NL1027440C2

NL1027440C2 - Vloeistofpomp en werkwijze voor het verplaatsen van een vloeistof.

Info

Publication number: NL1027440C2
Application number: NL1027440A
Authority: NL
Inventors: Tjerk Kingma; Richard De Roos
Original assignee: Tjerk Kingma
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-05-09
Also published as: WO2006049500A1

Description

t Γ

VLOEISTOFPGMP EN WERKWIJZE VOOR HET VERPLAATSEN VAN EEN VLOEISTOF

De uitvinding heeft betrekking op een vloeistofpomp 5 omvattende een behuizing met een eerste vloeistofkamer met een eerste externe poort en een tweede vloeistofkamer met een tweede externe poort, een eerste tandwiel en een tweede tandwiel welke de eerste vloeistofkamer en de tweede vloeistofkamer van elkaar scheiden, waarbij de tandwielen 10 onderling axiaal verschuifbaar zijn zodat het tweede tandwiel over een lengte 11 in aangrijping kan worden gebracht met het eerste tandwiel, zodanig dat door rotatie van deze tandwielen een volumestroom wordt bewerkstelligd van de eerste vloeistofkamer naar de tweede vloeistofkamer die evenredig is 15 met de lengte 11.

Een dergelijke pomp is beschreven in US-A-2001/0024618. De opbrengst (Q) van een dergelijke pomp wordt bepaald door het oppervlak van de tandholte (A), de lengte van de tandholte 20 (1), het aantal tandholtes (s) op het aangedreven tandwiel en het toerental (h) van het aangedreven tandwiel. Dit alles keer twee omdat er twee tandwielen zijn. Q=Axlxsxhx 2. Teneinde de opbrengst te kunnen regelen wordt de tandholtelengte (1) gevarieerd. Door de tandwielen ten 25 opzichte van elkaar te verschuiven wordt de werkende tandholtelengte (1) veranderd.

Hiermee kan de opbrengst variëren, maar niet van nul tot maximaal, want als de opbrengst nul zou zijn, dan grijpen de 30 tandwielen niet meer op elkaar in. Ook de flowrichting van de vloeistof tussen de externe poorten kan niet omgekeerd worden.

De uitvinding beoogt onder andere deze nadelen op te heffen.

1027440¾ 2 t r

Daartoe omvat de behuizing een derde tandwiel welke mede de eerste vloeistofkamer en de tweede vloeistofkamer van elkaar scheidt en dat over een lengte 12 in aangrijping kan worden 5 gebracht met het eerste tandwiel of een daarmee rotatievast en axiaal vast verbonden tandwiel welke mede de eerste vloeistofkamer en de tweede vloeistofkamer van elkaar scheidt, zodanig dat door de genoemde rotatie van deze tandwielen een volumestroom wordt bewerkstelligd van de 10 tweede vloeistofkamer naar de eerste vloeistofkamer die evenredig is met de lengte 12.

De opbrengst en stroomrichting van de pomp kan daardoor worden geregeld door de tandwielen onderling in axiale 15 richting te verschuiven, terwijl de tandwielen in hoofdzaak met een constante snelheid en in slechts één richting worden geroteerd. De totale opbrengst, de volumestroom van de eerste poort naar de tweede poort, is evenredig met de lengte 11 minus de lengte 12. In de pomp kan aldus een traploos 20 verstelbare opbrengst van nul tot maximaal en een omkeerbare flow worden bereikt met een enkelvoudige draairichting.

Bij voorkeur is de pomp zo vervaardigd dat het totaal van de lengtes 11 en 12 in verschillende axiale posities van het 25 eerste tandwiel gelijk is.

Bij voorkeur omvat de eerste vloeistofkamer een orifice die zich uitstrekt tussen de vloeistofingangszijde van het eerste en tweede tandwiel en de vloeistofuitgangszijde van het 30 eerste en derde tandwiel, en omvat de tweede vloeistofkamer een orifice die zich uitstrekt tussen de vloeistofingangszijde van het eerste en derde tandwiel en de vloeistofuitgangszijde van het eerste en tweede tandwiel.

1027440*

I C

3

De delen van de kopse kant van de tandwielen die niet in aangrijping zijn met een ander tandwiel worden bij voorkeur afgedicht door eindwanden die daartegen aanliggen.

5 Het tweede en het derde tandwiel zijn bij voorkeur in axiale richting gezien op een onderling vaste afstand bevestigd.

In een bijzondere voorkeursuitvoering strekken het tweede en het derde tandwiel zich onderling coaxiaal uit. Het eerste 10 tandwiel is daarbij bij voorkeur axiaal beweegbaar in een tandkrans met complementair inwendige vertanding, welke inwendige vertanding een scheidingswand vormt die zich uitstrekt tussen de eerste en de tweede vloeistofkamer.

15 De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het verplaatsen van een vloeistof, waarbij de vloeistof wordt verplaatst tussen een eerste externe poort in een eerste vloeistofkamer en een tweede externe poort in een tweede vloeistofkamer, waarbij een eerste tandwiel en een tweede 20 tandwiel welke de eerste vloeistofkamer en de tweede vloeistofkamer van elkaar scheiden onderling axiaal worden verschoven zodat het tweede tandwiel over een lengte 11 in aangrijping wordt gebracht met het eerste tandwiel, waarbij deze tandwielen worden geroteerd zodanig dat een volumestroom 25 wordt bewerkstelligd van de eerste vloeistofkamer naar de tweede vloeistofkamer die evenredig is met de lengte 11, en waarbij een derde tandwiel over een lengte 12 in aangrijping wordt gebracht met het eerste tandwiel of een daarmee rotatievast en axiaal vast verbonden tandwiel, zodanig dat 30 een volumestroom wordt bewerkstelligd van de tweede vloeistofkamer naar de eerste vloeistofkamer die evenredig is met de lengte 12.

1027440¾ t f 4

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden, waarin gelijke onderdelen met gelijke verwijzingscijfers zijn aangeduid, en waarin: 5

Figuur 1 een perspectiefaanzicht is van een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een pomp volgens de uitvinding;

Figuur 2 een explosie-aanzicht is van de pomp volgens figuur 10 1;

Figuur 3 een dwarsdoorsnede is van de pomp volgens de pijlen III in Figuur 1; 15 Figuuur 4 een dwarsdoorsnede is van de pomp volgens de pijlen IV in Figuur 1;

Figuur 5A, 5B en 5C schematisch de werking van de pomp van figuren 1-4 laten zien; 20

Figuur 6 een grafiek is van de opbrengst van de pomp in relatie tot de stand van het verschuifbare tandwiel in de pomp van Figuur 1; 25 Figuur 7 een perspectiefaanzicht is van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een pomp volgens de uitvinding;

Figuur 8 een gedeeltelijk explosie-aanzicht is van de pomp volgens figuur 7;

Figuur 9 een perspectiefaanzicht is van aansluitblokken met orifices van de pomp volgens pijl IX in figuur 7; 30 1027440"

I I

5

Figuur 10 een dwarsdoorsnede is van de pomp volgens de pijlen X in figuur 7.

Figuur 11 een perspectiefaanzicht is van een inwendige 5 tandkrans volgens pijl XI in figuur 10; en

Figuur 12A, 12B en 12C schematisch de werking van de pomp van figuren 7-11 laten zien.

10 De pomp volgens figuren 1-4 omvat een behuizing 1 met een uitsparing 2 die in hoofdzaak wordt gevormd door drie parallelle cilindervormige, elkaar gedeeltelijk overlappende boringen. In de respectieve boringen zijn in hoofdzaak cilindervormige lagerblokken 3, 4, 5, 6, 7, 8 aangebracht, in 15 welke lagerblokken tandwielen 10, 11, 12 zijn opgehangen. De lagerblokken 3, 4, 5, 6, 7, 8 sluiten tevens de delen van de kopse zijden van de tandwielen 10, 11, 12 die niet met een tegenoverliggend tandwiel in aangrijping zijn af. De behuizing wordt aan beide zijden afgesloten door een deksel 20 13, 14.

In de pomp volgens figuren 1-4 zijn het bovenste tandwiel 10 en het onderste tandwiel 12 vast maar onderling verschoven in de behuizing 1 opgesteld. Het middelste tandwiel 11 kan 25 tussen het bovenste tandwiel 10 en het onderste tandwiel 12 in axiale richting heen en weer schuiven. Daartoe is de holle as 15 van het middelste tandwiel 11 gelagerd in twee lagerblokken 5, 6 die als zuigers in cilinders 16, 17 kunnen bewegen. De holle as 15 is voorzien van een spiebaan en 30 schuift over een centrale as 18 die voorzien is van een spie en die zich uitstrekt tot buiten het deksel 13, waar deze kan worden aangedreven.

1027440" • · 6

De behuizing 1 is aan de voorzijde en de achterzijde voorzien van boringen 19, 20, 21, 22 die zich uitstrekken vanaf de aangrijpingszones van de tandwielen 10, 11, 12, en welke poorten vormen waarop vloeistofleidingen kunnen worden 5 aangesloten. In figuur 4 is schematisch middels stippellijnen 23, 24 aangegeven hoe deze leidingen zich volgens de uitvinding kunnen uitstrekken. De boringen 19, 20 en de leiding 24 vormen samen een eerste vloeistofkamer, de boringen 21, 22 en de leiding 25 vormen samen een tweede 10 vloeistofkamer.

De pomp kan door deze opstelling beschouwd worden als twee tandwielpompen die aan elkaar zijn gekoppeld, en die elk een eigen opbrengst hebben. De dimensies van de tandwielen zijn 15 zodanig gekozen dat er geen pulswerking is zodat er een gelijkmatige opbrengst is.

De werking van de pomp zal worden geïllustreerd aan de hand van figuren 5A, 5B en 5C. In figuur 5A bevindt het middelste 20 tandwiel 11 zich in de middenstand. De gearceerde gedeelten geven de werkende tandholtelengtes 11 en 12 weer, en deze zijn hier beide even lang. De opbrengst van de bovenste twee tandwielen 10, 11 is daardoor gelijk aan de opbrengst van van de onderste twee tandwielen 11, 12.

25

De uitlaatzijde van de bovenste twee tandwielen 10, 11 is gekoppeld aan de inlaatzijde van de onderste twee tandwielen 11, 12 door middel van een eerste kanaal 23, en de uitlaatzijde van de onderste twee tandwielen 11, 12 is 30 gekoppeld aan de inlaatzijde van de bovenste twee tandwielen 10, 11 door middel van een tweede kanaal 24. Hierdoor stroomt de olie rond en is er geen opbrengst.

1027440* I · 7

In figuur 5B is het middelste tandwiel 11 naar links geschoven. De werkende tandholtelengte 11 van de bovenste twee tandwielen 10, 11 is daardoor groter dan de werkende tandholtelengte 12 van de onderste twee tandwielen 11, 12.

5 Daardoor ontstaat een flow naar links. De grootte van de flow is afhankelijk van de positie van het middelste tandwiel 11 en is traploos instelbaar tussen nul en het maximum.

In figuur 5C is het middelste tandwiel 11 naar rechts 10 geschoven. De werkende tandholtelengte 11 van de bovenste twee tandwielen 10, 11 is daardoor kleiner dan de werkende tandholtelengte 12 van de onderste twee tandwielen 11, 12.

Daardoor ontstaat een flow naar rechts. De grootte van de flow is traploos instelbaar tussen nul en het maximum, doch 15 in tegenovergestelde richting als in figuur 5B. De stroomrichting van de olie in de pomp zelf is altijd gelijk.

In figuur 6 is de relatie aangegeven tussen de positie van het middelste tandwiel 11 tot de opbrengst van de pomp.

20 In een alternatieve uitvoeringsvorm kunnen de kanalen 23, 24 afwezig zijn of worden afgesloten, waardoor de pomp kan worden gebruikt om twee verschillende complementaire opbrengsten te genereren. Een dergelijke pomp is zeer geschikt als stuurpomp of als hydraulische sper voor 25 wielvoertuigen.

In figuur 7 t/m 11 is een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de pomp weergegeven, waarin het onderste tandwiel 111 verschuifbaar is, en de bovenste tandwielen 110, 112 niet 30 verschuifbaar zijn. De pomp heeft vier poorten 119, 120, 121, 122. Poort 119 en poort 122 zijn middels een orifice 123 met elkaar verbonden en vormen samen een eerste vloeistofkamer, poort 120 en poort 121 zijn middels een orifice 124 met 1027440- ______—-—--- i

I I

8 elkaar verbonden en vormen samen een tweede vleoistofkamer. Het onderste tandwiel 111 is in figuur 10 in de uiterste linkse stand geschoven.

5 De werkende tandholtelengtes 11, 12 worden gevarieerd met het onderste lange tandwiel 111 dat door een tandkrans 125 met inwendige vertanding, zoals weergegeven in figuur 11, is gestoken en daarin heen en weer kan worden geschoven. De tandkrans 125 omsluit het onderste tandwiel 111 nauwkeurig.

10

De pomp heeft volgens figuur 10 rechts van het onderste tandwiel 111 een cilinder 117 waarin een zuiger 106 zit. De zuiger drukt tegen het onderste tandwiel 111 om een goede afdichting op de zijkant van van het tandwiel 111 te 15 verkrijgen. Ook links van het onderste tandwiel 111 zit een cilinder 116 met daarin een zuiger 105 die tegen het tandwiel 111 aandrukt. Deze twee zuigers 105, 106 kunnen het lange onderste tandwiel 111 heen en weer schuiven op dezelfde manier waarop de zuiger van een hydraulische cilinder heen en 20 weer word bewogen, bijvoobeeld met een extern bedienings-ventielenblok.

Naast deze hydraulische wijze van verschuiven, kan het onderste tandwiel 111 ook op mechanische, electrische of 25 pneumatische wijze heen en weer worden bewogen. De as 115 van het onderste tandwiel 111 is met een schuifkoppeling 136 verbonden met de aandrijf-as 118 die spelingvrij is gelagerd in twee conische rollagers 126, 127, en niet kan verschuiven. Middels een deksel 128 en dunne vulplaatjes 129, 130, 131, 30 132 worden de conische rollagers 126, 127 in het lagerhuis opgesloten. Een oliekeerring 133 zorgt voor de olieafdichting van het lagerhuis die in elke situatie met de zuigzijde van de pomp is verbonden.

1027440- 9

I I

De bovenste tandwielen 110, 112 kunnen niet schuiven en worden aan de zijkant afgedicht door een zuiger 103 links en een zuiger 104 rechts. Deze zuigers hebben dezelfde diameter als de tandwielen 110, 112. De bovenste boring 102 in de 5 behuizing 101 dient daarbij als cilinder. Tussen de twee bovenste tandwielen 110, 112 zit een afstandhouder 109 die zorgt voor de juiste afstand tussen de bovenste tandwielen 110, 112 en de afdichting op de zijkant van deze bovenste tandwielen 110, 112. De breedte van de afstandhouder 109 is 10 gelijk aan de breedte van de tandkrans 125.

De perskant van de linker sectie is met een orifice 123 die onderlangs loopt verbonden met de zuigkant van de rechter sectie. De perskant van de de rechter sectie is met een 15 orifice 124 die bovenlangs loopt verbonden met de zuigkant van de rechter sectie. Op de buitenkant van het behuizing zijn twee aansluitblokken 134, 135 gemonteerd waar de orifices 123, 124 op zijn aangesloten. Op deze aansluitblokken 134, 135 zijn externe aansluitmogelijkheden 20 waar leidingen of slangen kunnen worden aangesloten. De poorten waar geen externe leiding of slang op wordt aangesloten wordt afgesloten. Op de pomp zitten tevens nog twee aansluitingen (niet getoond) voor hydraulische leidingen waarmee de zuigers 105, 106 kunnen worden aangestuurd.

25

De werking van de pomp wordt geïllustreerd aan de hand van figuren 12A, 12B en 12C. Volgens figuur 12A levert perspoort 212 bijvoorbeeld 50cc olie per omwenteling. Omdat poort 121 met poort 120 is verbonden, vloeit alle olie naar poort 120 30 omdat poort 120 per omwenteling ook 50cc aanzuigt. Poort 122 levert ook 50cc per omwenteling. Omdat poort 122 met poort 119 is verbonden, vloeit alle olie naar poort 119 omdat poort 119 per omwenteling ook 50cc aanzuigt. De opbrengst van de 1027440- , t 10 pomp tijdens deze stand (middenstand) van het onderste tandwiel 111 is nul.

Indien het onderste tandwiel 111 wordt verschoven naar links 5 zoals in fig. 12B is te zien, wordt de werkende tandholtelengte 11 links groter en zal poort 121 meer opbrengen per omwenteling. Bijvoorbeeld 80cc per omwenteling, dat is 30cc meer dan in fig. 12A. Omdat de werkende tandholtelengte 12 rechts kleiner is geworden brengt poort 10 122 nu 30cc per omwenteling minder op. Dat is 20cc per omwenteling. Poort 119 vraagt per omwenteling 80cc per omwenteling. Daardoor ontstaat in de verbindingsleiding 123 tussen poort 122 en poort 119 per omwenteling een tekort van 60cc. Bij poort 122, die met de buitenwereld in verbinding 15 staat, ontstaat daardoor een zuig van 60cc per omwenteling. Poort 120 vraagt per omwenteling 20cc per omwenteling. Daardoor ontstaat in de verbindingsleiding 124 tussen poort 121 en poort 120 per omwenteling een overschot van 60cc. Bij poort 121 ontstaat daardoor een pers van 60cc per 20 omwenteling.

Tussen poort 122 (of poort 119) en poort 121 (of poort 120) kan een hydraulische verbruiker, bijvoorbeeld een hydrömotor, worden aangesloten. Omdat het onderste tandwiel 111 vanuit de 25 middenstand (de nulstand) kan worden verschoven, is de opbrengst traploos variabel regelbaar van nul tot maximaal.

Teneinde de flow om te keren wordt het onderste tandwiel 111 eerst weer naar de middenstand teruggebracht waardoor de 30 opbrengst weer nul wordt. Door het middelste tandwiel 111 door te schuiven naar rechts wordt de opbrengst weer groter, maar in omgekeerde richting, zoals getoond in figuur 12C.

1027440- » * 11

Poort 122 wordt daardoor een perspoort en poort 121 een zuigpoort. De flowrichting in de pomp is in alle gevallen steeds gelijk en verandert niet.

5 Het is belangrijk om rekening te houden met de drukgesmeerde ! glijlagers die in de pomp aanwezig zijn. Als de flow omkeert moet nog steeds druk op deze lagers blijven staan. Dit geld ook als de flow nul is. Dit wordt bewerkstelligd door een hydraulische gelijkrichter die bestaat uit 4 kogelklepjes.

10

Hoewel de uitvinding is geïllustreerd aan de hand van twee j uitvoeringsvoorbeelden, zijn hierop vele variaties mogelijk | binnen de reikwijdte van de uitvinding, zoals gedefinieerd door de conclusies.

i i i | j i i 1027440“*

Claims

1. Vloeistofpomp omvattende een behuizing (1, 101) met een eerste vloeistofkamer (19, 20, 24; 119, 122, 123) 5 met een eerste externe poort (19, 20; 119, 122) en een tweede vloeistofkamer (21, 22, 23; 120, 121, 124) met een tweede externe poort (21, 22; 120, 121), een eerste tandwiel (11; 111) en een tweede tandwiel (10; 110) welke de eerste vloeistofkamer en de tweede 10 vloeistofkamer van elkaar scheiden, waarbij de tandwielen (10, 11; 110, 111) onderling axiaal verschuifbaar zijn zodat het tweede tandwiel (10, 110) over een lengte 11 in aangrijping kan worden gebracht met het eerste tandwiel (11, 15 111), zodanig dat door rotatie van deze tandwielen (10, 11; 110,111) een volumestroom wordt bewerkstelligd van de eerste vloeistofkamer naar de tweede vloeistofkamer die evenredig is met de lengte 11, 20 met het kenmerk, dat de behuizing (1, 101) een derde tandwiel (12, 112. omvat welke mede de eerste vloeistofkamer en de tweede vloeistofkamer van elkaar scheidt en dat over een lengte 12 in aangrijping kan worden gebracht met 25 het eerste tandwiel (11, 111) of een daarmee rotatievast en axiaal vast verbonden tandwiel welke mede de eerste vloeistofkamer en de tweede vloeistofkamer van elkaar scheidt, zodanig dat door de genoemde rotatie van deze 30 tandwielen (11, 12; 111, 112) een volumestroom wordt bewerkstelligd van de tweede vloeistofkamer naar de eerste vloeistofkamer die evenredig is met de lengte 12. 1027440- • «

2. Vloeistofpomp volgens conclusie 1, waarbij de volumestroom van de eerste poort (19, 20; 119, 122) naar de tweede poort (21, 22; 120, 121) evenredig is met de lengte 11 minus de lengte 12. 5

3. Vloeistofpomp volgens conclusie 1 of 2, waarbij het totaal van de lengtes 11 en 12 in verschillende axiale posities van het eerste tandwiel (11; 111) gelijk is. 10

4. Vloeistofpomp volgens een van de voorgaande conclusies 1-3, waarbij het tweede tandwiel (10; 110) en het derde tandwiel (12; 112) in axiale richting gezien op een onderling vaste afstand zijn 15 bevestigd.

5. Vloeistofpomp volgens een van de voorgaande conclusies 1-4, waarbij de delen van de kopse kanten van de tandwielen (10, 11, 12; 110, 111, 112) 20 die niet in aangrijping zijn met een ander tandwiel worden afgedicht door eindwanden die daartegen aanliggen.

6. Vloeistofpomp volgens conclusie een van de voorgaande 25 conlcusies 1-5, waarbij het tweede tandwiel (110) en het derde tandwiel (112) zich onderling coaxiaal uitstrekken.

7. Vloeistofpomp volgens een van de voorgaande 30 conclusies 1-6, waarbij het eerste tandwiel (111) axiaal beweegbaar is in een tandkrans (125) met complementair inwendige vertanding, welke inwendige vertanding een scheidingswand vormt die zich 1 027440“ uitstrekt tussen de eerste en de tweede vloeistofkamer.

8. Vloeistofpomp volgens een van de voorgaande 5 conclusies 1-7, waarbij de eerste vloeistofkamer een orifice (24; 124) omvat die zich uitstrekt tussen de vloeistofingangszijde van het eerste tandwiel (11; 111. en het tweede tandwiel (10; 110) en de vloeistofuitgangszijde van het eerste tandwiel (11; 10 111) en het derde tandwiel (12; 112) en waarbij de tweede vloeistofkamer een orifice (23; 123) omvat die zich uitstrekt tussen de vloeistofingangszijde van het eerste tandwiel (11; 111) en het derde tandwiel (12; 112) en de vloeistofuitgangszijde van het eerste 15 tandwiel (11; 111) en derde tandwiel (12; 112).

9. Werkwijze voor het verplaatsen van een vloeistof, waarbij de vloeistof wordt verplaatst tussen een eerste externe poort (19, 20; 119, 122) in een eerste 20 vloeistofkamer (19, 20, 24; 119, 122, 123) en een tweede externe poort (21, 22; 120, 121) in een tweede vloeistofkamer (21, 22, 23; 120, 121, 124), waarbij een eerste tandwiel (11; 111) en een tweede tandwiel (10; 110) welke de eerste 25 vloeistofkamer en de tweede vloeistofkamer van elkaar scheiden onderling axiaal worden verschoven zodat het tweede tandwiel (10; 110) over een lengte 11 in aangrijping wordt gebracht met het eerste tandwiel (11; Hl), 30 en waarbij deze tandwielen (10, 11; 110, 111) worden geroteerd zodanig dat een volumestroom wordt bewerkstelligd van de eerste vloeistofkamer naar de >102 7 4 4 0 ~ « I - · tweede vloeistofkamer die evenredig is met de lengte 11, met het kenmerk, dat een derde tandwiel (12; 112) over een lengte 12 5 in aangrijping wordt gebracht met het eerste tandwiel (11; 111) of een daarmee rotatievast en axiaal vast verbonden tandwiel, zodanig dat een volumestroom wordt bewerkstelligd van de tweede vloeistofkamer naar de eerste 10 vloeistofkamer die evenredig is met de lengte 12.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de tandwielen (10, 11, 12; 110, 111, 112) in hoofdzaak met een constante snelheid en in slechts één richting worden 15 geroteerd. 10274409