DE2702918A1

DE2702918A1 - Vorrichtung zum verlustarmen veraendern des foerderstromes einer verdraengerpumpe durch periodisches zerhacken des foerderstromes

Info

Publication number: DE2702918A1
Application number: DE19772702918
Authority: DE
Inventors: Ivan Jaroslav Dipl In Cyphelly
Original assignee: Cyphelly ivan Jaroslav dipl-Ing
Current assignee: Moog GAT GmbH
Priority date: 1976-01-27
Filing date: 1977-01-25
Publication date: 1977-07-28
Also published as: GB1564050A; JPS6133995B2; JPS5292102A; ES455407A1; CS199284B2; FR2339758A1; CH594137A5; US4164240A; DE2702918C2; FR2339758B1

Description

PATENTANWÄLTE o«7n9Q1fl

Dr.-Ing. WoKf₁ H. Barfels, Dr. Brandes 2 / U Z 3 I ö Dr.-Ing. Held, Dipl.-Phys. Wolff

β MÖNCHEN 22, Thterschstrafje 8 ^ , _{25>
Januar 1977}

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Reg.Nr. 125 230

Ivan Jaroslav Cyphelly, 8128 Hinteregg (Schweiz)

Vorrichtung zum verlustarmen Verändern des Förderstromes einer Verdrängerpumpe durch periodisches Zerhacken des Förderstromes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum verlustarmen Verändern des Förderstromes einer Verdrängerpumpe durch periodisches Zerhacken des Förderstromes in zwei veränderliche Teile, von welchen der eine als Nutzstrom einem Verbraucher zugeführt und der andere als Rückstrom drucklos abgeführt wird, mit einer zum Anschluss an den Ausgang der Pumpe bestimmten, eine Drehblende enthaltenden Ventilanordnung, welche den Förderstrom der Pumpe periodisch abwechselnd einer ein Rückschlagventil enthaltenden, zur Verbindung mit dem Verbraucher bestimmten Nutzleitung oder einer zur Verbindung mit einem drucklosen Vorratstank der Pumpe bestimmten Rücklaufleitung zuführt.

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Bekannte Vorrichtungen der genannten Art können zweckmässig nur für niedrige Drücke eingesetzt werden. Bei hohen Drücken erreichen die Leckverluste sowie die Geräuschbildung unerträgliche Werte.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung der bekannten Art für hohe Drücke verwendbar zu machen, indem die Wirkungsgradverluste sowie die Geräuschbildung reduziert werden.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die in einer Bohrung eines Körpers der Ventilanordnung angeordnete, eine Welle aufweisende Drehblende zweilippig ausgebildet ist, wobei der Drehblende zwei von ihr zeitweilig abgedeckte und damit verschlossene, einander gegenüberstehende Rückstromdüsen zugeordnet sind, so dass die Welle der Drehblende hydrostatisch entlastet ist, und dass die Kanten der Drehblende Schneidwinkel aufweisen, um im Betrieb die Mündungen der Rückstromdüsen anzufräsen und dadurch einen optimalen Spalt zwischen der Drehblende und den Rückstromdüsen zu bewirken.

Diese Ausbildung erlaubt eine einfache Herstellung der zur Leckreduzierung notwendigen kleinsten Spiele zwischen Düsen und Blenden. Die Düsen werden zweckmässig aus einem Material mit grösserem Ausdehnungskoeffizienten ausgeführt als es das Ventilkörpermaterial aufweist und so abgestützt, dass bei Erwärmung die Düsenenden sich der Blende nähern. Bei der höchsten Betriebstemperatur wird somit durch das Einfrasen der Blende der Minimalspalt geformt, der bei

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der kleinen Viskosität der Betriebsflüssigkeit ein minimales Leck gewährt. Bei niedrigen Temperaturen weitet sich jedoch der Spalt auf und hält bei den dabei auftretenden hohen Viskositäten des Arbeitsmediums die Reibungsverluste in einem annehmbaren Rahmen.

Das runde Loch als herstellungstechnisch günstigste Form der Düsenöffnung ergibt hierbei eine schalttechnisch nicht optimale Lösung, obschon diese um einiges besser als die von den bekannten Konstruktionen oft angestrebte abrupte Oeffnung bzw. Schliessung durch die Blendenkante. Als optimalere Formgebung haben sich die in Schliess- bzw. Oeffnungsrichtung progressiv vermindernden bzw. aufweitenden Formen der Düsenöffnung erwiesen, zumal diese einen ratterfreien Fräsvorgang der Blenden gewährleisten.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt quer zur Wellenachse durch die Vorrichtung mit der Ventilanordnung und durch eine angeflanschte Pumpe entsprechend der Linie I - I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II der Fig. 1, d.h. durch die Wellenachse,

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Fig. 3a bis Fig. 3c schematisch die Wirkung der Düsenausdehnung auf die Spaltausbildung zwischen Düsenende und Blende,

Fig. 4a bis Fig. 4d in der abgerollten Mantelfläche verschiedene Formen der Düsenöffnung in frästechnischer bzw. akustischer Sicht,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 1.

In Fig. 1, 2 und 5 ist die vorliegende Vorrichtung dargestellt, wie sie auf eine Zahnradpumpe montiert ist. Ein Ventilkörper 1 ist mit nicht dargestellten Schrauben fest mit einem Pumpenkörper 2 verbunden, so dass der von einem Zahnradpaar 3, 3' der Zahnradpumpe ausgehende Flüssigkeitsstrom zum Ventilkörper 1 gepresst wird. Der Ventilkörper 1 enthält Anschlussbohrungen 4, 4¹, welche den Flüssigkeitsstrom der Zahnradpumpe in entgegengesetzten Richtungen strömende Teile aufteilt. Die Anschlussbohrungen 4, 4', führen zu Kanälen 34, 34', die durch Düsenflansche 5, 5' und den Ventilkörper 1 begrenzt sind. Düsen 35, 35' sind einstückig mit den Düsenflanschen 5, 5¹ ausgebildet und weisen Hohlräume 6, 6¹ sowie Düsenöffnungen 7, 7' auf, wobei die Hohlräume 6, 6' mit den Kanälen 34, 34' in Verbindung stehen. Die Hohlräume 6, 6' sind an ihren äusseren Enden durch in die Düsenflansche 5, 5' geschraubte Zapfen 36, 36' abgeschlossen.

Die Düsen 35, 35' münden mit ihren Oeffnungen 7, 7' in eine im

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Ventilkörper 1 befindliche Ventilbohrung 14; sie sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Ventilbohrung 14 angeordnet und aufeinander ausgerichtet. Innerhalb der Ventilbohrung 14 ist eine Antriebswelle 16 über einen Keil 17 mit einer Blendenhülse 13 verbunden. Blenden 8, 8' in der Form von vorstehenden Nockenabschnitten sind auf der Oberfläche der Blendenhülse 13 ausgebildet und dienen dazu, die Düsenöffnungen frei zu geben oder zu verschliessen. Die Blenden 8, 8' sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Blendenhülse 13 so angeordnet, dass sie gleichzeitig beide Düsenöffnungen 7 und 7¹ öffnen oder schliessen, so dass die Welle 16 hydrostatisch im Gleichgewicht gehalten ist.

Ausgangsseitig weist die dargestellte Vorrichtung einen Verbraucheranschluss 9 auf, der mit den Kanälen 34, 34' über Bohrungen 10, 10' in Verbindung steht. Ein durch eine Feder 11 belastetes Rückschlagventil 12 ist im Verbraucheranschluss 9 angeordnet.

Im Betrieb wird der vom Zahnradpaar 3, 3' ausgehende Flüssigkeitsstrom durch die Anschlussbohrungen 4, 4' in die Kanäle 34, 34', die Hohlräume 6, 6' und hierauf die Düsenöffnungen 7, 7' gepresst. Wenn die Düsenöffnungen 7, 7' von den Blenden 8, 8' verschlossen sind, findet der Flüssigkeitsstrom den Weg zum Verbraucheranschluss 9 über die Verbindungsbohrungen 10, 10' und das Rückschlagventil 12, da der Flüssigkeitsdruck grosser als der Druck der Feder 11 des Rückschlagventils 12 ist. Falls jedoch die Düsenöffnungen 7, 7* frei gegeben sind, so fliesst der Flüssigkeitsstrom in den zwischen

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der Blendenhülse 13 und der Ventilbohrung 14 befindlichen Hohlraum, von wo aus die Flüssigkeit über eine in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Tankleitung 15 drucklos abgeleitet wird, was im Schnitt der Fig. 2 deutlich zu erkennen ist.

In Fig. 2 ist auch ein Verstellmechanismus der Schliess- bzw. Oeffnungsdauer der Blende dargestellt. Die Hülse 13 mit den Blenden 8, 8' ist auf einer Antriebswelle 16 axial verschiebbar und mit dieser nur über einen Keil 17 drehmomentübertragend verbunden. Das Einstellen der Axiallage geschieht hier über eine Spindel 18, die in einem Gewinde eines an dem Ventilkörper 1 angeschraubten Deckels 19 geführt wird, wobei die Verbindung mit der drehenden Blendenhülse 13 über ein Wälzlagergelenk 20 erfolgt. Anstatt einer Spindelverstellung kann auch irgend eine hydraulische Betätigung, z.B. durch Druckregelung oder Konstantstromregelung oder eine elektrische oder mechanische Betätigung die Blendenhülse positionieren, genau so, wie wenn es sich um ein einfaches Zweiwege-Schieber-Ventil handeln würde. Die Zerhackfrequenz, d.h. die Schliess- bzw. Oeffnungsfrequenz wird von der Drehzahl der Blendenwelle 16 bestimmt, die über einen Riemenantrieb von der Pumpenwelle 3' abgegriffen wird, wobei die akustisch und wirkungsgradmässig günstigste Untersetzung durch Wahl der Grosse einer Riemenscheibe 21 erfolgt.

In Fig. 2 ist ferner die Blendenkante 22 der Blendenhülse 13 dargestellt. Die Blendenhülse ist an ihrem einen Ende in einem Nadellager 23 gelagert, während die Antriebswelle 16 in einem Kugella-

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ger 24 gelagert ist.

Die Wirkungsweise einer bei der vorliegenden Vorrichtung vorhandenen thermischen Spalteinstellung ist in den Fig. 3a bis 3c dargestellt. Die Düsenflansche 5, 5' stützen sich auf Seitenflächen 25, 25' des Ventilkörpers 1 ab, so dass der Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Düse und des Ventilkörpers auf der ganzen Düsenlänge zur Wirkung kommt. Die Düsen werden im kalten Zustand mit Spiel gegenüber den Blenden 8, 8¹ eingebaut (Fig. 3a) und das Ventil in Betrieb gesetzt. Beim Erreichen einer gewissen Temperatur beginnen die Blenden die Düsenspitzen abzufräsen (Fig. 3b), bis die höchste Betriebstemperatur erreicht wird (Fig. 3c). Jeder tieferen Temperatur entspricht nun ein gegebener Betriebsspalt, wodurch im ganzen Temperaturbereich annähernd eine Minimierung der Reib- bzw. Leckverluste erreicht wird. Diese Bauweise mit Flanschdüsenabstützung auf den Ventilkörperaussenflächen bietet ausserdem den grossen Vorteil, dass bei Abnützung oder Beschädigung an den Düsenöffnungen das Ventil durch Materialabnahme an der am Ventilkörper auf den Seitenflächen 25, 25' aufliegenden Düsenflanschfläche in einfacher Weise wieder in den Neuzustand versetzt werden kann.

Die Fig. 4a bis 4d erläutern die Geräuschentwicklung. In jeder dieser Figuren ist der Düsenöffnungsform der Druckaufbauverlauf in den Hohlräumen 6, 6¹ während des Schliessvorganges durch die Blen-

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denkante 22 zugeordnet. Die Blendenkante 22 bewegt sich hierbei in der Richtung des Pfeiles 26.

Gemäss Fig. 4a sind die Blendenkanten parallel zu den Lochkanten der Düsenöffnung 27. Durch das abrupte Schliessen ergibt sich eine hohe Druckspitze und durch den Kantenschlag beim Fräsen entstehen Rattermarken in Bewegungsrichtung. Um dies zu verhindern, muss die Nadellagerung 23 der Blendenhülse 13 bzw. die Kugellagerung 24 der Antriebswelle 16 durch eine Gleitlagerung ersetzt werden, die den Nachteil einer ungenaueren Führung hat. Eine unzulässige Lärmentwicklung charakterisiert diese Lochform, die sich bei fast allen bisherigen Vorrichtungen der eingangs genannten Art findet.

In der Ausführungsform nach Fig. 4b kann die runde Düsenöffnung 28 dank ihrer einfachen Herstellung bei nicht allzu hohen Anforderungen an die Geräuschbelastung in vielen Fällen verwendet werden. Die weniger abrupte Schliessphase ergibt eine mittlere Schalt- bzw. Druckspitze.

Eine in Fig. 4c dargestellte viereckige Form der Düsenöffnung 29 mit Spitze gegen die Blendenkante 22 gerichtet, eliminiert fast vollständig die Schaltdruckspitze und ist mit einer Räumnadel relativ einfach herzustellen. Das Optimum für das periodische Zerhacken des Förderstromes muss ausgehend von dieser Form gesucht werden, da sie die beste Geräusch- und Wirkungsgradkombination darstellt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1.Jvorrichtung zum verlustarmen Verändern des Förderstromes einer Verdrängerpumpe durch periodisches Zerhacken des Förderstromes in zwei veränderliche Teile, von welchen der eine als Nutzstrom einem Verbraucher zugeführt wird, mit einer zum Anschluss an den Ausgang der Pumpe bestimmten, eine Drehblende enthaltenden Ventilanordnung, welche den Förderstrom der Pumpe periodisch abwechselnd einer ein Rückschlagventil enthaltenden, zur Verbindung mit dem Verbraucher bestimmten Nutzleitung oder einer zur Verbindung mit einem drucklosen Vorratstank der Pumpe bestimmten Rücklaufleitung zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Bohrung eines Körpers der Ventilanordnung angeordnete, eine Welle aufweisende Drehblende zweilippig ausgebildet ist, wobei der Drehblende zwei von ihr zeitweilig abgedeckte und damit verschlossene, einander gegenüberstehende Rückstromdüsen zugeordnet sind, so dass die Welle der Drehblende hydrostatisch entlastet ist, und dass die Kanten der Drehblende Schneidwinkel aufweisen, um im Betrieb die Mündungen der Rückstromdüsen anzufräsen und dadurch einen optimalen Spalt zwischen der Drehblende und den Rückstromdüsen zu bewirken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Drehblende abgewandten Enden der Rückstromdüsen Flansche aufweisen, die sich auf zwei entgegengesetzte Planflächen des

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Körpers der Ventilanordnung abstützen, derart, dass bei entsprechender Wahl der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Rückstromdüsen und des Körpers der Ventilanordnung die Breite des Spaltes zwischen der Drehblende und den Rückstromdüsen mit steigender Temperatur abnimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Rückstromdüsen in der Schliessrichtung der Drehblende eine progressiv abnehmende Fläche aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen rechteckig, z.B. quadratisch, sind, wobei eine Ecke jeder Mündung den Kanten der Drehblende zugewandt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstromdüsen eine zylindrische Bohrung aufweisen, welche im Bereich ihrer Mündung mit Längskerben versehen ist.

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