DK172506B1 - Rotationsmaskine med indvendigt smørekredsløb - Google Patents

Description

i DK PR 172506 B1

Opfindelsen angår en hydraulisk rotationsmaskine såsom en tandhjulsmaskine med lav hastighed og højt drejningsmoment og specielt et forbedret smørekredsløb til en sådan maskine.

5 En typisk motor af den art, som opfindelsen angår, har et hus med indløbs- og udløbsåbninger og en eller anden form for en væskeenergiomsættende fortrængningsmekanisme f.eks. med et tandhjul, der udfører en planetbevægelse i en indvendigt fortandet tandring (Gerotor mekanisme). Den typi-10 ske motor har endvidere ventilorganer, der tilvejebringer væskeforbindelse mellem indløbs- og udløbsåbningerne og arbejdskamrene i fortrængningsmekanismen. Opfindelsen anvendes med særlig fordel i en maskine, hvor fortrængningsmekanismen er en sådan mekanisme med et kredsende og roterende 15 planethjul, og den forklares i det følgende i forbindelse med en sådan mekanisme.

I de såkaldte Gerotor motorer anvendes typisk en kardanaksel med udvendige mangenoter til at overføre drejningsmomentet fra det kredsende og roterende planethjul til 20 den roterende udgangs- eller hovedaksel. For at motoren kan have en rimelig levetid, er det vigtigt at de drejningsmomentoverførende mangenotforbindelser smøres med en strøm af smørende væske. Det er også vigtigt at smøre visse andre elementer af motoren såsom enhver for form lejer, der anven-25 des til at lejre hovedakselen roterbart i forhold til motorhuset .

I nogle kendte motorer af den foran beskrevne art er der tilvejebragt smøring med en kontrolleret mængde sroøre-/ middel i en strøm parallelt med maskinens hovedstrømningsbane 30 ved hjælp af måleriller i ventilrotoren eller ved hjælp af et ekstra stort spillerum mellem planethjulet og den tilgrænsende overflade i huset, se f.eks. US patentskrifterne nr. 3.572.983 og 3.862.814. Smøremiddelstrømmen føres fra hovedstrømningsbanen på et sted opstrøms for tandhjulsmeka-35 nismen og formindsker derved motorens volumetriske virkningsgrad. Den resulterende smøremiddelstrøm forløber "fremad" DK PR 172506 B1 2 dvs. hen mod den ende af motoren, hvor udgangsakselen findes, gennem mangenotforbindelserne ved kardanakselen og derefter gennem aksellejerne og til sidst til udlobsåbningen.

Det foran beskrevne smøresystem er for nylig forbedret 5 ved at udforme smørefordybninger i husets endeflade nær den indvendige fortanding i tandkransen. Smørefordybningerne samvirker med den indvendige fortanding i en Gerotor med rulletænder. Smørefordybningerne samvirker med spillerummene ved enderne af rulletænderne til frembringelse af en strøm 10 af smøremiddel, som så sendes til smørestrømningsbanen gennem mangenoterne og lejerne, se US patentskrift nr. 4.533.302.

Selv om de metoder til at tilvejebringe en smøremiddelstrøm, som er beskrevet i de to foregående afsnit, har været anvendt i stor udstrækning og sædvanligvis har været 15 tilfredsstillende, har begge metoder den ulempe, at smøremiddelstrømmens volumen er stort set proportional med motorens belastning, som den repræsenteres af trykforske11en over tandhjulsmekanismen eller mellem indløbs- og udløbsåbning. Når en Gerotor motor arbejder med en trykdifferens på 20 140 kg/cm2 eller 210 kg/cm2 og en udgangshastighed på mellem ca. 50 og 300 omdr./min, frembringes i regelen en tilstrækkelig strøm af smøremiddel. I perioder hvor motoren drives med en forholdsvis høj hastighed (f.eks. 500 omdr./min) og med en relativ lav belastning (f.eks. en trykdifferens på 25 ca. 35 kg/cm2, frembringes der en væsentlig mindre strøm af smøremiddel. Uheldigvis er det netop i sådanne perioder med forholdsvis høj hastighed og lille belastning at den største mængde smøremiddel er påkrævet på grund af den større grad af friktion mellem elementer som f.eks. mangenoterne på 30 grund af de større hastigheder og den deraf følgende større opvarmning og en forøgelse af forurenende partikler.

En løsning på det beskrevne problem med utilstrækkelig smøring i perioder med forholdsvis stor hastighed og lav belastning er angivet i US patentansøgning nr. 795.590 ind-35 leveret 6. november 1985. Det smøresystem, som er vist og beskrevet i denne patentansøgning tilvejebringer en forholdsvis DK PR 172506 B1 3 konstant strøm af smøremiddel parallelt med hovedstrømningsbanen og udtaget fra hovedstrømningsbanen på et sted ned-strøms for ventilsystemet, således at motorens volumetriske virkningsgrad ikke formindskes.

5 Det forbedrede smøresystem, der er vist og beskrevet i den nævnte patentansøgning har imidlertid den ulempe, at det kræver et særskilt husdrænudløb. Smøremiddelstrømmen strømmer gennem hele strømningsbanen for smøremiddel og derpå til husdrænåbningen, hvorfra den returnerer til sy-10 stemreservoiret. Til mange anvendelser af motorer af denne art anser motorfabrikanterne tilstedeværelsen af et tredje udløb (dvs. husdrænudløbet) og de tilhørende slanger og fittings for at være uønskede. Dette gælder især i situationer hvor motoren er anbragt i nogen afstand fra pumpen og 15 reservoiret, således at længden af og udgiften til slangen fra husdrænudløbet tilbage til systemreservoiret bliver for store. Da husdrænledningen hyppigt er en mindre og tynd slange er den endvidere mere udsat for beskadigelse og ladeage end de to hovedledninger i systemet.

20 Det er derfor et formål med opfindelsen at tilveje bringe en hydraulisk rotationsmaskine med et forbedret smørekredsløb og specielt med et smørekredsløb, i hvilket volumenstrømmen af smøremiddel stort set er uafhængig af det tryk og den hastighed, hvormed motoren arbejder, og hvor 25 behovet for et særskilt husdrænudløb og drænledning er elimineret, og som ikke påvirker motorens volumetriske virkningsgrad uheldigt.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved at tilvejebringe en forbedret hydraulisk rotationsmaskine af gerotortypen og 30 omfattende et smørekredsløb med en smøremiddeldrænpassage, og en hovedstrømningsbane, som tilvejebringer væskeforbindelse imellem en væskeindløbsåbning og en væskeudløbsåbning, i hvilken væskestrømsbegrænsende organer er placerede ned-strøms for ventilarrangementet i gerotormekanismen, idet de 35 væskestrømsbegrænsende organer er indrettede til at tilvejebringe en betydelig væsketrykforskel på tværs af disse, DK PR 172506 B1 4 organer indrettet til at kommunikere en strøm af smørevæske fra hovedstrømningsbanen nedstrøms for ventilarrangementet og opstrøms for de væskestrømsbegrænsende organer.

Rotationsmaskinen ifølge opfindelsen er ejendommelig 5 ved, at smøremiddeldrænpassagen er tilvejebragt indvendigt i huset og tilvejebringer en væskeforbindelse imellem smøremiddelstrømningsbanen og hovedstrømningsbanen nedstrøms for de væskestrømsbegrænsende organer.

Ved at tilvejebringe smøremiddeldrænpassagen indven-10 digt i huset og en væskeforbindelse imellem smøremiddelstrømningsbanen og hovedstrømningsbanen nedstrøms for de væskestrømsbegrænsende organer opnås et smøresystem, hvor smørevæsken kommunikeres fra hovedstrømningsbanen på et sted nedstrøms for fortrængningsmekanismen og vent il arrangementet 15 således, at motorens volumetriske virkningsgrad ikke formindskes. Den reducerede gennemstrømningsåbning i strømningsvejen ved udløbet giver et tilstrækkeligt modtryk til at frembringe smøremiddelstrømmen og tillader samtidig genforening af smøremiddelstrømmen med udløbsstrømmen fra mo-20 toren nedstrøms for den reducerede gennemstrømningsåbning, således at behovet for et særskilt husdrænudløb er elimine ret.

Opfindelsen forklares nærmere i forbindelse med tegningen, der viser et aksialt snit i en Gerotor motor med 25 lav hastighed og højt drejningsrooment og med det forbedrede smørekredsløb ifølge opfindelsen.

Tegningen viser som et eksempel en udførelsesform for rotationsmaskinen ifølge opfindelsen i form af en motor med lav hastighed og højt drejningsmoment og af den type, 30 som er vist og beskrevet nærmere i US patentskrift nr.

3.572.983 og 4.343.600, hvortil der her refereres.

Den viste hydrauliske motor består af et antal sektioner, der er samlede f.eks. ved hjælp af et antal ikke viste bolte. Motoren der som en helhed er betegnet med hen-35 visningstallet 11 har et aksellejehus 13, et endedæksel 15, en som fortrængningsmekanisme virkende tandhjulsmekanisme DK PR 172506 B1 5 17, en portplade eller ventilstator 19 og et ventilhus 21. Tandhjulmekanismen 17 er velkendt inden for denne teknik og er vist og beskrevet nærmere i de nævnte patentskrifter, hvorfor den her kun beskrives kort. Nærmere forklaret har 5 fortrængningsmekanismen 17 en indvendigt fortandet tandring 23 med et antal i hovedsagen halvcylindriske lommer eller åbninger, i hver af hvilke er anbragt en cylindrisk rulletand 25. Et udvendigt fortandet planethjul 27 er anbragt excentrisk i tandringen 23 og har i regelen en tand mindre end 10 antallet af cylindriske rulletænder 25, således at planethjulet 27 kan kredse og rotere i forhold til ringen 23. Den relative kredsende og roterende bevægelse mellem ringen 23 og planethjulet 27 fastlægger et antal arbejdskamre 29, der udvider sig og trækker sig sammen.

15 Motoren 21 har en udgangs- eller hovedaksel 31, der er roterbart lejret i aksellejehuset 13 ved hjælp af passende lejesæt 33 og 35. Akselen 31 er udformet med et par skråtstillede væskekanaler 36, der vil blive omtalt nærmere i forbindelse med smørekredsløbet. Akselen 31 er udformet med 20 et sæt indvendige, lige mangenoter 37, der er i indgreb med et sæt udvendige, bomberede mangenoter 39 på den ene ende af en kardanaksel 41. På den modsatte ende af kardanakselen 41 er udformet et andet sæt udvendige, bomberede mangenoter 43, som er i indgreb med et sæt indvendige, lige mangenoter 25 45 på planethjulets 27 indre periferi. Da tandringen 23 i den viste udførelsesform har syv indvendige tænder 25, og planethjulet 27 har seks udvendige tænder, vil planethjulet 27 efter seks omkredsninger have udført en fuldstændig omdrejning og have fremkaldt en fuldstændig omdrejning af 30 kardanakselen 41 og hovedakselen 31.

De indvendige mangenoter 45 er også i indgreb med et sæt udvendige mangenoter 47 på den ene ende af en ventilaksel 49, hvis modsatte ende bærer et andet sæt udvendige mangenoter 51, der er i indgreb med et sæt indvendige mangenoter 35 53 på den indre periferi af en ventilrotor 55. Ventilrotoren 55 er lejret roterbart i ventilhuset 21. Ventilakselen 49 DK PR 172506 B1 6 er i mangenotforbindeIse både med planethjulet 27 og ventilrotoren 55 for at sikre rigtig ventilsynkronisering mellem disse dele, således som det er almindeligt kendt inden for denne teknik.

5 Ventilhuset 21 har en væskeindløbsåbning 57, der står i forbindelse med et ringformet kammer 59, som omgiver ventilrotoren 55. Ventilhuset 21 har også en væskeudløbsåbning 61, der står i forbindelse med et kammer 62, der er beliggende mellem ventilhuset 21 og ventilrotoren 55. Kam-10 meret 62 er i væskeforbindelse med udløbsåbningen 61 gennem en aksial boring 63 og en radial boring 64. Ventilrotoren 55 fastlægger et antal alternerende ventilpassager 65 og 67, af hvilke passagerne 65 er i kontinuerlig væskeforbindelse med det ringformede kammer 59, og passagerne 67 er i 15 kontinuerlig væskeforbindelse med kammeret 62. I den viste udførelsesform er der seks ventilpassager 65 og seks ventilpassager 67 svarende til de seks udvendige tænder på planethjulet 27. Ventilrotoren 55 er også udformet med den skråtstillede afløbskanal 68, der omtales nærmere i det følgende.

20 Ventilstatoren 19 er udformet med et antal væskepassager 69 (kun én er vist på figuren), som hver er i kontinuerlig væskeforbindelse med det nærmeste arbejdskammer 29.

Som bekendt er det nødvendigt at holde ventilrotoren i tætnende berøring med den tilstødende overflade af ven-25 tilstatoren 19 for at hindre krydslækage mellem kamrene 59 og 62. Denne tætning er tilvejebragt ved hjælp af en ventillej eindretning 71, der er lejret i en ringformet rille 73 i huset 21 og adskiller der ringformede kammer 59 fra kammeret 62. Denne ventillejeindretning 71 er almindeligt kendt, 30 jfr. det foran nævnte US patent nr. 3.572.983, og beskrives ikke detaljeret her.

Funktionen af den på tegningen viste motor med lav hastighed og højt drejningsmoment er velkendt og er beskrevet detaljeret i de forannævnte patentskrifter. Til brug ved 35 denne beskrivelse er det tilstrækkeligt at bemærke, at højtryksvæske f.eks. kan tilføres til indløbsåbningen 57 og DK PR 172506 B1 7 derfra vil strømme gennem kammeret 59 ventilpassagerne 65, væskepassagerne 69 og ind i de ekspanderende arbejdskamre 29, hvorved planethjulet 27 bringes til at kredse og rotere.

Denne bevægelse af planethjulet 27 vil gennem kardanakselen 5 41 blive overført til hovedakselen 31, som derved vil rotere.

Når planethjulet 27 kredser og roterer udstødes lavtryksvæske fra arbejdskamrene 29, der trækker sig sammen, og sendes gennem de respektive væskepassager 69 og ventilpassager 67 til kammeret 62 og derfra til udløbsåbningen 61. Det vil 10 forstås, at den foranbeskrevne strømningsbane, hvor væsken strømmer fra indløbsåbningen 57 til udløbsåbningen 61, betragtes som rotorens hovedstrømningsbane for væske. Trykfaldet fra indløbsåbningen 57 til udløbsåbningen 61 er repræsentativ for belastningen af motoren, og hastigheden af 15 væskestrømmen gennem den beskrevne strømningsbane er repræsentativ for motorens udgangshastighed, dvs. omdrejningshastigheden af hovedakselen 31.

Ventilhuset 21 er udformet med en trinformet, aksialt orienteret boring 75. En tværgående boring 77 står i forbin-20 delse med boringen 75 og er endvidere i forbindelse med en aksial smørekanal 79. Smørekanalen 79 står igen i forbindelse med en aksial smørekanal 81 i portpladen eller ventilstatoren 19, og denne går over i en aksial smørekanal 82 i tandringen 23, som til sidst er i forbindelse med en aksial smørekanal 25 83 i aksellejehuset 13.

I den aksiale boring 75 er monteret en skyttelventil 85, der sammen med huset 21 ved sine modstående ender afgrænser et par trykkamre 87 og 89. En radial væskekanal forbinder den aksiale boring 63 med trykkammeret 87, og 30 ligeledes forbinder en radial væskekanal 93 det ringformede kammer 59 med trykkammeret 89.

Ventillejeindretningen 71 indbefatter en afbalanceringsring 95, der er udformet med afløbskanaler 97, der kan sende smørevæske fra den skråtstillede afløbskanal 68 35 til den ringformede rille 73. Ventilhuset 21 er udformet med en aksial afløbskanal 99, hvis opstrømsende er i forbin- DK PR 172506 B1 8 delse med den ringformede rille 73, og hvis nedstrømsende står i forbindelse med en tværgående afløbskanal 101. Ved den nedstrøms ende af afløbskanalen 101 er en anden aksial afløbskanal 103 afgrenet fra denne, således at afløbskanalen 5 101 er i åben forbindelse med udløbsåbningen 61, medens afløbskanalen 103 er i åben forbindelse med indløbsåbningen 57. En kugle-kontraventil 105 er anbragt i afløbskanalen 101, og en kugle-kontraventil 107 er anbragt i afløbskanalen 103, idet hver af kontraventilerne 105, 107 kan ligge an 10 mod passende ventilsæder i afløbskanalerne 101 henholdsvis 103.

I indløbsåbningen 57 er anbragt et indsnævringsorgan 109 med en indsnævret gennemstrømningsåbning 111. På tilsvarende måde er der i udløbsåbningen 61 anbragt et indsnæv-15 ringsorgan 113 med en reduceret gennemstrømningsåbning 115. Funktionen og driften af de forskellige elementer 75 til 115, som er beskrevet ovenfor, vil forstås i forbindelse med den efterfølgende beskrivelse af smørestrømningsbanen i rotationsmaskinen ifølge opfindelsen. I den efterfølgende 20 beskrivelse antages det, at højtryksvæske sendes til indløbsåbningen 57, medens udstødt lavtryksvæske ledes bort gennem udløbsåbningen 61 på samme måde som i den foregående beskrivelse af hovedstrømningsbanens funktion.

I en typisk motor af den her viste og beskrevne art, 25 vil væsketrykket i kammeret 62 være omtrent 0, dvs. det samme som trykket i systemreservoiret. I smøresystemet i maskinen ifølge opfindelsen strømmer udstødt lavtryksvæske imidlertid fra kammeret 62 gennem boringerne 63 og 64 og gennem den reducerede gennemstrømningsåbning 115 og videre 30 ud gennem udløbsåbningen 61. Denne strømning resulterer i et væsentligt trykfald over den reducerede gennemstrømningsåbning 115, hvis størrelse kan vælges således, at der tilvejebringes et bestemt væsketryk i boringerne 63 og 64 og også i den radiale væskekanal 91. Γ den foreliggende udfø-35 relsesform er gennemstrømningsåbningen 115 dimensioneret således, at den bevirker et "modtryk'· på ca. 3,5 kg/cm2 i DK PR 172506 B1 9 boringerne 63 og 64 og i væskekanalen 91. Det vil forstås at det ønskede modtryk kan være større eller mindre end 3,5 kg/cm2, og at størrelsen af modtrykket, der skal frembringes, ved enhver given motoranvendelse primært bestemmes af den 5 strømning, som er nødvendig for at opnå tilstrækkelig smøring og afkøling.

Højtryksvæske i indløbsåbningen 57 bringer kontraventilen 107 til at lukke, og samtidig sættes væsken i det ringformede kammer 59 gennem den radiale væskekanal 93 i 10 forbindelse med trykkammeret 89, hvorved skyttelventilen 85 trykkes hen i den viste stilling til venstre på tegningen. Resultatet er en relativ åben væskekommunikation fra væskekanalen 91 gennem boringerne 75 og 77 til de aksiale smørekanaler 79, 81, 82 og 83. I denne udførelsesform er 15 det således skyttelventilen 85, der tilvejebringer en strøm af smøremiddel til smøremiddelstrømningsbanen.

Smøremiddel, som strømmer ud af den aksiale smørekanal 83, strømmer gennem lejesættene 33 og 35 og derefter indad gennem de skråtstillede væskekanaler 36 til det indre hulrum 20 i hovedakselen 31. Herefter strømmer smøremidlet gennem den forreste forbindelse mellem mangenoterne 37 og 39 og derefter bagud (se pilene) gennem den bageste forbindelse mellem mangenoterne 43 og 45. Derpå strømmer smøremidlet gennem mangenoterne 47 og 51 i ventilakselen 49 og gennem den skråt-25 stillede afløbskanal 68 og afløbskanalen 57 ind i afløbskanalerne 99 og 101. Smøremidlet strømmer forbi kontraventilen 105 og ud i udløbsåbningen 61 nedstrøms for den reducerede gennemstrømningsåbning 115, så væsketrykket i udløbsåbningen 61 er omtrent det samme som i systemreservoiret. Selv om 30 de strømningsbegrænsende indsnævringsorganer 109 og 113 her er vist som simple ringformede organer, vil det forstås at de kun er vist som eksempler og til dels for at forenkle tegningen. De strømningsbegrænsende organer som definerer de reducerede gennemstrømningsåbninger 111 og 115 bør være 35 en art strømningsbegrænsende arrangement, der tillader forholdsvis fri, ubegrænset væskestrømning fra indløbsåbningen DK PR 172506 B1 10 ind i motoren, men i væsentlig grad begrænser strømning fra motoren ud gennem åbningen og således tilvejebringer det ønskede modtryk til generering af smøremiddelstrømmen.

Det ses, at der ved opfindelsen er tilvejebragt et 5 smøresystem, hvor smørevæsken kommunikeres fra hovedstrømningsbanen på et sted nedstrøms for fortrængningsmekanismen og ventilarrangementet, således at motorens volumetriske virkningsgrad ikke formindskes. Den reducerede gennemstrømningsåbning i strømningsvejen ved udløbet giver et tilstræk-10 keligt modtryk til at frembringe smøremiddelstrømmen og tillader samtidig genforening af smøremiddelstrømmen med udløbsstrømmen fra motoren nedstrøms for den reducerede gennemstrømningsåbning, således at behovet for et særskilt husdrænudløb er elimineret.

15 Opfindelsen er i det foregående forklaret så detal jeret, at en fagmand vil kunne udøve den. Ved læsning og forståelse af den foregående beskrivelse vil forskellige ændringer og modifikationer, som falder inden for opfindelsens rammer, være indlysende for fagfolk.

Claims (1)

1. Hydraulisk rotationsmaskine af gerotortypen og omfattende en smøremiddelstrømningsbane (79,81,82,83,33,35, 36_,37-39,43-45,68,97) med en smøremiddeldrænpassage (99,101, 5 103), og en hovedstrømningsbane (59,65,69,29,69,67,63,64), som tilvejebringer væskeforbindelse imellem en væskeindløbsåbning (57) og en væskeudløbsåbning (61) , i hvilken væs-kestrømsbegrænsende organer (113,115) er placerede nedstrøms for ventilarrangementet i gerotormekanismen, idet de væ-10 skestrømsbegrænsende organer er indrettede til at tilvejebringe en betydelig væsketrykforskel på tværs af disse, organer (91,85,77) indrettede til at kommunikere en strøm af smørevæske fra hovedstrømningsbanen nedstrøm for ventilarrangementet og opstrøms for de væskestrømsbegrænsende 15 organer, kendetegnet ved, at smøremiddeldrænpas-sagen er tilvejebragt indvendigt i huset og tilvejebringer en væskeforbindelse imellem smøremiddelstrømningsbanen og hovedstrømningsbanen nedstrøms for de væskestrømsbegrænsende organer (113,115).