil kan sætte ét 15 eller flere af de ekspanderende arbejdskamre i væskeforbindelse med de arbejdskamre, som trækker sig sammen, i stedet for med væskeindløbet, og derved forøge af motorens udgangshastighed ved en given væsketilstrømning til motoren, så den arbejder med høj hastighed og lavt drejningsmoment.

20 Hvis på den anden side alle de ekspanderende arbejdskamre ved hjælp af omskifterventilen sættes i forbindelse med væskeindløbet, så vil motoren arbejde på sin normale måde med lav hastighed og stort drejningsmoment.

I den i patentskriftet viste motor er fordelerven-25 tilens drejeventillegeme udformet som en cylindrisk spole, hvilket indebærer, at det har været nødvendigt at konstruere en helt ny type motor, som afviger væsentligt fra den gængse konstruktion af tilsvarende tandhjulsmotorer med planetdrev og derved fordyrer konstruktionen. Den i patentskriftet 30 beskrevne motor er desuden ikke velegnet til at fungere som drivmotor i køretøjer, hvor den f.eks. dels med lav hastighed og højt drejningsmoment skal anvendes til læssearbejde og dels med høj hastighed og et lille drejningsmoment skal benyttes under køretøjets kørsel fra en arbejdsplads til en 35 anden. Motorer med cylindrisk drejeventillegeme opfylder ikke dette behov, idet deres anvendelse især på grund af 2 DK 161986 3 det nødvendige spillerum mellem drejeventillegemet og cylindervæggen har været begrænset til arbejder, hvor der kræves relativt lave tryk og drejningsmomenter.

Det er derfor formålet med opfindelsen at anvise en 5 rotationsmaskine af den omhandlede, som kan arbejder med to hastigheder, og som alligevel er kompatibel med de anvendte motorer, som anvendes til relativt høje tryk og store drejningsmomenter, således at det ikke er nødvendigt at foretage en større omkonstruktion af motoren.

10 Dette er ifølge opfindelsen opnået ved at udforme rotationsmaskinen som angivet i krav l's kendetegnende del.

Anvendelsen af et skiveformet ventillegeme bevirker, at maskinen med relativt få konstruktionsændringer kan opbygges af gængse elementer, og at der med kendte midler kan 15 tilvejebringes de nødvendige tætninger til, at den kan arbejde med høje tryk og store drejningsmomenter og med- omtrent normal mekanisk og volumetrisk virkningsgrad ved begge arbejdsmåder.

Yderligere udførelsesformer for og konstruktive træk 20 hos rotationsmaskinen ifølge opfindelsen er angivet i de uselvstændige krav og beskrives nedenfor.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser et aksialt snit gennem en 25 hydraulisk motor ifølge opfindelsen, fig. 2 dels skematisk og dels i snit efter linien 2-2 i fig. 1 et billede, der illustrerer funktionen af det hydrauliske kredsløb i motoren ifølge opfindelsen, fig. 3 et aksialt snit gennem ventilhuset i fig. 1, 30 men i større målestok, fig. 4 et frontbillede af den i fig. 3 viste ven-tilrotor, og fig. 5 et tværsnit efter linien 5-5 i fig. 3.

Den på tegningen viste motor er blot et eksempel på 35 en maskine ifølge opfindelsen. Fig. 1 viser et aksialt snit gennem en af væske under tryk drevet motor af den type,

O

3

DK 161986 B

hvori opfindelsen kan anvendes, og som er vist og beskrevet nærmere i beskrivelsen til USA-patent nr. 3.572.983. Det bemærkes at betegnelsen "motor" i forbindelse med sådanne maskiner, der arbejder med fluidumtryk, også omfatter bru-5 gen af sådanne maskiner som pumper.

Den i fig. 1 viste hydrauliske motor består af et antal sektioner, der f.eks. er samlet med et antal bolte 11 (der kun er vist i fig. 2). Motoren har et aksellejehus 13, en slidplade 15, et planethjulshus 17, en ventilstator 10 19 og et ventilhus 21.

Planethjulshuset 17 er velkendt og beskrives her kun kortfattet. I den viste udførelsesform har planethjulshuset 17 en indvendigt fortandet ring 23, der danner et antal i hovedsagen halvcylindriske udsparinger. En rulletand 15 25 er roterbart lejret i hver af disse udsparinger. Et ud vendigt fortandet tandhjul 27 (planethjul) er ekscentrisk lejret inden i ringen 23 og har typisk en udvendig tand mindre end antallet af rulletænder 25, således at det udvendigt fortandede tandhjul 27 kan udføre en planetbevægel-20 se og rotere i forhold til ringen 23. Ved denne kredsende og roterende relative bevægelse mellem ringen 23 og tandhjulet 27 fremkommer et antal ekspanderende arbejdskamre 29E og et antal arbejdskamre 29C, som trækker sig sammen (se fig. 2 og fig. 1, hvor arbejdskammeret blot er betegnet 25 med henvisningstallet 29). Den beskrevne tandhjulsmekanisme er et såkaldt Geroler ®gear.

Motoren i fig. 1 har en krafttransmissionsaksel 31, der er roterbart lejret i lejesæt 33 og 35 i aksellejehuset 13. Akselen 31 har et sæt lige, indvendige mangenot-30 tænder 37, som er i indgreb med et sæt bomberede, udvendige mangenottænder 39, der er udformet på den ene ende af en kardanaksel 41. Ved den modsatte ende af kardanakselen 41 er et andet sæt bomberede, udvendige mangenottænder 43 i indgreb med et sæt lige, indvendige mangenottænder 45, 35 der er udformet på indersiden af det udvendigt fortandede tandhjul 27. I den viste udførelsesform har tandhjulet 27

O

4

DK 161986 B

otte udvendige tænder, og otte kredsningsbevægelser af tandhjulet 27 vil derfor resultere i én fuldstændig omdrejning af tandhjulet og dermed i én‘fuldstændig omdrejning af kardanakselen 41 og krafttransmissionsakselen 31.

5 De indvendige mangenottænder 45 er også i indgreb med et sæt udvendige mangenottænder 4 7, der er udformede omkring den ene ende af en ventilaksel 49, som ved sin anden ende er forsynet med et andet sæt udvendige mangenottænder 51, der er i indgreb med et sæt indvendige mangenot-10 tænder 53, som er udformet langs den indre periferi af en ventilrotor 55 (se fig. 1, 3 og 4). Ventilrotoren 55 er lejret roterbart i ventilhuset 21, og ventilakselen 49 er i mangenotforbindelse både med det udvendigt fortandede tandhjul 27 og med ventilrotoren 55 for på kendt måde at 15 tilvejebringe korrekt venti1styring.

Ventilstatoren 19 har et antal fluidumkanaler 57, som hver er i stadig forbindelse med et tilstødende arbejds-kammer 29 (se fig. 1 og 2). Som det vil være almindeligt kendt blandt fagfolk, vil hver fluidumkanal 57, når tand-20 hjulet 27 kredser og roterer og ventilrotoren 55 roterer, skiftevis tilføre fluidum under tryk til et arbejdskammer (29E), der ekspanderer, og føre fluidum bort fra samme kammer, når det trækker sig sammen (29C).

Ventilhuset 21 har et fluidumindløb 61, der er i 25 forbindelse med et cirkulært kammer 63 inde i ventilrotoren 55. Ventilhuset 21 har også et fluidumudløb 65, der er i forbindelse med et ringformet kammer 67, der omgiver ventilrotoren 55. Hvis indløbet 61 og udløbet 65 byttes om, vil omdrejningsretningen af krafttransmissionsakselen 31 30 blive vendt. I ventilrotoren 55 er udformet et antal ventilpassager 69 (kun vist med punkterede linier i fig. 3), som er i stadig fluidumforbindelse med det ringformede kammer 67. Ventilrotoren 55 har også et antal ventilpassager 71, som er i stadig fluidumforbindelse med det ring-35 formede kammer 63. De beskrevne ind- og udløb, kamre og kanaler eller passager (61-71) er velkendte indenfor den 5

O

DK 161986 B

her omhandlede teknik. I en typisk kendt fluidummotor af den omhandlede art, kan der være otte ventilpassager 69 og otte ventilpassager 71, som er anbragt, så de vekslende kommunikerer med de ni fluidumkanaler 57, som det fremgår 5 af fig. 2. I det foreliggende tilfælde findes der imidlertid otte ventilpassager 69, men kun fire ventilpassager 71. Som "erstatning" for de andre fire ventilpassager 71, som ville findes i en kendt motor, har ventilrotoren 55 fire styreventilpassager 73. Ventilrotoren 55 er også ud-10 formet med en ringformet rende 75, som hver af styreventil-passagerne 73 står i forbindelse med.

Ventilhuset 21 har endvidere et styrefluidumind-løb 77 og en trinformet boring 79. I den trinformede boring 79 er anbragt en ventillejringsindretning 83, der ind-15 befatter en afbalanceringsring 85. Et par ringformede kamre 100 og 102 er dannede mellem boringen 79 og afbalanceringsringen 85. Det ringformede kammer 102 er tæt afspærret fra fluidumforbindelse med kamrene 67 og 100 ved hjælp af pakningsringe hhv. 103 og 104. Styrefluidumindløbet 77 20 og det ringformede kammer 102 er i stadig fluidumforbindelse med hinanden gennem en styrepassage 81. En passage 105 forbinder det ringformede kammer 100 med motorens aftapningsåbning. Afbalanceringsringen 85 har en ringformet endeflade 106, hvis areal er valgt således, at der tilveje-25 bringes en hydraulisk kraft F2, som presser afbalanceringsringen 85 til højre i fig. 3 med en kraft som overstiger den hydrauliske kraft F^, som søger at adskille ventilrotoren 55 fra ventilstatoren 19. Kraften F2 overstiger fortrinsvis skillekraften F3 med ca. 5 til ca. 20%.

30 Den generelle opbygning og virkemåden af ventil lejringsindretningen 83 er velkendt og er nærmere beskrevet og vist i beskrivelsen til det ovenfor nævnte USA--patent hr. 3.572.983. Udformningen af ventillejringsindretningen 83 afviger ifølge opfindelsen fra den kendte ind-35 retning. Afbalanceringsringen 85 har en forreste tætningsflade 87, som er i tætnende berøring med den tilstødende, 6

DK 161986 B

O ... . .

bagside af ventilrotoren 55. Afbalanceringsringen 85 afgrænser et antal aksiale passager 89, der er anbragt således, at de danner fluidumforbindelse mellem styrepassagen 81 og den ring-formede· rende 75·, som står i forbindelse med 5 styreventilpassagerne 73.

Ventilrotoren 55 er udformet med en indre ringformet rille 91 og en ydre ringformet rille 93. Den indre rille 91 står i fluidumforbindelse med motorens centrale af-dræningsområde gennem en udsivningspassage 95, medens den 10 ydre rille 93 står i fluidumforbindelse med afdræningsom-rådet gennem en udsivningspassage 97. Det vil forstås at rillerne 91 og 93 kan være udformet i enten ventilrotoren 55 eller afbalanceringsringen 85. Den primære funktion af rillerne 91 og 93 er at begrænse den skillekraft F^, der 15 fremkaldes af trykgradienten, som virker mellem de mod hinanden liggende flader af ventilrotoren 55 og afbalanceringsringen 85. Skillekraften F^ er begrænset til en størrelse på ca. 80-95% af den totale hydrauliske trykkraft F2· Rillernes 91, 93 anden funktion er at opsamle udsivende 20 fluidum, som strømmer mellem de mod hinanden liggende flader af ventilrotoren 55 og afbalanceringsringen 85. Det udsivende fluidum føres gennem udsivningspassagerne 95 og 97 til motorens centrale afdræningsområde, hvor det på kendt måde benyttes til smøring af mangenottænderne lejerne osv.

25

Virkemåde

Som forannævnt er det generelle princip og virkemåden af en tandhjulsmaskine med planetbevægelse af den omhandlede art kendt fra US-PS nr. 3.778.198, og funktionen 30 af maskinen ifølge opfindelsen omtales derfor kun kortfattet i det følgende.

Af fig. 2 og 3 ses, at fluidumindløbet 61, fluidumudløbet 65 og styrefluidumindløbet 77 alle er forbundet med udløbsåbningerne i en omskifter-styreventil 99, der kan 35 stå i to stillinger. Omskifterventilen 99 tjener til efter valg at sætte styrefluidumåbningen 77 i forbindelse med en- 7

O

DK 161986 B

ten fluidumindløbet 61 eller fluidumudløbet 65.

Hvis omskifterventilen 99 bevæges fra den i fig. 2 viste stilling til sin venstre stilling, og styrefluidum-indløbet 77 står i forbindelse med fluidumindløbet 61, 5 vil fluidum under tryk blive ført til begge indløb 61 og 77. Trykfluidet vil så strømme fra indløbet 61 gennem det ringformede kammer 63 til ventilpassagerne 71. Samtidig vil trykfluidum strømme fra styrefluidumindløbet 77 gennem styrepassagen 81 og derefter gennem de aksiale passager 89 10 og den ringformede rende 75 ind i styreventilpassagerne 73.

Med omskifterventilen 99 i sin venstre stilling vil fluidum under tryk derfor gennem indløbet 61 være i forbindelse med to af de ekspanderende arbejdskamre 29E og gennem styref luidumindløbet 77 være i forbindelse med de andre to 15 ekspanderende arbejdskamre 29E. Samtidig vil returfluidum med lavt tryk blive udtømt fra hver af arbejdskamrene 29C, som trækker sig sammen, idet fluidet strømmer gennem ventilpassagerne 69 til fluidumudløbet 65. Med omskifterventilen 99 i sin venstre stilling vil den hydrauliske motor 20 derfor arbejde på normal måde (her betegnet som arbejdsmåden med udvekslingsforholdet 1:1 eller arbejdsmåden med lav hastighed og stort drejningsmoment), hvor trykfluidum sendes til alle ekspanderende arbejdskamre, og returfluidum udtømmes fra alle arbejdskamrene, der trækker sig sammen.

25 Idet der stadig refereres til fig. 2 og 3, ses det, at hvis omskifterventilen 99 bevæges til sin højre stilling (den i fig. 2 viste stilling), sætter ventilen 99 styrefluidumindløbet 77 i fluidumforbindelse med fluidumudløbet 65. Med ventilen 99 i den viste stilling sendes 30 trykfluidum stadig på den foran beskrevne måde gennem fluidumindløbet 61 og kammeret 63 til ventilpassagerne 71. Som det fremgår af fig. 2 bevirker dette imidlertid,at trykfluidum kun sendes til to af de ekspanderende arbejdskamre 29E, nemlig til de to ekspanderende kamre, hvor en af ven-35 tilpassagerne 71 overlapper og kommunikerer med fluidumkanalen 57 for det pågældende arbejdskammer.

DK 161986 B

O

8

Da styrefluidumindløbet 77 nu er i forbindelse med fluidumudløbet 65, vil returfluidet med lavt tryk nu gennem styrefluidumindløbet 77, styrepassagen 81, de aksiale passager 89 og den ringformede rende 75 strømme til styreven-5 tilpassagerne 73. Dette resulterer i, at returfluidum under lavt tryk føres ind i to af de ekspanderende arbejdskamre 29E, nemlig i de ekspanderende arbejdskamre, hvor én af styreventilpassagerne 73 overlapper og kommunikerer med fluidumkanalen 57 for det pågældende arbejdskammer. Med om-10 skifterventilen 99 i den i fig. 2 viste stilling vil trykfluidum således kun blive ført til to af de fire ekspanderende arbejdskamre 29E, medens returfluidum med lavt tryk udstødes fra alle de kamre 29C, som trækker sig sammen, og en del af dette returfluidum sendes til de andre to ekspan-15 derende arbejdskamre 29E.' Dette resulterer i en kred'send’e * og roterende bevægelse af det udvendigt fortandede tandhjul med en hastighed, som er dobbelt så stor som hastigheden af den kredsende og roterende bevægelse af det udvendigt fortandede tandhjul, når udvekslingsforholdet er 1:1, 20 hvorfor den netop beskrevne arbejdsmåde betegnes som arbejdsmåden med udvekslingsforholdet 2:1 eller arbejdsmåden med stor hastighed og lavt drejningsmoment.

25 30 35

Claims (2)

1. Hydraulisk rotationsmaskine med to omløbshastigheder og med et ventilhus (21) med en indløbsport (61) , en udløbsport (65), en port (77) for en tredie ledning, der 5 valgfrit over en omskifterventil (99) kan sættes i forbindelse med enten indløbsporten (61) eller udløbsporten (65), en fordelerventil med et drejeventillegeme (55), der sammen med kanaler (57) i en stationær ventildel (19) under rotation til stadighed tilvejebringer væskeforbindelse mellem udløbs-10 porten (65) og alle en energiomsættende fortrængningsenheds (17) ekspanderende og kontrakterende arbejdskamre (29E,29C), og mellem nogle af arbejdskamrene og indløbsporten, samt mellem de andre arbejdskamre og porten (77) for den tredie ledning, kendetegnet ved, 15 at drej event il legemet (55)· er et plant, skiveformet ventillegeme (55), som på kendt måde holdes i tæt berøring med den stationære ventildel (19) af en trykudligningsring (85), som er fastholdt mod rotation i forhold til ventilhuset (21) og ligger an mod bagsiden' af ventillegemet, og at porten 20 (77) for den nævnte tredie ledning gennem aksiale passager (89) i trykudligningsringen (85) og via en ringformet rende (75) i bagsiden af drejeventillegemet (55) står i forbindelse med i ventillegemet dannede ventilpassager (73), der fører til de nævnte andre arbejdskamre. 25

2. Rotationsmaskine ifølge krav 1 med fortrængnings indretning (17) i form af et planetdrev (23,27), kendetegnet ved, at trykudligningsringen (85) er indrettet til at adskille indløbsporten (61) fra udløbsporten (65), og at dens aksiale passager (89) er afskåret fra direk-30 te forbindelse med både indløbsporten og udløbsporten.