NL1009607C2 - Hydraulische inrichting. - Google Patents

Description

Hydraulische inrichting

De uitvinding betreft een hydraulische inrichting overeenkomstig de aanhef van conclusie 1. Een dergelijke inrichting is bekend onder meer uit WO 9731185 of uit de niet vóórgepubliceerde NL 1008256 van dezelfde aanvrager, die bei-5 de een hydraulische druktransformator betreffen. Het nadeel van de bekende inrichting is dat in de bekende inrichting bij grote volumestromen energieverlies optreedt waardoor het rendement van de inrichting laag is. Het is gebleken dat een belangrijk deel van het verlies ontstaat tijdens het sluiten 10 van de toevoer of afvoer naar en van de vloeistofkamer. In de hydraulische inrichting wordt de toevoer of afvoer naar of van de vloeistofkamer bij een groot deel van het werkgebied gesloten of geopend terwijl het volume van de vloeistofkamer sterk verandert. Hierdoor kunnen er tijdens het openen of 15 sluiten van de vloeistofkamer grote stroomsnelheden optreden door het kleine oppervlak van de zich sluitende of openende opening tussen de rotorpoort en de spiegelplaatpoort. Deze plaatselijk hoge stroomsnelheden veroorzaken een aanzienlijk deel van de verliezen en het is belangrijk om de tijdsduur 20 dat deze optreden zo kort mogelijk te maken. Bij de bekende inrichting met de ronde rotorpoorten en de afgeronde spiegel-plaatpoorten ontstaat tijdens bijvoorbeeld het afsluiten van de rotorpoort met de rug een steeds kleiner wordende lensvormige opening waardoor door veranderen van het volume van de 25 vloeistofkamer tijdens openen of sluiten vloeistof met steeds hogere snelheid stroomt. Door de optredende hoge stroomsnelheid treedt het energieverlies op.

De uitvinding beoogt bovengenoemd nadeel te vermijden en daartoe is de bekende inrichting uitgevoerd overeen-30 komstig het kenmerk van conclusie 1. Door de schakelmiddelen uit te voeren als snelwerkende kleppen treedt de hoge stroomsnelheid slechts bij een kleine rotor rotatie op waardoor de verliezen beperkt zijn.

Overeenkomstig een verdere verbetering is de hydrau-35 lische inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 2.

Hierdoor wordt de drukopbouw in de vloeistofkamers beperkt, 1009607 2 waardoor de stroomsnelheid tijdens openen of sluiten van de kleppen lager blijven.

Tevens betreft de uitvinding een hydraulische inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 3. Hierbij zijn 5 de schakelmiddelen uitgevoerd als een spiegelplaat met spie-gelplaatpoorten die samenwerken met rotorpoorten. Door de randen van de rotorpoorten en de ruggen een identieke vorm te geven wordt bij rotatie van de rotor de stroming over de gehele gemeenschappelijke breedte tegelijk afgesloten en is de 10 tijdsduur dat er stroming met hoge snelheid plaats vindt zeer kort, waardoor de verliezen beperkt zijn.

Overeenkomstig een verdere verbetering is de inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 4. Hierdoor worden de randen van de rotorpoort en de spiegelplaatpoort gevormd 15 door de snijlijn van een rechtvlak met het scheidingsvlak.

Een dergelijke rand kan eenvoudig en scherp worden uitgevoerd zodat kleine kieren worden vermeden. Hierdoor treden minder verliezen op.

Overeenkomstig een verdere verbetering is de inrich-20 ting uitgevoerd volgens conclusie 5. Hierdoor wordt bij een gelijkblijvend oppervlak van de opening naar de vloeistofka-mer de tijd dat een hoge stroomsnelheid optreedt verder verkort, waardoor er minder verliezen optreden.

Overeenkomstig een verder verbeterde uitvoering is 25 de hydraulische inrichting uitgevoerd overeenkomstig conclusie 6. Hierdoor wordt op eenvoudige wijze drukopbouw in de vloeistofkamers voorkomen waardoor het rendement vooral bij hoge toerentallen van de rotor toeneemt.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand 30 van enkele uitvoeringsvoorbeelden met behulp van een tekening .

In de tekening toont: - figuur 1 een schematische doorsnede van hydraulische druktransformator; 35 - figuur 2a het aanzicht van de spiegelplaat van een druktransformator uit figuur 1 volgens de stand van de techniek; - figuur 2b het aanzicht van de rotor van een druktransformator uit figuur 1 volgens de stand van de techniek; i <009607 3 - figuur 3a het aanzicht van de spiegelplaat van een druktransformator uit figuur 1 en 2 overeenkomstig een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; - figuur 3b het aanzicht van de rotor van een druk-5 transformator uit figuur 1 en 2 overeenkomstig de eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; - figuur 4 schematisch hoe de spiegelplaatpoorten en de rotorpoorten uit figuur 3a en 3b samenwerken; - figuur 5a het aanzicht van de spiegelplaat van een 10 druktransformator uit figuur 1 en 2 overeenkomstig een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding; - figuur 5b het aanzicht van de rotor van een druktransformator uit figuur 1 en 2 overeenkomstig de tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding; 15 - figuur 6 schematisch hoe de spiegelplaatpoorten en de rotorpoorten van een derde uitvoeringsvorm samenwerken; - figuur 7 schematisch hoe de spiegelplaatpoorten en de rotorpoorten van een vierde uitvoeringsvorm samenwerken; en 20 - figuur 8 het rendement van de hydraulische druk transformator in afhankelijkheid van het toerental van de rotor; - figuur 9 een uitvoeringsvoorbeeld dat overeenkomst met de eerste uitvoeringsvorm waarbij de rug smaller is dan 25 de rotorpoort; - figuur 10 een uitvoeringsvoorbeeld dat overeenkomt met de derde uitvoeringsvorm, waarbij de rug smaller is dan de rotorpoort; en - figuur 11 een uitvoeringsvoorbeeld dat overeen- 30 komst met de vierde uitvoeringsvorm, waarbij de rug smaller is dan de rotorpoort.

In de verschillende figuren zijn overeenkomende onderdelen zoveel mogelijk met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven .

35 In figuren 1 en 2 is een hydraulische druktransfor mator 1 getoond, waarvan de werking overeenkomt met die beschreven in WO 9731185, waarvan de tekst hierbij geacht is te zijn ingevoegd. De hydraulische druktransformator 1 heeft een rotorhuis 4 met daarin lagers 2 waarin een zwenkas 3 kan ro- 1009607 4 teren. Aan de zwenkas 3 zijn plunjers 5 bevestigd die schuifbaar zijn in de vloeistofkamers 7 van een rotor 6. De rotor 6 kan om zijn rotatie-as vrij in het rotorhuis 4 roteren.

Aan het rotorhuis 4 is een spiegelplaathuis 10 bevestigd 5 waarin een spiegelplaat 8 kan roteren. De spiegelplaat 8 kan worden geroteerd met een verstelas 9. Het spiegelplaathuis 10 is voorzien van een eerste leidingaansluiting 11, een tweede leidingaansluiting 12 en een niet getoonde derde leidingaansluiting. De leidingaansluitingen zijn door kanalen verbonden 10 met de vloeistofkamers 7, welke kanalen door het spiegelplaathuis 10, de spiegelplaat 7 en de rotor 6 lopen. De rotor 6 en de spiegelplaat 8 worden in een scheidingsvlak 13 afdichtend tegen elkaar gedrukt door de oliedruk in de vloeistofkamers 7.

15 In de spiegelplaat 8 (zie figuur 2a) zijn drie spie- gelplaatpoorten 14 aangebracht met daartussen drie ruggen 15. Elke spiegelplaatpoort 14 heeft overeenkomstig de stand van de techniek een binnenradius 17, een buitenradius 16 en een cirkelvormige zijkant 18. De rotor 6 is voorzien van zeven 20 rotorpoorten 19 die elk in verbinding staan met een vloeistof kamer 7. Tijdens het roteren komt de vloeistofkamer 7 in verbinding met een spiegelplaatpoort 14, wordt afgedicht door een rug 15 en komt daarna in verbinding met de volgende spiegelplaatpoort 14. Het afsluiten van een vloeistofkamer 7 met 25 een rug 15 van een spiegelplaat 8 is op overeenkomstige wijze veelvuldig toegepast bij de bekende hydraulische plunjerpom-pen en plunjermotoren. Daarbij is er over het algemeen sprake van een spiegelplaat 8 met twee spiegelplaatpoorten 14 en de positie van de ruggen 15 komt overeen met het grootste of het 30 kleinste volume van de vloeistofkamer 7, posities waarbij de snelheid van veranderen van het volume van de vloeistofkamer 7 minimaal is. In die situaties is het gebruikelijk om de vloeistofkamer 7 geleidelijk te sluiten, waarbij er geen drukpieken optreden in de vloeistofkamer 7 omdat het volume 35 daarvan nauwelijks verandert.

In de situaties waarbij het slagvolume van de pomp of motor of de instelling van de hydraulische druktransforma-l tor veranderd wordt door het roteren van de spiegelplaat, I wordt de vloeistofkamer 7 afgesloten als de snelheid van ver- 1009607 5 anderen van het vloeistofkamervolume groot is. Om grote stroomsnelheden tijdens het afsluiten van de vloeistofkamer 7 te vermijden moet deze overeenkomstig de uitvinding snel gesloten worden.

5 In de eerste uitvoeringsvorm overeenkomstig de uit vinding en getoond in figuren 3a en 3b zijn daartoe de zijkanten van de spiegelplaat 8 en de rotor 6 aangepast. In figuur 4 is van deze uitvoeringsvorm getoond hoe de spiegelplaat 6 en de rotor 8 ten opzichte van elkaar staan in de 10 positie dat een rotorpoort 19 net nog volledig door de rug 15 wordt afgedekt. Een zijkant 21 van de rotorpoort 19 aan de linkerzijde valt samen met een zijkant 20 van de spiegelpaat-poort 14. Hierdoor sluit of opent de rotorpoort 19 over een gemeenschappelijke breedte b, dat is de breedte van dat deel 15 van het scheidingsvlak 13 dat een roterende rotorpoort 19 in radiale richting gezien gemeenschappelijk heeft met de spie-gelplaatpoorten 14. De rug 15 is een afstand a breder dan de rotorpoort 19, zodat geen kortsluiting kan optreden tussen de druk in de ene spiegelplaatpoort 14 en de andere. De afstand 20 a is over de gehele breedte in de rotatierichtingen van de rotor gezien min of meer constant, zodat bij het naar rechts roteren van de rotorpoort 19 de rechter aangepaste zijkant 21 over de gehele gemeenschappelijke breedte b tegelijk de linkerzij kant van de rotorpoort 14 zal passeren, waardoor de 25 opening over de gehele gemeenschappelijke breedte b tegelijk geopend wordt.

De zijkant 20 van de spiegelplaatpoort 14 en de zijkant 21 van de rotorpoort 19 liggen in een vlak evenwijdig aan de rotatie-as van de rotor. Hierdoor kunnen de gaten aan 30 de binnenzijde met eenvoudige middelen nauwkeurig bewerkt worden, terwijl het scheidingsvlak 13 ook op de bekende wijze nauwkeurig bewerkt kan worden. Hierdoor kan een scherpe kant van de poorten verkregen worden, wat de nauwkeurigheid van het over de gehele breedte tegelijk sluiten vergroot waardoor 35 de verliezen kunnen afnemen.

In de figuren 5a en 5b is een tweede uitvoeringsvorm getoond. Hierbij heeft de rotor twaalf vloeistofkamers 7 en rotorpoorten 19. De gezamenlijke breedte b is gelijk gebleven en doordat de rotorpoorten 19 smaller zijn geworden is de i 0 0 9 6 0 7 6 gezamenlijke breedte b groter dan de breedte van de rotor-poort in rotatierichting. De stroomsnelheid bij het sluiten is hierdoor verlaagd, omdat de gezamenlijke breedte hetzelfde is gebleven en het volume van de vloeistofkamer 7 is ver-5 kleind omdat er nu meer vloeistofkamers 7 zijn.

In figuur 6 is een derde uitvoeringsvorm getoond, waarbij de vorm van de spiegelplaatpoorten 14 is aangepast aan de ronde vorm van de rotorpoorten 19. Voor een onderdeel als de rotor 6 zijn ronde rotorpoorten 19 eenvoudig te maken 10 (bijvoorbeeld door te boren en/of te honen) terwijl de spiegelplaatpoorten 14 altijd een bijzondere vorm hebben die op speciale wijze gemaakt moet worden (bijvoorbeeld door draad-vonken).

In figuur 7 is een vierde uitvoeringsvorm getoond 15 waarbij de rotorpoort zodanig gevormd is dat de grootste breedte in rotatierichting gezien nabij de rotatie-as is.

Hier is de oliestroom naar de vloeistofkamer 7 overwegend naar de buitendiameter van de rotor 6 gericht, waardoor minder snel cavitatie optreedt.

20 In figuur 8 is met lijn I aangegeven hoe het rende ment van de hydraulische druktransformatoren uitgevoerd overeenkomstig de hiervoor genoemde uitvoeringsvoorbeelden afhankelijk is van het toerental van de rotor. Daarbij blijkt dat bij lage toerentallen het rendement hoog is, maar dat bij 25 hogere toerentallen het rendement sterk daalt. Hierbij blijkt de snelheid van de volumeveranderingen in de vloeistofkamers 7 als ze afgesloten zijn door de ruggen 15 van belang te zijn. Door de ruggen smaller uit te voeren waardoor een vloeistofkamer 7 over een kleine rotatiehoek van de rotor 6, 30 bijvoorbeeld over 1 tot 3 graden, in verbinding staat met twee spiegelplaatpoorten 14 treedt er geen grote drukopbouw op in de vloeistofkamer 7. Hierdoor is het rendement van de hydraulische druktransformator bij lage toerentallen iets lager maar het blijft min of meer constant over het hele toe-35 rengebied. Dit is aangegeven met de lijn II in figuur 8.

Doordat het rendement nu bij hoog toerental hoger is, is het totale verlies sterk verminderd.

In figuur 9 is het eerste uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 3 en 4 getoond, waarbij de rug 15 tussen de spie- 1009607 7 gelplaatpoorten 14 smaller is gemaakt. In de rotatierichting gezien is de spiegelplaatpoort 19 een afstand u over de gehele gemeenschappelijke breedte b groter dan de rug 15. Dit betekent dat een vloeistofkamer 7 door de overlapping van de 5 spiegelplaatpoort 19 over de rug 15 ten minste met een opening u in verbinding staat met een spiegelplaatpoort, zodat in de vloeistofkamer 7 tengevolge van volumeveranderingen tijdens rotatie van de rotor 6 geen hoge drukopbouw optreedt en hoge verliesgevende stroomsnelheden vermeden worden.

10 In figuur 10 is op overeenkomstige wijze het aangepaste derde uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 6 getoond en in figuur ll is het aangepaste vierde uitvoeringsvoorbeeld volgens figuur 7 getoond.

De hiervoor besproken uitvoeringsvoorbeelden zijn 15 gebaseerd op de bekende druktransformator die is uitgevoerd met plunjers 5 en een zwenkas 3. Ook bij hydraulische inrichtingen die anders geconstrueerd zijn zoals bijvoorbeeld waarbij het volume van de vloeistofkamers 7 verandert door een beweging langs een curve-schijf, kunnen dezelfde problemen 20 optreden als de vloeistofkamers 7 afgesloten wordt terwijl het volume verandert. De hiervoor beschreven oplossingen kunnen dan op vergelijkbare wijze toegepast worden.

In de uitvoeringsvoorbeelden worden de vloeistofkamers afgesloten met kleppen die gevormd worden door een spiegelplaat 25 met poorten. Er zijn ook uitvoeringen mogelijk waarbij de kleppen anders uitgevoerd zijn en de aansturing van de kleppen op andere mechanische wijze plaats vindt zoals bijvoorbeeld met een curve-schijf. Ook is het mogelijk dat de kleppen elektrisch bediend worden. De uitvinding kan ook in deze 30 situatie overeenkomstig worden uitgevoerd waarbij de kleppen snelwerkend moeten zijn en waarbij eventueel het tijdstip van openen en sluiten van de kleppen zodanig wordt gekozen dat de vloeistofkamers nooit volledig afgesloten zijn maar over een beperkte rotatie van de rotor in verbinding staan met twee 35 leidingaansluitingen.

1 0 0 9 6 0 7

Claims (6)

1. Een hydraulische inrichting zoals een hydraulische pomp, een hydraulische motor of een hydraulische druk-transformator (1) omvattende een huis (4, 10) met leidingaan-sluitingen (11, 12) een ten opzichte van het huis onbegrensd 5 roteerbare rotor (6), om de rotatie-as geplaatste vloeistof-kamers (7) waarvan het volume bij het roteren van de rotor (6) verandert tussen een minimum- en een maximumwaarde en door de rotatie van de rotor geactiveerde schakelmiddelen (8) voor het afwisselend in verbinding brengen van één der lei-10 dingaansluitingen (11, 12) met een vloeistofkamer (7), waarbij de rotatiepositie waarbij een leidingaansluiting (11, 12) in verbinding gebracht wordt met een vloeistofkamer (7) verstelbaar is ten opzichte van de rotatiepositie waarbij het volume van een vloeistofkamer (7) een minimum- of maximum-15 waarde heeft met het kenmerk, dat de schakelmiddelen (8) zijn uitgevoerd als snelwerkende kleppen die door een kleine hoek-verdraaiing van de rotor (6) de verbinding tussen de vloeistofkamer (7) en een leidingaansluiting (11, 12) doen ontstaan of verbreken.

2. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij de scha kelmiddelen (8) zodanig zijn uitgevoerd dat een vloeistofkamer (7) gedurende de rotatie van de rotor (6) over maximaal 1 tot 3 graden in verbinding staat met twee leidingaansluitin-gen (11, 12).

3. Hydraulische inrichting overeenkomstig een der voorgaande conclusies waarbij de schakelmiddelen een spiegel-plaat (8) omvatten die ten opzichte van het huis (4, 10) roteerbaar is waarbij ter plaatse van een scheidingsvlak (13) tussen de rotor (6) en de spiegelplaat (8) de rotor (6) voor-30 zien is van rotorpoorten (19) die met de vloeistofkamers (7) in open verbinding staan en waarbij de spiegelplaat (8) voorzien is van spiegelplaatpoorten (14) die in open verbinding staan met de leidingaansluitingen (11, 12) en die gescheiden zijn door ruggen (15) die in een afsluitpositie van de rotor 35 (6) de stroming naar of van een vloeistofkamer (7) afsluiten of openen en waarbij de rotorpoorten (19) en de spiegelplaat- | 1009607 ; i 4 poorten (14) in het scheidingsvlak (13) in radiale richting ten opzichte van de rotatie-as een gemeenschappelijke breedte (b) hebben waarbij de randen van de rotorpoorten (21) en de ruggen (20) in een onderlinge positie waarbij de verbinding 5 naar de vloeistofkamer (7) ontstaat of verbroken wordt elkaar in hoofdzaak over de gemeenschappelijke breedte (b) afdekken.

4. Hydraulische inrichting overeenkomstig conclusie 3 waarbij in de gemeenschappelijke breedte (b) gezien de rand van een rotorpoort (21) of een spiegelplaatpoort (20) in 10 hoofdzaak in een aan de rotatie-as van de rotor (6) evenwijdig vlak ligt.

5. Hydraulische inrichting overeenkomstig conclusie 3 of 4 waarbij de gemeenschappelijke breedte (b) groter is dan de gemiddelde breedte van de rotorpoort (19) in de tan- 15 gentiële richting ten opzichte van de rotatie-as.

6. Inrichting overeenkomstig een der conclusies 3-5 de ruggen (20 zodanig zijn gedimensioneerd dat een rotorpoort (19) over een rotatiehoek van de rotor (6) tussen de 1 en 3 graden in verbinding staat met twee spiegelplaatpoorten (14). 1009607