DE1097230B

DE1097230B - Hydrostatic gearbox for driving rotating machines with large axial moments of inertia, which often have to be accelerated and stopped, especially centrifuges

Info

Publication number: DE1097230B
Application number: DEH31658A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Paul Truninger
Original assignee: Hydrel AG
Current assignee: Schaeffler Schweiz GmbH
Priority date: 1956-12-18
Filing date: 1957-11-14
Publication date: 1961-01-12

Description

Hydrostatisches Getriebe für den Antrieb rotierender Maschinen mit großem axialem Massenträgheitsmoment, die oft beschleunigt und angehalten werden müssen, insbesondere Zentrifugen Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Getriebe für den Antrieb rotierender Maschinen mit großem axialem Massenträgheitsmoment, die oft beschleunigt und angehalten werden müssen, insbesondere Zentrifugen, mit einer Speisepumpe und wenigstens einer Leistung aufnehmenden oder Leistung abgebenden hydraulischen Maschine.Hydrostatic transmission for driving rotating machines with large axial mass moment of inertia, which are often accelerated and stopped must, especially centrifuges The invention relates to a hydrostatic Gearbox for driving rotating machines with a large axial mass moment of inertia, which often need to be accelerated and stopped, especially centrifuges, with a feed pump and at least one power consuming or outputting power hydraulic machine.

In der Praxis hat sich der Einzelantrieb von Maschinen, Apparaten usw. mittels Elektromotoren weitgehend durchgesetzt, da der Elektromotor gegenüber dem früher üblichen Antrieb über Transmissionen mit Riemenscheiben wesentliche Vorzüge und erhebliche Vorteile bezüglich der Installationen aufzuweisen vermag. Neben diesen Vorzügen hat diese Antriebsart mittels Einzelmotoren aber auch erhebliche Nachteile, wenn es sich darum handelt, rotierende Maschinen mit großem Massenträgheitsmoment anzutreiben, die oft beschleunigt und öfters auch nach verhältnismäßig kurzer Laufdauer wieder angehalten werden müssen, wie dies beispielsweise bei Zentrifugen der Fall ist. Die sich in solchen Fällen ergebenden Nachteile sind bestimmt durch die Charakteristiken der zur Verfügung stehenden Elektromotoren, indem bei der Konstanthaltung des Drehmomentes Schwierigkeiten auftreten. Es sind wohl für diesen Zweck Reguliervorrichtungen entwickelt worden, die aber kompliziert im Aufbau und teuer sind und eine Regulierung des Drehmomentes innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen ermöglichen. Im Anlauf und zur Beschleunigung hat der Elektromotor zudem die Hauptarbeit zu leisten, während Arbeit verbraucht werden muß, um den Motor von der normalen Drehzahl bis zum Stillstand abzubremsen. Die Hauptschwierigkeit besteht bekanntlich im Anlassen des Motors sowie im Anpassen vom Drehmoment und Anlaufstrom an die veränderliche Tourenzahl vom Stillstand bis zur Erreichung der vollen Drehzahl. Die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich aber auch dann wieder, wenn mit dem Motor gebremst werden muß. Das Ergebnis sind Spannungsschwankungen im Netz beim Anlauf, insbesondere wenn es sich um Anlagen mit einer Mehrzahl von Motoren handelt, sowie die Erzeugung von nicht verwertbarer Wärme beim Abbremsen, wenn hierbei mechanische Bremsmittel zur Verwendung kommen.In practice, the individual drive of machines, apparatus etc. largely enforced by means of electric motors, as opposed to the electric motor the previously common drive via transmissions with belt pulleys and has significant advantages in terms of installations. Besides these This type of drive using individual motors has advantages, but also considerable disadvantages, when it comes to rotating machines with a large mass moment of inertia to drive, which often accelerates and often even after a relatively short running time must be stopped again, as is the case, for example, with centrifuges is. The disadvantages arising in such cases are determined by the characteristics of the available electric motors by keeping the torque constant Difficulties arise. Regulating devices have probably been developed for this purpose which are complicated in structure and expensive and a regulation of the torque within certain tolerance limits. In start-up and for acceleration the electric motor also has to do most of the work while work consumes must be in order to brake the motor from normal speed to standstill. As is well known, the main difficulty is starting the engine and adjusting it from torque and starting current to the variable number of revolutions from standstill to to achieve full speed. The same difficulties arise, however even again when the engine has to be braked. The result is voltage fluctuations in the network when starting up, especially when it comes to systems with a plurality of Motors, as well as the generation of unusable heat when braking, if mechanical braking devices are used here.

Zur Behebung dieser Mängel bei elektromotorisch angetriebenen Einrichtungen ist schon vorgeschlagen worden, ein hydrostastisches Getriebe vorzusehen, das aus einem Antriebsmotor, einer Ölpumpe und zwei Ölmotoren gebildet ist, wobei die Ölmotoren im Betrieb in Reihe oder parallel geschaltet werden können. Als Bremsmittel dient eine mechanisch wirkende Bremse, wobei die Bremsenergie verlorengeht.To remedy these deficiencies in devices driven by an electric motor has already been proposed to provide a hydrostastic transmission that consists of a drive motor, an oil pump and two oil motors is formed, the oil motors can be connected in series or in parallel during operation. Serves as a braking means a mechanically acting brake, whereby the braking energy is lost.

Bekannt ist auch eine hydrostatische Getriebeanordnung mit einer Pumpe, einem hydraulischen Motor und einem als Leistungsreservoir dienenden Sammler oder daß man zur Regelung von Flüssigkeitsgetrieben die Verstellung der Exzentrizität von Pumpen- und Motorenteilen derart vornehmen kann, daß ein hydrostatisches Getriebe mit konstantem Druck arbeiten kann, das dann auch ein konstantes Drehmoment für eine einmal eingestellte feste Exzentrizität besitzt.Also known is a hydrostatic transmission arrangement with a pump, a hydraulic motor and a collector serving as a power reservoir or that you can adjust the eccentricity to control fluid gears of pump and engine parts in such a way that a hydrostatic transmission can work with constant pressure, which then also provides a constant torque for has a fixed eccentricity once set.

Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt ein hydrostatisches Getriebe zu schaffen, das im Gegensatz zu den bekannten hydrostatischen Getriebeanordnungen für den Antrieb rotierender Maschinen mit großem axialem Massenträgheitsmoment vorgesehen ist, die oft beschleunigt und angehalten werden müssen und das im Gegensatz zu den bekannten Getrieben die folgenden Bedingungen zu erfüllen vermag: Die ganze Beschleunigungsphase jeder hydrostatischen Maschine erfolgt automatisch mit konstantem Drehmoment in der kürzestmöglichen Zeit und ohne die Verursachung von Stromspitzen, die ganze Bremsphase erfolgt ebenfalls mit konstantem Drehmoment -in kürzestmöglicher Zeit; die Bremsenergie wird zurückgewonnen und gespeichert oder aber in einem Parallelbetrieb verbraucht, und zwar von der Normaldrehzahl bis zum Stillstand, was von wesentlichem Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad einer Anlage ist; es sind sämtliche erforderlichen Schaltelemente für den Anlauf, den Konstantlauf und das Bremsen vorhanden, und es ist die Durchführung eines Parallelbetriebes einer Vielzahl von hydrostatischen Motoren mit gestaffeltem Arbeitsprogramm und einer zentralen Pumpenstelle ermöglicht.The invention has now set itself the task of a hydrostatic To create transmission, in contrast to the known hydrostatic transmission arrangements intended for driving rotating machines with a large axial mass moment of inertia that often have to be accelerated and stopped, in contrast to the known transmissions able to meet the following conditions: The entire acceleration phase every hydrostatic machine is carried out automatically with constant torque in the shortest possible time and without causing current peaks, the whole Braking phase also takes place with constant torque - in the shortest possible time; the braking energy is recovered and stored or in parallel operation consumed, from the normal speed to a standstill, which has a significant influence on the overall efficiency of a plant; there are all necessary switching elements for start-up, constant running and that Brakes are available, and there is the implementation of a parallel operation of a large number of hydrostatic motors with a staggered work program and a central one Pump point allows.

Diese Bedingungen sollen beim erfindungsgemäßen hydrostatischen Getriebe dadurch erreicht werden, daß die Speisepumpe, die hydraulische Maschine oder Maschinen und ein zum Druckausgleich und als Leistungsreserve dienender Druckakkumulator parallel geschaltet sind, daß der Betrieb der Speisepumpe mit konstanter Fördermenge und die Leistung aufnehmende Maschine oder Maschinen mit konstantem Drehmoment erfolgt und daß Mittel zur Umschaltung der hydraulischen Maschine oder Maschinen vom Anlauf auf Leerlauf und auf Pumpenbetrieb vorgesehen sind.These conditions are intended for the hydrostatic transmission according to the invention can be achieved in that the feed pump, the hydraulic machine or machines and a pressure accumulator serving for pressure equalization and as a power reserve in parallel are switched that the operation of the feed pump with constant flow rate and the power-consuming machine or machines with constant torque takes place and that means for switching the hydraulic machine or machines from start-up are intended for idling and for pump operation.

Weitere Kennzeichen der Erfindung, für welche nur Schutz in Zusammenhang mit den Merkmalen des Hauptanspruchs begehrt wird, sind: Die hydraulische Maschine bzw. Maschinen bleibt bzw. bleiben sowohl während ihrer Betätigung als Motor oder Motoren als auch während derjenigen als Pumpe oder Pumpen parallel zur Speisepumpe und zum Druckakkumulator geschaltet. Bei mehr als einer hydraulischen Maschine sind diese in bezug auf die Speisepumpe und den Druckakkumulator derart geschaltet, daß die Betriebszeiten der einzelnen Maschinen sich überlappen und die Anlaufperioden von Motoren mit Bremsperioden anderer Motoren zusammenfallen. Als Mittel zur Umschaltung jeder hydraulischen Maschine ist ein Vierwegeventil vorgesehen, das in Arbeitsverbindung mit einem von einem rotierenden Teil betätigten Zentrifugalschalter gesteuert wird, derart, daß bei Erreichen der vollen Drehzahl am Ende der Anlaufzeit der Zentrifugalschalter die Umschaltung der hydraulischen Maschine auf »Leerlauf« und nach Absinken der Drehzahl auf einen bestimmten Wert wieder auf »Anlauf« bewirkt, so daß die Drehzahl zwischen einem oberen und einem unteren einstellbaren Grenzwert pendelt und nur eine Leistungsaufnahme während der Erhöhung der Drehzahl vom unteren bis zum oberen Grenzwert erforderlich ist. Durch Umschaltung des Vierwegeventils von der Leerlaufstellung auf die Bremsstellung erfolgt ein Vertauschen der Ein-und Austrittsstelle der hydraulischen Maschine, so daß die durch die kinetische Energie der rotierenden Massen nunmehr als Pumpe betätigte hydraulische Maschine parallel zur Speisepumpe und den Druckakkumulator geschaltet ist.Further characteristics of the invention for which only protection in connection with the features of the main claim is desired are: The hydraulic machine or machines remain or remain both during their operation as a motor or Motors as well as those as pumps or pumps in parallel with the feed pump and switched to the pressure accumulator. If there are more than one hydraulic machine this switched with respect to the feed pump and the pressure accumulator in such a way that the operating times of the individual machines and the start-up periods overlap of motors coincide with the braking periods of other motors. As a means of switching Each hydraulic machine is provided with a four-way valve which is in working connection controlled by a centrifugal switch operated by a rotating part, such that when the full speed is reached at the end of the start-up time, the centrifugal switch the switching of the hydraulic machine to »idle« and after the lowering of the Speed to a certain value causes "start-up" again, so that the speed oscillates between an upper and a lower adjustable limit value and only a power consumption while increasing the speed from the lower to the upper Limit is required. By switching the four-way valve from the idle position In the braking position, the entry and exit points of the hydraulic ones are interchanged Machine, so that by the kinetic energy of the rotating masses now Hydraulic machine operated as a pump parallel to the feed pump and the pressure accumulator is switched.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein Diagramm, Fig. 2 eine Anlage mit einer Speisepumpe und drei durch hydraulische Motoren betätigte Zentrifugen und Fig. 3 ein zu Fig. 2 gehörendes Diagramm.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention shown schematically. 1 shows a diagram, and FIG. 2 shows a system with a Feed pump and three centrifuges operated by hydraulic motors and FIG. 3 a diagram belonging to FIG. 2.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung weist eine mittels eines Elektromotors EM betätigte Speisepumpe P auf, die aus einem Vorratsbehälter B flüssiges Betriebsmittel ansaugt und an eine Leitung L unter Druck abgibt. An die Leitung L sind ein Druckakkumulator D und drei parallel geschaltete hydraulische MotorenHl, H2, Hs je über ein Vierwegeventil V1, T12, T13 angeschlossen. Die Vierwegeventile stehen außer mit der Leitung L auch mit dem Vorratsbehälter B in Verdung. Jeder hydraulische Motor betreibt über eine Kupplung K1 bzw. K2 bzw. K3 eine Zentrifuge Z1 bzw. ZZ bzw. Z3. Als hydraulische Motoren sollen beispielsweise als Motoren oder Pumpen wirkende hydraulische Zahnradpumpen oder Drehkolbenpumpen verwendet werden.The arrangement shown in FIG. 2 has a feed pump P actuated by means of an electric motor EM, which sucks in liquid operating medium from a storage container B and delivers it to a line L under pressure. A pressure accumulator D and three hydraulic motors HI, H2, Hs connected in parallel are each connected to line L via a four-way valve V1, T12, T13. In addition to the line L , the four-way valves are also in fermentation with the storage tank B. Each hydraulic motor operates a centrifuge Z1 or ZZ or Z3 via a clutch K1 or K2 or K3. Hydraulic gear pumps or rotary lobe pumps acting as motors or pumps, for example, are to be used as hydraulic motors.

Die durch den Elektromotor BM angetriebene Speisepumpe P gibt das dem Vorratsbehälter B entnommene flüssige Betriebsmittel an die Leitung L ab, während die hydraulischen Motoren Hl, H2, H3 das für ihren Betrieb benötigte flüssige Betriebsmittel dieser Leitung L entnehmen,. wobei der Druckakkumulator D für die Konstanthaltung des in der Leitung herrschenden Druckes sowie als Leistungsreserve vorgesehen ist, so daß sowohl das Anlaufen und die Beschleunigung jedes hydraulischen Motors bei angenähert konstantem Druck erfolgt.The feed pump P driven by the electric motor BM delivers the liquid operating medium taken from the reservoir B to the line L, while the hydraulic motors Hl, H2, H3 draw the liquid operating medium required for their operation from this line L ,. The pressure accumulator D is provided for keeping the pressure prevailing in the line constant and as a power reserve, so that both the start-up and the acceleration of each hydraulic motor take place at an approximately constant pressure.

Die die Zentrifugen antreibenden hydraulischen Motoren stehen nur so lange im Betrieb, bis die Flüssigkeit aus der jeweiligen Füllung ausgeschleudert ist, worauf das in der Zentrifuge zurückgebliebene, ausgeschleuderte Gut entfernt und durch neues, auszuschleuderndes Gut ersetzt werden muß. Ist mit a (Fig. 1) die Laufzeit einer Zentrifuge vom Stillstand über den Normallauf bis zum Stillstand bezeichnet, entspricht diese Laufzeit der Betriebsdauer des betreffenden hydraulischen Motors. Diese Betriebsdauer setzt sich zusammen aus einer Betriebsdauer b1 für die Beschleunigung des hydraulischen Motors vom Stillstand bis zur Erreichung der normalen Drehzahl, einer Betriebsdauer b2, während welcher der hydraulische Motor mit der normalen Drehzahl läuft, wienachstehend beschrieben ist, und einer Betriebsdauer b3, die der hydraulische Motor zum Bremsen bis zum Stillstand benötigt.The hydraulic motors driving the centrifuges are just standing in operation until the liquid is ejected from the respective filling is whereupon the centrifuged material left behind in the centrifuge is removed and must be replaced by new, ejected good. Is with a (Fig. 1) the Runtime of a centrifuge from standstill through normal operation to standstill referred to, this running time corresponds to the operating time of the relevant hydraulic Engine. This operating time is made up of an operating time b1 for Acceleration of the hydraulic motor from standstill to reaching normal Speed, an operating time b2, during which the hydraulic motor with the normal speed, as described below, and an operating time b3, which the hydraulic motor needs to brake to a standstill.

Die Vierwegeventile Tll, T12, T13 haben entsprechend den von ihnen zu erfüllenden Aufgaben je drei verschiedene Stellungen, nämlich a) eine erste Stellung für den Anlauf der anzulassenden Maschine mit konstanter Beschleunigung, wobei der hydraulische Motor voll beaufschlagt ist; b) eine zweite Stellung für den »Leerlauf«, bei welcher der hydraulische Motor von der Druckleitung L abgeschaltet ist. In dieser Stellung sind Eintritt und Austritt des hydraulischen Motors kurzgeschlossen, so daß sich das im hydraulischen Motor befindliche Betriebsmittel frei und ohne Druck umwälzt. In diesem Zustand findet ein langsames Absinken der Geschwindigkeit der mit dem hydraulischen Motor gekuppelten Maschine statt. Durch einen mit einem in Drehung befindlichen Teil in Arbeitsverbindung stehenden Zentrifugalschalter (nicht dargestellt) wird, sobald die Drehzahl der Maschine auf einen einstellbaren Wert gesunken ist, das Vierwegeventil wieder auf die Stellung »Anlauf« geschaltet und damit der hydraulische Motor wieder mit der Druckleitung L verbunden so daß wieder auf die maximale Drehzahl beschleunigt wird. Ist diese Drehzahl erreicht, bewirkt der gleiche Zentrifugalschalter neuerdings die Umschaltung des Vierwege ventils auf Stellung»Leerlauf«. Dieses Pendeln der Geschwindigkeit der in Drehung befindlichen Maschine zwischen zwei vorzugsweise nahe beinanderliegenden Grenzwerten dauert so lange, bis das Vierwegeventil in die dritte Stellung gebracht wird, d. h. in die Stellung c), die »Bremssitellung«, in der die Eintrittsstelle E mit der Austrittsstelle A vertauscht ist, der hydraulische Motor somit als Pumpe arbeitet und Betriebsmittel aus dem Behälter B ansaugt und in die Druckleiteng L fördert. In der »Bremsstellung« des Vierwegeventils erfolgt das Abbremsen der Maschine mit konstantem, vollem Drehmoment bis zum Stillstand, wobei die kinetische Energie der in Drehung befindlichen Massen zurückgewonnen wird. Bei stillstehendem hydraulischen Motor wird das Vierwegeventil wieder auf »Leerlauf« umgeschaltet.The four-way valves Tll, T12, T13 have according to that of them Tasks to be fulfilled each have three different positions, namely a) a first position for starting the machine to be started with constant acceleration, whereby the hydraulic motor is fully pressurized; b) a second position for the »idle«, in which the hydraulic motor is switched off from the pressure line L. In this Position, the inlet and outlet of the hydraulic motor are short-circuited, see above that the operating fluid in the hydraulic motor is free and without pressure overturned. In this state there is a slow decrease in the speed of the machine coupled with the hydraulic motor. Through one with an in Rotating part in working connection centrifugal switch (not shown) as soon as the speed of the machine has reached an adjustable value has sunk, the four-way valve is switched back to the "start-up" position and so that the hydraulic motor is again connected to the pressure line L so that again is accelerated to the maximum speed. If this speed is reached, it causes the same centrifugal switch has recently changed the four-way valve to position »idle«. This oscillation of the speed of the rotating Machine between two limit values, which are preferably close together, lasts that way long until the four-way valve is brought into the third position, d. H. in the Position c), the »brake position«, in which the entry point E with the exit point A is reversed, the hydraulic motor thus works as a pump and operating medium sucks in from container B and into the pressure pipes L promotes. In the "braking position" of the four-way valve, the machine is braked with a constant, full torque to a standstill, with the kinetic energy of the in rotation existing masses is recovered. With the hydraulic motor at a standstill the four-way valve is switched back to »idle«.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Betriebszeiten der einzelnen Maschinen so zu wählen, daß sie sich überlappen, d. h. Anlaufzeiten auf der einen Seite mit Bremszeiten auf der anderen Seite zusammenfallen, wie etwa in Fig. 3 dargestellt, und der Druckakkumulator nur Druckdifferenzen auszugleichen hat. Der Druckakkumulator bildet somit eine Energiereserve für Arbeitsvorgänge mit kurzzeitigem größerem Leistungsbedarf ohne Zuhilfenahme von Hilfs-und Regulierapparaten.It has been found useful to check the hours of operation of each Choose machines so that they overlap, i.e. H. Start-up times on the one hand Side coincide with braking times on the other side, as shown for example in Fig. 3, and the pressure accumulator only has to compensate for pressure differences. The pressure accumulator thus forms an energy reserve for work processes with brief, higher power requirements without the aid of auxiliary and regulating devices.

Auf diese Weise ist es möglich, bei einer Anordnung mit einer Mehrzahl von hydraulischen Motoren mit einer Speisepumpe auszukommen, deren Leistung erheblich kleiner ist als die Summe der Leistungsaufnahme sämtlicher hydraulischen Motoren, welcher Umstand sowohl die Betriebskosten als auch die Anschaffungskosten wesentlich beeinflußt.In this way, it is possible in an arrangement with a plurality hydraulic motors get by with a feed pump, the performance of which is considerable is less than the sum of the power consumption of all hydraulic motors, which circumstance both the operating costs and the acquisition costs are significant influenced.

Es können außer den Vierwegeventilen auch Mittel vorgesehen sein die eine Teilbeaufschlagung bzw. eine Regulierung der Beaufschlagung jedes hydraulischen Motors zwecks Regulierung der Drehzahl ermöglichen.In addition to the four-way valves, means can also be provided a partial application or a regulation of the application of each hydraulic Enable the motor to regulate the speed.

Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind drei parallel zu einer Speisepumpe und einem Druckakkumulator geschaltete hydraulische Motoren vorgesehen. Es könnte auch nur eine oder eine Vielzahl von hydraulische Leistung aufnehmenden oder abgebenden Maschinen vorhanden sein, wobei letztere auch zum Antrieb anderer Apparate mit großem axialem Massenträgheitsmoment, die oft beschleunigt und angehalten werden müssen, verwendet werden können.In the illustrated embodiment of FIG. 2, three are parallel hydraulic motors connected to a feed pump and a pressure accumulator intended. It could also be just one or a multitude of hydraulic power receiving or dispensing machines are available, the latter also for driving other apparatus with a large axial moment of inertia that often accelerates and must be stopped can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hydrostatic gearbox for driving rotating machines with a large axial moment of inertia, which often have to be accelerated and stopped, in particular centrifuges, with a feed pump and at least one hydraulic machine that consumes or delivers power, characterized in that the feed pump (P) the hydraulic machine or machines (I-II ' H2, H3) and a pressure accumulator (D) serving for pressure equalization and as a power reserve are connected in parallel so that the feed pump is operated with a constant flow rate and the machine or machines absorbing power with constant torque and that means (T11, T12, h3) are provided for switching the hydraulic machine or machines from starting to idling and to pump operation.

2. Hydrostatic Transmission according to claim 1, characterized in that the hydraulic machine or machines both during their operation as a motor or motors and during those as a pump or pumps in parallel with the feed pump and the pressure accumulator remains switched or remain switched.

3. Hydrostatic transmission according to the claims 1 and 2 with more than one hydraulic machine, characterized in that the hydraulic machines in relation to the feed pump (P) and the pressure accumulator (D) are switched such that the operating times of the individual machines overlap (see Fig. 3) and the start-up periods of motors with braking periods of others Engines collapse.

4. Hydrostatic transmission according to claims 1 to 3, characterized in that a four-way valve (T11, T12, T13) is provided as the means for switching each hydraulic machine, which is controlled in working connection with a centrifugal switch operated by a rotating part. Considered publications: German Patent Nos. 876 596, 737 698, 494 495, 421 877, 272 497.