DE8517118U1

DE8517118U1 - Hydraulische Schraubenmaschine

Info

Publication number: DE8517118U1
Application number: DE8517118U
Authority: DE
Original assignee: IMO AB
Current assignee: IMO AB
Priority date: 1984-06-20
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1987-10-22
Also published as: GB2162249B; GB8515008D0; JPS6111481A; US4637787A; JPH037033B2; GB2162249A; DE3520994A1; SE439180B; DE3520994C2; SE8403315D0

Description

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G 85 17 118,2 11,09.1987

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NEUE BESCHREIBUNGSSEITEN 1-3

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schraubenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Schutzanspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich somit auf solche hydraulischen Maschinen, die einen Schraubensatz in Form einer Antriebsschraube sowie einer oder mehrerei:' Lauf schrauben umfassen, welche in einem Mantel angeordnet und so ausgebildet sind, daß die Schrauben gegeneinander und gegen den Mantel unter Bildung von Kammern abgedichtet sind, die bei Rotation der Schrauben axial entlang des Schraubensatzes bewegt werden. Die Maschine kann als Pumpe arbeiten, wenn die Antriebsschraube durch einen Motor angetrieben wird, wobei in den von den Schrauben und dem Mantel gebildeten Kammern Flüssigkeit von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite transportiert wird, oder als Motor dienen, wobei an der Hochdruckseite Flüssigkeit eingespeist und in den Kammern zur Niederdruckseite bewegt wird und die Schrauben antreibt, und wobei die Antriebsschraube eine an ihre Welle angeschlossene Vorrichtung antreibt.

Der Schraubensatz und der Mantel sind in einem äußeren Gehäuse angeordnet, durch dessen an der Hochdruckseite liegendes Ende sich die Welle der Antriebsschraube unter Vermittlung einer Dichtung hindurcherstreckt. Die Wel3e der Antriebsschraube ist einerseits mit einem Ausgleichskolben zum Ausgleich eines Teils der auf die Antriebsschraube einwirkenden Axialkraft und andererseits mit einer Scheibe versehen, die zusammen mit einem Teil des Gehäuses ein hydrostatisches

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Axiallager zur Aufnahme der auf die Antriebsschraübe einwirkenden restlichen Axialkraft bildet.

Hydraulische Maschinen der oben angegebenen Art sind bereits bekannt/ beispielsweise durch die schwedische Auslegeschrift Nr. 7604832-1 (Publikations-Nr. 406958). Ein Nachteil, welcher der Maschine nach dieser Aus ley es chi'if L änhäfcet, liegt darin, daß die radiale Lagerung der Welle an der Hochdruckseite der Antriebsschraube nicht zufriedenstellend ist, insbesondere, wenn die Maschine von einem Motor angetrieben wird, dessen Achse sich nicht exakt in Ausrichtung mit der erstgenannten Welle befindet, weil die in der Maschine angewendeten Gleitlager nur begrenztes Vermögen haben, die Kraft von solchen Schrägstellungen aufzunehmen. Ein weiterer Nachteil ist, daß auch die axiale Lagerung der Welle nicht zufriedenstellend ist, insbesondere, wenn die Maschine kalte Öle und/oder Öle unter niedrigen Druck pumpt, weil dann kein Öl in den Spalt einzudringen vermag, der von radialen Lagerflächen auf einem Teil des Gehäuses und einer auf der Welle neben dem Ausgleichskolben befestigten Scheibe begrenzt wird, was zu großem Verschleiß der Lageroberflächen führt. Weitere Nachteile sind, daß die Maschine nicht mit größerem Eingangsdruck gestartet werden kann, weil dann die genannte Scheibe gegen eine auf der anderen Seite des genannten Gehäuseteiles befestigte Hülse zur Anlage kommt und Verschleiß derselben verursacht. In extremen Fällen können sogar Teile der Maschine, wie die Scheibe, zerstört werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bereits bekannte hydraulische Schraubenmaschinen der oben beschriebenen Art zu verbessern und eine Maschine zu schaffen, die so konstruiert ist, daß eine zufriedenstellende Lagerung sowohl axial als auch radial unter allen vorkommenden Betriebsbedingungen erhalten wird.

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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelost. Vorteilhafte Weiter^ bildungen ergeben sich jeweils aus den Ansprüchen 2 und 3.

Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 kann beispielsweise ein derart ausgebildetes, axial begrenzt bewegbares Wälzlager vorgesehen sein, welches einen Teil der auf die Antriebsschraube einwirkenden axialen Kräfte aufnimmt, die von der Welle gegen die Antriebsschraube gerichtet sind, und zwar unter Betriebszuständen, bei denen das Axiallager keinen ausreichend hohen Ausgleichsdruck aufzubauen vermag, um die gesamte, auf die Antriebsschraube einwirkende Axialkraft auszugleichen.

Andererseits kann aber auch ein axial begrenzt bewegbares Wälzlager vorgesehen sein, welches auf die Antriebsschraube einwirkende axiale Kräfte aufnimmt, die von der Antriebsschraube gegen die Welle gerichtet sind.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung darstellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer hydraulischen Maschine nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten Maschine.

Die hydraulische Schraubenmaschine (Pumpe oder Motor) umfaßt ein Gehäuse bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Pumpengehäuse 1, einem am linken Ende des Pumpengehäuses angeschraubten Stirnwandstück 2, einem am Stirnwandstück angeschraubten Deckel 3 und einem am rechten Ende des Pumpen-

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gehäuses ähgeschraubten Endstück 4 _t Das Pümpengehäuse 1 ist an seinem linken Ende mit einem bei 5 angedeuteten Auslaß urid an seinem rechten Ende mit einem bei 6 angedeuteten Einlaß ausgebildet.

Zwischen Einlaß und Aüsiaß erstreckt sich ein axialer Kanal 7; Gier 3.VIlJ: feel?3.nnfee Weise in Forin vsn drei einander uhjsr~ schneidenden parallelen zylindrischen Läufen ausgebildet ist/ in denen eine Antriebsschraube 8 sowie zwei Laufschrauben 9 angeordnet sind, deren Schraubengänge ineinander eingreifen

(Hieran schließen sich die

ursprünglichen Beschreibungsseiten 4-9

unverändert an.)

und geger.einander sowie gegen die Wandungen des Kanals 7 dichtend anliegen.

Die an der Niederdruckseite liegenden Enden der Laufschrauben 9 erstrecken sich frei in die Einlaßkammer und ihre entgegengesetzten Enden sind mit Ausgleichkolben 10 ausgebildet, die in Hülsen 11 gelagert sind, welche im linken Ende des Pumpengehäuses 1 eingesetzt sind. Die Endflächen der Ausgleichkolben sind auf unten beschriebene V/eise dem Druck an der Niederdruckseite ausgesetzt, wodurch die Laufschrauben ausbalanciert sind.

Die Antriebsschraube 8 ist einstückig mit einer Antriebswelle 12 ausgebildet, die sich durch das Stirnwandstück 2 und den Deckel 3 hindurcherstreckt, so daß sie an einen Antriebsmotor oder eine anzutreibende Vorrichtung angeschlossen werden kann, abhängig davon, ob die faschine als Pumpe oder als Motor arbeiten soll. Die Antriebswelle ist an ihrem im Stirnwandstück 2 liegenden Abschnitt zu einem Ausgleichskolben I3 erweitert, der mit geringem Spiel in einer zentralen Ausnehmung des Stirnwandstückes axial verschiebbar ist.

Eine Wellendichtung I5 ist zwischen einem Absatz des Deckels 3 und einem Ring 16 angeordnet, der gegen eine Schulter auf der Welle anliegt.

Eine Ausgleichsscheibe 19 umgibt die Antriebswelle 12 und liegt mit ihrer rechten Seite an der linken Endfläche des Ausgleichkolbens 13 und mit ihrer rechten Seite gegen den Innenring 20a eines Kugellagers 20 an, dessen linke Seite seinerseits gegen eine Mutter 21 anliegt, die auf einen mit Gewinde versehenen Abschnitt der Welle 12 aufgeschraubt ist* Die Scheibe 19» der Innenring 20a und die I-mtter 21 sind somit auf der Welle 12 fixiert.

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In der zentralen Bohrung des Stirnwandstückes 2 sind außerdem eine Scheibe 22 und der Außenring 20b des Kugellagers angeordnet, welche Teile in der zentralen Bohrung des Stirnwandstückes begrenzt axial bewegbar sind, die axial von einer radialen Innenfläche 3a des Deckels 3 sowie einer radialen Anschlagfläche 2a des Stirnwandstückes 2 begrenzt ist. Zwei zwischen dar Anschlagfläche 2a und dem Außenring 20b angebrachte wellenförmige Federscheiben 23 und 24- pressen die Scheibe 22 und damit den Außenring 20t. gegen die Fläche 3^a mit einer vorausbestimmten Federkraft.

Die Antriebsschraube 8 ist mit einem längs verlaufenden Kanal 25 versehen, der sich von ihrem in der Einlaßkammer liegenden Ende bis zu einer Stelle der Antriebswelle &Iacgr;2 erstreckt, wo sich radiale Kanäle 26 vom zentralen Kanal 27

15. zum Umfang der, Antriebswelle erstrecken. Diese Kanäle 26 stehen - über den vom Deckel 3 umschlossenen Raum 27, den Raum zwischen den Scheiben 19 und 22, axiale Kanälen 28 im Stirnwandstück 2 sowie Kanäle 29 in den Hülsen 11 - in

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Verbindung mit Kammern 30 in/Hülsen bei den Endflächen der Ausgleichskolben 10, so daß diese dem an der Kiederdruckseite herrschenden Druck ausgesetzt sind, wie dies oben erwähnt wurde.

Der in der Auslaßkammer herrschende Druck, der normalerweise den in der Einlaßkammer herrschenden Druck wesentlieh übersteigt, beaufschlagt die rechte Endfläche des Ausgleichskolbens 13» so daß die Antriebsachse 12 bestrebt ist, sich in den Figuren nach links zu verschieben, um dadurch zu einem Teil der nach rechts gerichteten Kraft auf der

Antriebswelle entgegenzuwirken, die auf den in der Kaschine erzeugten hydraulischen Kräften während des Betriebes beruht. Eine weitere Kraft neigt dazu, die Antriebswelle 12 nach links zu verschieben, nämlich jene Kraft, die entsteht, wenn Flüssigkeit zv/ischen den 'Ausgle. chskolben 13 und die zentrale Ausnehmung 14 eindringt und unter hohem Druck in eine Ausgleiehskammer 17 zwischen der Anschlagfläche 2a, der rechten Seite der Scheibe 19 und der Mantelfläche des Ausglexchskolbens 13 eingeführt wird. Dieser hohe Druck liegt zwischen den Drücken an der Hoch- und Niederdruckseite der faschine und

beruht auf den übrigen auf die Antriebsschraube einwirkenden hydraulischen Kräften in der Maschine. Bei Normalbetrieb ist die Antriebswelle 12 somit bestrebt nach links zurückgeführt j zu werden, einerseits dadurch, daß der Ausgleichskolben I3 direkt vom Druck in der Auslaßkammer beaufschlagt wird, und anderseits durch den variablen Druck in der Ausgieichskammer 17, wodurch die Scheibe 19 und damit die Welle 12 sich selbst in eine solche Lage einstellen, daß der erforderliche Ausgleichsdruck aufgebaut und die Antriebsschraube 8 20 automatisch axial im Gehäuse balanciert wird.

Wenn der Flüssigkeitsdruck an der Hochdruckseite der Maschine besonders niedrig ist, was der Fall beim Startvorgang ist, und/oder wenn die Flüssigkeit dick und/oder kalt

&egr; ist, v/ird der Druck in der Ausgleichskammer 17 so niedrig, i

daß die axiale Lagerun5 der Antriebswelle 12 ungenügend v/erden würde und Ge'fahr von Schaden am Stirnwandstück 2 und/oder der Scheibe 19 bestünde, wenn nicht die Lagerflächen derselben durch die von den Federsöheiben 23» 24 gebildete Federeinrichtung

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getrennt gehalten würden. Die in der Figur nach links gerichteten axialen Kräfte, v/elche die Federscheiben dabei auf die Scheibe 22 ausüben, hängen vom Grad der Zusammenpressung derselben ab und werden auf das Kugellager 20 übertragen. Ebenso übernimmt das Kugellager 20 auf die Welle 12 einwirkende, in den Figuren nach links gerichtete axiale Kräfte, wenn diese in irgendeinem Betriebszustand so gro£ werden, daß der Spalt B seine maximale Breite erreicht.

Das Kugellager 20 kann auch Axialkräfte aufnehmen, die in den Figuren nach rechts gerichtet sind, u.zw. in jenen Fällen, wo das hydrostatische Axiallager keinen aus-

ichend hohen Druck zum Ausgleich aufzubauen vermag. Ein derartiger Betriebsfall kann entstehen, wenn der Spalt B nach längerer Anwendungszeit verschlissen ist, z.B. durch Strömungserosion, und so breit geworden ist, daß die Möglichkeit zum Druckaufbau in der Ausgleichskammer 17 vermindert wird. Bei einem solchen Verschleiß nimmt das Kugellager einen erhöhten Teil der Axialkraft auf.

Die Federscheiben 23 und 24 haben somit die primäre Funktion, die Scheiben 19 und 22 im Abstand von der Fläche 2a zu halten, wenn der Druck in der Ausgleichskammer I7 niedrig ist, um dadurch die Gefahr des Scherens zu verringern, die sonst entstehen würde, wenn die Scheibe 19 gegen die Fläche 2a gepreßt wird. Die Scheiben 23 und 24 halben auch die Aufgabe, zu verhindern, daß die Scheibe 22 und der Außenring 20b des Kugellagers rotieren, wenn die Antriebswelle 12 rotiert. Die Scheiben 23 und 24 bewirken außerdem, daß der beim nachstehend

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beschriebenen Einlauf des Spaltes B gebildete Auslaß von der Ausgleichskammer 17 einen gleichmäßigeren Verlauf bekommt, weil man dabei sicherstellt, daß während des Einlaufes Flüssigkeit in den Spalt B eingeführt wird. Da es sehr schwierig ist, die Teile der haschine so herzustellen und zu montieren, daß insbesondere der Spalt B entlang seines gesamten Umfanges eine exakt gleichgroße Breite erhält, ist die Ausgleichsscheibe 19 mit einem ringförmigen Vorsprung 19a ausgebildet, der aus einem Material besteht, das härter -ist als das Material der Oberflächense"' ht 2a des Stirnwandstückes 2 und. der einige tausendstel Kilameter näher bei der Fläche 2a liegt als die rechte Endfläche der Scheibe 22. Sobald während der Einlaufperiode der Maschine die Antriebswelle 12 rotiert und gegen die Wirkung der Federscheiben 25, 24 in der Figur nach rechts gedrückt wird, nimmt der Vorsprung 19a durch Verschleiß in der Fläche 2a eine ringförmige Nut 2a¹ aus. Der Verschleiß setzt fort bis der Spalt A zwischen der Scheibe 22 und der Fläche 2a Null ist und die Scheibe 22 an der Fläche 2a zur Anlage kommt, wobei die Scheibe 22 und das Kugellager 20 die fortdauernden nach rechts gerichteten axialen Kräfte aufnehmen, die auf die Antriebswelle einwirken. Durch den solcherart bewirkten Einlauf wird sichergestellt, daß der Spalt B entlang seines gesamten Umfanges eine exakt gleichgroße Breite erhält,

oder

unabhängig von irgendwelchen bei der Herstellung/Montage zustande gekommenen Abweichungen an den Maschinenteilen, wie Unebenheit und Verzug, welche sonst die hydrostatische

Lagerung beim .Spalt B infrage stellen würden.

Auch wenn lediglich eine Ausführungsform der Erfindung Oden beschrieben und in der Zeichnung gezeigt worden ist, dürfte verständlich sein, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführüngsform beschränkt ist sondern lediglich durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale begrenzt wird.

Claims

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G 85 1.7 118.2 11.05.1987

IMO AB Cr-T

NEUE SCHUTZANSPRUCHE

Hydraulische Schraubenmaschine umfassend eine Antriebsschraube (8) und wenigstens eine mit dieser zusammenarbeitende Laufschraube (9), welche in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Antriebsschraube mit einer Welle (12) verbunden ist, die sich an der Hochdruckseite aus dem Genäuse heraus erstreckt und mit einerseits einem A ,sgleichskolben (13) zum Ausgleich eines Teils der auf die Antriebsschraube einwirkenden Axialkraft und andererseits einer Scheibe (19) versehen ist, die zusammen mit einem Teil (2a) des Gehäuses ein hydrostatisches Axiallager zur Aufnahme der auf die Antriebsschraube einwirkenden restlichen Axialkraft bildet,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Lagerflächen des Axiallagers während des Startvorganges und gleichartigen ßetriebszuständen von einer Federanordnung (23, 24) voneinander getrennt gehalten sind.

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2. Schraubenmasühine nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das hydrostatische Axiallager in Kombination

mit einem axial begrenzt bewegbaren Wälzlager (20, 20a, 20b) angeordnet ist.
3. Schraubenmaschxne nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Wälzlager (20, 20a, 20b) vor Inbetriebnahme der Maschine eine in axialer Richtung genommene Beweglichkeit aufweist, die größer ist als der Abstand (Spalt B) zwischen einer Anschlagfläche (2a) eines Stirnwandstückes (2) und einem Vorsprung (19a) der Scheibe (19), wobei die Anschlagfläche (2a) und der Vorsprung (19a) durch Einlauf während des Betriebes aneinander anpaßbar sind.

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