WO2011117087A2 - Förderaggregat - Google Patents

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WO2011117087A2 PCT/EP2011/053693 EP2011053693W WO2011117087A2 WO 2011117087 A2 WO2011117087 A2 WO 2011117087A2 EP 2011053693 W EP2011053693 W EP 2011053693W WO 2011117087 A2 WO2011117087 A2 WO 2011117087A2
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Dieter Amesoeder
Marian Kacmar
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Robert Bosch Gmbh
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    • F04C15/0042—Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
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    • F04C2270/18—Pressure
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    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/18—Pressure
    • F04C2270/185—Controlled or regulated

Definitions

  • the invention is based on a delivery unit according to the preamble of the main claim.
  • the balancing pressure often corresponds to the pressure of the delivery side of the delivery unit, whereby the forces on the rotors are significantly higher than required. This leads to increased friction in the bearings and between the rotors.
  • the back of the rotors can also be supplied via gap flows. This has the disadvantage that it sets an undefined balance pressure, which depends on the leakage flows that flow into the room or from the space behind the rotor. Also with this
  • the balancing pressure does not have the ideal value for low-friction operation.
  • Main claim has the advantage that a defined compensation pressure on the back of the axially adjustable rotor is adjusted by a control valve is provided which sets the compensation pressure to a predetermined value between a pressure of the pressure side and a pressure of the suction side.
  • the balancing pressure is dependent on the respective Operating point of the delivery unit set, and that to a value that allows the lowest possible operation of the delivery unit.
  • a defined force is exerted on the rotor via the thus set pressure on the rear surface on the rotor.
  • the pressure of the suction side and the pressure side exert forces on the rotors which try to dislodge the rotors. Since the pressure areas remain the same, the ideal balancing force on the rotors is proportional to
  • the compensation pressure can be used compensating both on a rotor and on both rotors. Furthermore, different balancing pressures can be generated for the two rotors by the use of two proportional valves.
  • control valve has a control piston and three by the control piston separate control chambers, wherein the first control chamber of the control valve is acted upon by the pressure of the pressure side and the second control chamber with the pressure of the suction side, wherein the third control chamber via a on the control piston executed control channel with the first chamber or with the second chamber
  • a balance pressure is set, which has a value between a pressure of the pressure side and a pressure of the suction side.
  • the input cross-section of the control channel is variable depending on the position of the control piston, since in this way a predetermined pressure loss is achieved.
  • control piston protrudes through a passage between the first and the second chamber, wherein the variable input cross-section of the control valve by a partial overlap of the input cross section with the wall of the
  • control valve is a proportional valve in which the quotient of the difference between the compensation pressure and the suction pressure to the difference between the pressure-side pressure and the suction pressure is constant. It is also advantageous if the control piston of two counteracting each other
  • Valve springs is acted upon, since in this way a provision of the control piston is achieved in a predetermined starting position when switching off the delivery unit.
  • control valve is attached to the rotor housing of the delivery unit or integrated in the rotor housing.
  • the drawing shows in section a partial view of the delivery unit according to the invention.
  • the delivery unit serves to convey liquid or gaseous media, for example liquids or gases.
  • the delivery unit 1 has a drive rotor 2 and driven by the drive rotor 2 output rotor 3, both of which are rotatably arranged in a rotor housing 4 and cooperate via a respective spur gearing 5 meshing.
  • the spur gearing 5 is for example a cycloid or Trochoidenvertechnikung, but may of course be another gearing.
  • the two rotors 2, 3 according to the exemplary embodiment have a spherical shape in sections on their outer circumference.
  • Drive rotor 2 is driven by a motor 8, for example an electric motor.
  • a motor 8 for example an electric motor.
  • the rotors 2,3 each have a rotor bearing 9,10 is provided.
  • the rotors 2, 3 each have one Rotor axis 6.7, for example, are inclined to each other, so do not align.
  • At least one of the two rotors 2, 3 is axially adjustable.
  • this axially adjustable rotor 3 is pressed by means of a spring element 30 in the direction of the other rotor 2.
  • the spring element 30 is a compression spring, for example a plate spring or a
  • both rotors 2, 3 are axially adjustable in their rotor bearings 9, 10. Between the rotors 2,3 working chambers 11 are formed, in which the medium through
  • a control valve 14 which controls the pressure acting on the backs 2.1.3.1 balance pressure to a predetermined value between a pressure of
  • the suction side is an unillustrated input and the pressure side of an unillustrated output of the delivery unit.
  • the compensation pressure is adjusted to a predetermined value depending on the respective operating point of the delivery unit, and indeed to a value that allows a possible low-friction operation of the delivery unit.
  • the control valve 14 has a control piston 15 and three by the control piston 15 separate control chambers 16,17,18, wherein the first control chamber 16 of the control valve 14 is acted upon by the pressure of the pressure side and the second control chamber 17 with the pressure of the suction side, said third control chamber 18 via a control piston 19 running on the control piston 19 with the first control chamber 16 or with the second control chamber 17 is strömungsverbindbar.
  • the control channel 19 extends in the direction of the longitudinal extent of the control piston 15th
  • An input cross-section 20 in the control channel 19 is dependent on the position of the
  • Control piston 15 changeable.
  • the input cross section is defined by at least one
  • Input opening formed in the control channel 19 For example, several Input openings on the circumference of the control piston 15 executed.
  • the control piston 15 extends through a passage 22 between the first 16 and the second control chamber 17, wherein the variable input cross section of the control valve 14 is achieved by a partial overlap of the input cross section with the wall of the passage channel 22.
  • the control channel 19 opens at its end facing away from the input cross section 20 in the third control chamber 18.
  • the pressure of the third control chamber 18 is passed through a flow channel 24 to the back 2.1.3.1 of the rotors 2.3.
  • the control valve 14 may be attached to the rotor housing 4 of the delivery unit or in
  • the control valve 14 has two inputs 26,27 for connection to the suction and pressure side of the delivery unit and an output 28 for connection to the flow channel 24 leading to the rear side of the rotors 2.1,3.1 2,3.
  • the control valve 14 is designed for example as a proportional valve.
  • the control piston 15 is acted upon, for example, by two counter-acting valve springs 23 in order to ensure a return to a starting position.

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Abstract

Es sind schon Förderaggregate bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die in einem Rotorgehäuse drehbar gelagert sind und über jeweils eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken, wobei zumindest einer der beiden Rotoren axial verstellbar und auf seiner dem anderen Rotor abgewandten Rückseite über einen Ausgleichskanal mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt ist. Der Ausgleichsdruck wirkt zum einen den axialen Druckkräften entgegen, die in den zwischen den Rotoren gebildeten Arbeitskammern entstehen, zum anderen kompensiert er Kräfte, die die beiden Rotoren auseinanderdrücken würden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen den Rotoren nicht verändert wird. Der Ausgleichsdruck entspricht häufig dem Druck der Druckseite des Förderaggregates, wodurch die Kräfte auf die Rotoren deutlich höher sind als erforderlich. Dies führt zu erhöhter Reibung in den Lagern und zwischen den Rotoren. Die Rückseite der Rotoren kann auch über Spaltströmungen versorgt werden. Dies hat den Nachteil, dass sich ein undefinierter Ausgleichsdruck einstellt, der von den Leckageströmen abhängt, die in den Raum oder aus dem Raum hinter dem Rotor strömen. Auch bei dieser Ausführung hat der Ausgleichsdruck nicht den idealen Wert für einen reibungsarmen Betrieb. Bei dem erfindungsgemäßen Förderaggregat wird ein definierter Ausgleichsdruck auf der Rückseite der axial verstellbaren Rotoren eingestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Steuerventil (14) vorgesehen ist, das den Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt.

Description

Beschreibung
Titel
Förderaggregat
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Förderaggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Förderaggregat aus der DE 103 35 939 AI bekannt, mit einem Antriebsrotor und einem vom Antriebsrotor angetriebenen Abtriebsrotor, die in einem Rotorgehäuse drehbar gelagert sind und über jeweils eine Stirnverzahnung kämmend zusammenwirken, wobei zumindest einer der beiden Rotoren axial verstellbar und auf seiner dem anderen Rotor abgewandten Rückseite über einen Ausgleichskanal mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt ist. Der Ausgleichsdruck wirkt zum einen den axialen Druckkräften entgegen, die in den zwischen den Rotoren gebildeten Arbeitskammern entstehen, zum anderen kompensiert er Kräfte, die die beiden Rotoren auseinanderdrücken würden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen den Rotoren nicht verändert wird. Der Ausgleichsdruck entspricht häufig dem Druck der Druckseite des Förderaggregates, wodurch die Kräfte auf die Rotoren deutlich höher sind als erforderlich. Dies führt zu erhöhter Reibung in den Lagern und zwischen den Rotoren. Die Rückseite der Rotoren kann auch über Spaltströmungen versorgt werden. Dies hat den Nachteil, dass sich ein Undefinierter Ausgleichsdruck einstellt, der von den Leckageströmen abhängt, die in den Raum oder aus dem Raum hinter dem Rotor strömen. Auch bei dieser
Ausführung hat der Ausgleichsdruck nicht den idealen Wert für einen reibungsarmen Betrieb.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Förderaggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein definierter Ausgleichsdruck auf der Rückseite des axial verstellbaren Rotors eingestellt wird, indem ein Steuerventil vorgesehen ist, das den Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt. Der Ausgleichsdruck wird abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt des Förderaggregates eingestellt, und zwar auf einen Wert, der einen möglichst reibungsarmen Betrieb des Förderaggregates ermöglicht.
Über den so eingestellten Druck auf die rückseitige Fläche am Rotor wird eine definierte Kraft auf den Rotor ausgeübt. Der Druck der Saugseite sowie der Druckseite üben auf die Rotoren Kräfte aus, die versuchen, die Rotoren auseinander zu treiben. Da die druckbeaufschlagten Flächen gleich bleiben, ist die ideale Ausgleichskraft auf die Rotoren proportional zum
Druckunterschied zwischen Druckseite und Saugseite. Daher ist ein Proportionalventil gut geeignet, die Kräfte zu kompensieren und damit die Reibung zwischen den Rotoren, zwischen Rotoren und dem Gehäuse und in den Lagern zu reduzieren. Dies führt zu geringerem
Verschleiß und höherem Wirkungsgrad. Der Ausgleichsdruck kann sowohl an einem Rotor als auch an beiden Rotoren kompensierend eingesetzt werden. Des weiteren können für die beiden Rotoren unterschiedliche Ausgleichsdrücke durch den Einsatz von zwei Proportionalventilen erzeugt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Förderaggregates möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist das Steuerventil einen Steuerkolben und drei durch den Steuerkolben voneinander getrennte Steuerkammern auf, wobei die erste Steuerkammer des Steuerventils mit dem Druck der Druckseite und die zweite Steuerkammer mit dem Druck der Saugseite beaufschlagt ist, wobei die dritte Steuerkammer über einen am Steuerkolben ausgeführten Steuerkanal mit der ersten Kammer oder mit der zweiten Kammer
strömungsverbindbar ist. Auf diese Weise wird ein Ausgleichsdruck eingestellt, der einen Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite aufweist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Eingangsquerschnitt des Steuerkanals abhängig von der Position des Steuerkolbens veränderbar ist, da auf diese Weise ein vorbestimmter Druckverlust erreicht wird.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Steuerkolben einen Durchgangskanal zwischen der ersten und der zweiten Kammer durchragt, wobei der variable Eingangsquerschnitt des Steuerventils durch eine teilweise Überdeckung des Eingangsquerschnitts mit der Wandung des
Durchgangskanals erreicht ist. Auf diese Weise wird ein vorbestimmter Druckverlust am Steuerventil erzeugt. Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Steuerventil ein Proportionalventil ist, bei dem der Quotient der Differenz von Ausgleichsdruck und Saugdruck zur Differenz von druckseitigem Druck und Saugdruck konstant ist. Auch vorteilhaft ist, wenn der Steuerkolben von zwei einander entgegen wirkenden
Ventilfedern beaufschlagt ist, da auf diese Weise eine Rückstellung des Steuerkolbens in eine vorbestimmte Ausgangslage beim Ausschalten des Förderaggregates erreicht wird.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn das Steuerventil am Rotorgehäuse des Förderaggregates befestigt oder im Rotorgehäuse integriert ist.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, dass der Druck der dritten Steuerkammer über eine
Strömungsverbindung auf die Rückseite des axial verstellbaren Rotors geleitet wird, da auf diese Weise der am Steuerventil eingestellte Ausgleichsdruck auf die Rückseite des Rotors gelangt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnung zeigt im Schnitt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Förderaggregates.
Das Förderaggregat dient der Förderung von flüssigen oder gasförmigen Medien, beispielsweise Flüssigkeiten oder Gasen. Das Förderaggregat 1 weist einen Antriebsrotor 2 und einem vom Antriebsrotor 2 angetriebenen Abtriebsrotor 3 auf, die beide in einem Rotorgehäuse 4 drehbar angeordnet sind und über jeweils eine Stirnverzahnung 5 kämmend zusammenwirken. Die Stirnverzahnung 5 ist beispielsweise eine Zykloiden- oder Trochoidenverzahnung, kann aber selbstverständlich auch eine andere Verzahnung sein. Die beiden Rotoren 2,3 haben gemäß dem Ausführungsbeispiel an ihrem Außenumfang abschnittsweise eine Kugelform. Der
Antriebsrotor 2 wird von einem Motor 8, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben. Für die Rotoren 2,3 ist jeweils ein Rotorlager 9,10 vorgesehen. Die Rotoren 2,3 haben jeweils eine Rotorachse 6,7 die beispielsweise zueinander schräg gestellt sind, also nicht fluchten.
Zumindest einer der beiden Rotoren 2,3 ist axial verstellbar. Beispielsweise ist dieser axial verstellbare Rotor 3 mittels eines Federelementes 30 in Richtung des anderen Rotors 2 gedrückt. Das Federelement 30 ist eine Druckfeder, beispielsweise eine Tellerfeder oder eine
Schraubenfeder. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Rotoren 2,3 zu jeder Zeit aneinander anliegen.
Beispielsweise sind beide Rotoren 2,3 in ihrem Rotorlager 9,10 axial verstellbar vorgesehen. Zwischen den Rotoren 2,3 sind Arbeitsräume 11 gebildet, in denen das Medium durch
Verdrängung gefördert wird. In Arbeitsräumen 11 , deren Volumen gerade verkleinert wird, wird Druck aufgebaut. Dieser Druck wirkt auch in axialer Richtung auf die Rotorlager 9,10 der Rotoren 2,3. Um ein Abheben der Rotoren 2,3 zu verhindern, ist die dem jeweils anderen Rotor 2,3 abgewandte Rückseite 2.1,3.1 des Rotors 2,3 mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt. Auf diese Weise werden die auf die Rotoren 2,3 wirkenden Druckkräfte zumindest teilweise kompensiert. Dies erfolgt nach dem Ausführungsbeispiel an beiden Rotoren 2,3, kann aber selbstverständlich auch nur an einem der Rotoren 2,3 verwirklicht sein.
Erfindungsgemäß ist ein Steuerventil 14 vorgesehen, das den auf die Rückseiten 2.1,3.1 wirkenden Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der
Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt. Die Saugseite ist ein nicht dargestellter Eingang und die Druckseite ein nicht dargestellter Ausgang des Förderaggregates. Auf diese Weise wird der Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt des Förderaggregates eingestellt, und zwar auf einen Wert, der einen möglichst reibungsarmen Betrieb des Förderaggregates ermöglicht.
Das Steuerventil 14 hat einen Steuerkolben 15 und drei durch den Steuerkolben 15 voneinander getrennte Steuerkammern 16,17,18, wobei die erste Steuerkammer 16 des Steuerventils 14 mit dem Druck der Druckseite und die zweite Steuerkammer 17 mit dem Druck der Saugseite beaufschlagt ist, wobei die dritte Steuerkammer 18 über einen am Steuerkolben 15 ausgeführten Steuerkanal 19 mit der ersten Steuerkammer 16 oder mit der zweiten Steuerkammer 17 strömungsverbindbar ist. Der Steuerkanal 19 verläuft in Richtung der Längserstreckung des Steuerkolbens 15.
Ein Eingangsquerschnitt 20 in den Steuerkanal 19 ist abhängig von der Position des
Steuerkolbens 15 veränderbar. Der Eingangsquerschnitt wird durch zumindest eine
Eingangsöffnung in den Steuerkanal 19 gebildet. Beispielsweise sind mehrere Eingangsöffnungen am Umfang des Steuerkolbens 15 ausgeführt. Der Steuerkolben 15 durchragt einen Durchgangskanal 22 zwischen der ersten 16 und der zweiten Steuerkammer 17, wobei der variable Eingangsquerschnitt des Steuerventils 14 durch eine teilweise Überdeckung des Eingangsquerschnitts mit der Wandung des Durchgangskanals 22 erreicht wird. Der Steuerkanal 19 mündet an seinem dem Eingangsquerschnitt 20 abgewandten Ende in die dritte Steuerkammer 18. Der Druck der dritten Steuerkammer 18 wird über einen Strömungskanal 24 auf die Rückseite 2.1,3.1 der Rotoren 2,3 geleitet.
Das Steuerventil 14 kann am Rotorgehäuse 4 des Förderaggregates befestigt oder im
Rotorgehäuse 4 integriert sein. Das Steuerventil 14 hat zwei Eingänge 26,27 zum Anschluss an die Saug- bzw. Druckseite des Förderaggregates und einen Ausgang 28 zum Anschluss an den zur Rückseite 2.1,3.1 der Rotoren 2,3 führenden Strömungskanal 24.
Das Steuerventil 14 ist beispielsweise als Proportionalventil ausgeführt. Der Steuerkolben 15 ist beispielsweise von zwei einander entgegen wirkenden Ventilfedern 23 beaufschlagt, um eine Rückstellung in eine Ausgangsstellung zu gewährleisten.

Claims

Ansprüche
1. Förderaggregat mit einem Antriebsrotor (2) und einem vom Antriebsrotor
(2)
angetriebenen Abtriebsrotor
(3), die in einem Rotorgehäuse
(4) drehbar gelagert sind und über jeweils eine Stirnverzahnung
(5) kämmend zusammenwirken, wobei zumindest einer der beiden Rotoren (2,3) axial verstellbar und auf seiner dem anderen Rotor (2,3) abgewandten Rückseite (2.1,3.1) mit einem Ausgleichsdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil (14) vorgesehen ist, das den Ausgleichsdruck auf einen vorbestimmten Wert zwischen einem Druck der Druckseite und einem Druck der Saugseite einstellt. 2. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (14) einen Steuerkolben (15) und drei durch den Steuerkolben (15) voneinander getrennte
Steuerkammern (16,17,18) aufweist, wobei die erste Steuerkammer (16) des Steuerventils (14) mit dem Druck der Druckseite und die zweite Steuerkammer (17) mit dem Druck der Saugseite beaufschlagt ist, wobei die dritte Steuerkammer (18) über einen am Steuerkolben (15) ausgeführten Steuerkanal (19) mit der ersten Steuerkammer (16) oder mit der zweiten
Steuerkammer (17) Strömungsverbindbar ist.
Förderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsquerschnitt des Steuerkanals (19) abhängig von der Position des Steuerkolbens (15) veränderbar ist.
Förderaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (15) einen Durchgangskanal (22) zwischen der ersten und der zweiten Steuerkammer (16,17) durchragt, wobei der variable Eingangsquerschnitt des Steuerventils (14) durch eine teilweise Überdeckung des Eingangsquerschnitts mit der Wandung des Durchgangskanals (22) erreicht ist.
Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkanal (19) seinem dem Eingangsquerschnitt abgewandten Ende in die dritte Steuerkammer (18) mündet.
6. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (14) ein Proportionalventil ist.
7. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (15) von zwei einander entgegen wirkenden Ventilfedern (23) beaufschlagt ist.
8. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (14) am Rotorgehäuse (4) des Förderaggregates befestigt oder im Rotorgehäuse (4) integriert ist.
9. Förderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der dritten Steuerkammer (18) über eine Strömungsverbindung (24) auf die Rückseite (2.1,3.1) der Rotoren (2,3) geleitet ist.
10. Förderaggregat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsrotor (2) und der Abtriebsrotor (3) eine Zykloiden- oder Trochoidenverzahnung aufweisen.
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