DE2610412C2 - Axialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenpumpe, deren Fördermenge durch veränderliches Offenhalten der Saugventile mittels eines Abhebekolbens während des Druckhubs stufend
steuerbar ist. wobei jeder Abhebekolben achsgleich zum zugehörigen Saugventil angeordnet ist und seine radial innen liegende Stirnfläche über eine Öffnung beaufschlagbar ist, welche öffnung in der Wandfläche einer Gehäusebohrung mündet, in der sich mit der Maschinenwelle zusammen eine axial verschiebbare Steuerhülse dreht, in deren Umfangsfläche von Stegen begrenzte Vertiefungen gebildet sind, deren eine mit der Abflußleitung und deren andere mit dem Steuerflüssigkeitszuleitungskanal in ständiger Verbindung steht. Eine solche Axialkolbenpumpe ist aus dem SU-Erfinder^ schein 2 41 226 bekannt

Bei dieser bekannten Axialkolbenpumpe erfolgt eine Fördermengensteuerung nur mittels des genannten Abhebekolbens. Wenn die Pumpe mit voller Förderleistung arbeiten soll, so befindet sich die Steuerhülse in einer Lage, in der die Abhebekolben die Säugventile nur während des gesamten Ansaugtaktes offenhalten und während des gesamten Ausschiebetaktes deren Schließen, z. B. unter der Wirkung einer Feder, gestatten. Wenn die Pumpe nur mit einer bestimmten Teilleistung arbeiten soll, so wird durch entsprechende Axialverschiebung der Steuerhülse bewirkt, daß die Abhebekolben die Saugventile auch noch während ernes bestimmten Teils des Ausschiebetaktes geöffnet halten, so daß während dieser Zeit keine Förderung stattfindet

ίο Es ist auch eine Steuerhülsenstellung möglich, ;-ei der die Saugventile auch während des gesamten Ausschiebetaktes, also ständig geöffnet gehalten werden, so daß die Förderung auf Null zurückgeht

In bestimmten Anwendungsfällen kommt es auf eine schnelle Umsteuerung dei Pumpe auf die Nullförderung a->. Bei der bekannten Pumpe hängt die Zeit, in der die Pumpe in die Nullförderung gesteuert werden kann ab von der Geschwindigkeit, mit der die Steuerhülse verschoben werden kann. Um eine schnelle Umsteuerung zu ermöglichen, bemüht man sich um eine kleine Masse der Steuerhülse, um die Beseitigung von Bewegijngswiderständen derselben sowie um kurze Steuerweglängen, die in der Praxis bei 20 bis 25 mm liegen. Die Steuerzeit ist dabei der Verschiebungsgeschwindigkeit der Steuerhülse bis zu einem bestimmten Wert proportional, nach dem ein weiterer Anstieg der Verschiebungsgeschwindigkeit der Hülse keine weitere Verkürzung der Steterzeit ergibt. Diese Grenze ist wiederum von der Drehzahl der Pumpenwelle abhängig.

Bei der Betriebsnenndrehzahl der Pumpe kann durch die oben genannten Maßnahmen eine ausreichend kurze Steuerzeit erzielt werden. In der Praxis betragen die erzielbaren Umsteuerungszeiten bei 1000 U/min der Pumpenwelle 0,03 see und bei 1500 U/min 0,02 see.

Bei der Verschiebung der Steuerhülse im Gegensinn, also im Sinne der Hochsteuerung der Fördermenge, ist die Steuerzeit praktisch keinen Beschränkungen unterworfen und der Verschiebungsgeschwindigkeit der Steuerhülse proportional.

Um bei der bekannten Pampe v/onigstens bei den Nenndrehzahlen der Pumpenwelle eine ausreichend kurze Steuerzeit zu erzielen, muß jedoch zur schnellen Verschiebung der Steuerhülse ein gewisser Aufwand getrieben werden. Wenn die Verschiebung hydraulisch bewirkt wird, so muß während der genannten Zeitspannen in der Größenordnung von 0,02 see eine größere Menge an Hydraulikmedium bewegt werden. Dies ist auf einfache Weise nicht immer möglich und so kann es dazu kommen, daß die Zeit zum Ansteuern der Nullförderung zu lang dauert, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Pumpenwelle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mithin, eire gattungsgemäße Pumpe so auszubilden, daß die Einstellung der Fördermenge durch die offengehaltenen Säugventile durch wahlweises Zuschalten eines Steuerdrucks übersteuert werden kann. Es soll also eine zusätzliche Steuermöglichkeit geschaffen werden, mit der nur geringen Steuerflüssigkeitsmengen eine unverzügliche Austeuerung der Nullfördermenge der Pumpe erzielbar ist, ohne daß es einer Verschiebung der Steuerhülse bedarf.

Ausgehend von der vorausgesetzten Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß ein zusätzlicher, getrennt druckbeaufschlagbarer Steuerkanai vorgeschlagen, dessen Steuerdruck den Abhebekolben in der Offenhaltesteilung festhält.

Bei einer solchen Ausbildung kann unabhängig von der Stellung der ersten Steuerung durch die Steuerhülse

deren Wirkung Obersteuert werden, und zwar durch Zufuhr einer nur kleinen SteuerflQssigkeitsrnenge in den zusätzlichen Steuerkanal, was praktisch-unverzüglich zu einer ständigen Offenhaltung der Saugventile führt

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung dieses Vorschlags ist der Abhebekolben in Axialrichtung zweigeteilt und der Steuerdruck des zusätzlichen Steuerkanals beaufschlagt den Raum zwischen den Teilkolben. Bei dieser Ausbildung sind keinerlei besondere Mechanismen nötig und abgesehen von der Zweiteilung des Abhebekolben.. bleibt die Konstruktion so einfach wie die der gattungsgemäßen Ausbildung

In einer alternativen Ausbildung kann jeder Abhebekolben an seiner Seitenfläche längs des ganzen Umfangs eine ringförmige Nut aufweisen, wobei der Steuerdruck des zusätzlichen Steuerkanals auf einen Riegelkolben wirkt, der bei Druckbeaufschlagung arretierend in die Nut greift. Bei dieser Ausbildung wird der Abhebekolben dann mechanisch in der Offenhaltestellung arretiert.

Der vorliegende Erfindungsvorsehlag eignet sich in besonderer Weise zur Anwendung bei einer doppelflutigen Axialkolbenpumpe, bei der die Arbeitszylinder zu mindestens zwei Gruppen zusammengefaßt sind und die Pumpe zwei Ansaugsammelleitungen und zwei Drucksammelleitungen aufweist, so daß verschiedene Hydraulikkreise unabhängig voneinander jeweils von einer Arbeitszylindergruppe bedient werden können.

Bei einer aus DE-AS 17 03 974 bekannten doppelflutigen Pumpe dieser Art kann nur entweder eine synchrone Änderung der Förderung in den Drucksammelleitungen oder eine unabhängige Änderung erreicht werden, nicht jedoch eine gleichzeitige Ermöglichung der beiden Steuercharakteristiken, d. h. eine stufenlose Änderung in einem Kreis und eine unverzügliche Nullsteuerung in einem anderen Kreis.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind demgemäß die Arbeitszylinder mindestens zu zwei Gruppen zusammengefaßt und die zugehörigen zusätzlichen Steuerkanäle sind ebenfalls zu entsprechenden Gruppen zusammengefaßt Auf diese Weise kann die Förderung in allen Kreisen unabhängig voneinander unverzüglich zu Null gemacht werden.

Es ist schließlich zweckmäßig, wenn bei der Ausbildung mit zweigeteiltem Abhebekolben der eine Abhebekolbenteil einen zentralen Zapfen besitzt, während der zweite Abhebekolbenteil in Gestalt eines Ringes ausgeführt ist, in den der Zap'en greift. Bei dieser Ausbildung können praktisch keine mechanischen Probleme, insbesondere die Gefahr von Verkantungen und Verklemmungen auftreten.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine steuerbare Axialkolbenpumpe im Längsschnitt;

F i g. 2 die Ansicht einer Steuerhülse;

F i g. 3 die Abwicklung der Steuerhülse, so daß deien Oberflächengestalt auf dem gesamten Umfang sichtbar ist;

F i g. 4 die konstruktive Gestaltung eines zweigeteilten Abhebekolbens;

F i g. 5 eine steuerbare Axialkolbenpumpe mit einer anderen Offenhaltung des Abhebekolbens im Längsschnitt;

F i g. 6 eine steuerbare Axialkolbenpumpe mit gruppenweise zusammengefaßten Arbeitszylindern;

F i g. 7 den Schnitt nach der Linie VII-VII der F i g. 6.

Die steuerbare Axialkolbenpumpe gemäß Fig.!

besitzt ein Gehäuse 1 mit einer Ansaugsammeileitung 2, einer Drucksammelleitung 3 und einem Steuerflüssigkeitszuleitungskanal 4, der an eine (nicht gezeigte) Steuerflüssigkeitsquelle angeschlossen ibt Im Gehäube 1 s sind in gleichem Abstand von der Achse des Gehäuses durchgehende axiale Ausdrehungen ausgeführt in die Laufbüchsen 5 eingepreßt sind. In diesen sind Kolben 6 hin- und hergehend verschiebbar und um ihre eigene Achse drehbar gegenüberliegend angeordnet.

Die Kolben 6 wirken mit Taumelscheiben 9 zusammen, die starr auf einer Antriebswelle 7 sitzen. Zwischen den einander gegenüberliegenden Kolbenboden sind Arbeitskammern 8 gebildet Jeder Kolben 6 ist über einen sphärischen Kopf 10 an seinem rückwärtigen Ende und ein mit diesem zusammenwirkendes Spurlager 11 mit sphärischer Ausnehmung 12 kinematisch mit der Taumelscheibe 9 verbunden. Die Rückenflächen der Spurlager 11 sind mittels Andrückscheiben 13 an die jeweilige Taumelscheibe angedrückt Hierzu dient ein in einer zentralen Ausdrehung des Gehäuses 1 sitzender Becher 15, der durch Druckfedern 14 beaufschlagt ist. Über den Becher 15, der eine ' .-nkave sphärische Oberfläche ίό aufweist wird die vun den Federn 14 ausgeübte Kraft auf die Andrückscheibe 13 übertragen, die hierzu eine konvexe sphärische Oberfläche 17 besitzt.

Jede Arbeitskammer 8 steht mit der Ansaugsammelleitung 2 über einen Kanal 20 und ein Saugventil 18 und mit der Drucksammelleitung 3 über einen Kanal 21 und ein Druckventil 19 in Verbindung. Die Druckventile 19 und die Saugventile 18 sitzen in radialen Ausdrehungen des Gehäuses 1.

Achsgleich zu den Saugventilen 18 sind Abhebekolben angeordnet, deren jeder zweigeteilt ist und aus Teilkolben 22 und 25 besteht zwischen denen ein Zwischenraum 23 verbleibt Jeder Teilkolben 22 wirkt mit einem Schaft 24 des Saugventils 18 zusammen.

Im Gehäuse 1 sind Kanäle 26 ausgeführt, die in die Zwischenräume 23 münden. Die Kanäle 26 sind angeschlossen an einen zusätzlichen SttuerkLnal 27. Über diesen können die Zwischenräume 23 unabhängig vom Steuerflüssigkeitszuleitungskanai 4 mit SteuerflüssigKeit beaufschlagt werden.

Das Gehäuse 1 bestitzt eine zentrale axiale Ausdrehung, in der axial verschiebbar eine .Steuerhülse 28 angeordnet ist. Diese umfaßt die Antriebswelle 7 und ist mit ihr zur gemeinsamen Drehung verbunden. Die Verbindung der Hülse 28 mit der Antriebswelle 7 erfolgt mittels eines Bolzens 29, der mit Hilfe von Scheiben 30 in der Hülse 28 befestigt und mit einer Zugstange 31 verbunden ist. Die Zugstange 31 kann durch einen geeigneten Antrieb axial hin- und her verschoben werden. Durch die axiale Verschiebung der Steuerhü'se 28 wird in noch zu beschreibender Weise eine Änderung der Tutnpenförderung bewirkt.

Die Taumelscheiben 9 sind in Lagern 32 angeordnet, die in einem voroeren Deckel 33 und einem hinteren Deckel 34 eingebaut sind. Am Deckel 33 ist ein Flansch 35 befestigt in tiem eine Dichtung 36 der Welle 7 sitzt.

Am Deckel 34 ist ein Flansch 37 befestigt, in dem eine Dichtung 38 der Zugstange 31 sitzt.

Die axialen Kräfte der Kolben 6, die auf die Taumelscheiben 9 wirken, werden über Halbrhige 39 in die Welle 7 eingeleitet

Das Saugventil 18 ist durch eine Feder 40 und das Druckventil 19 di'rch eine Feder beaufschlagt Die radialen Ausdrehüngen, in denen das Saugventil 18 und das Druckventil 19 angeordnet sind, sind außen mit

■ Stopfen 42 verschlossen. Nach Durchströmen der Dmekventile 19 gelangt das Fördermedium über die Kanäle 21 in eine Druckleitung 43 der Pumpe, die zu den Verbrauchern führt.

Auf der zylindrischen Außenfläche der Steuerhülse 28 sind zwischen Randstegen 46,47 Vertiefungen 44 und 45 gebildet, wobei letztere inselartig zwischen ein unregelmäßiges Viereck bildenden Stegeii 49, 50, 51, 52 liegt. Die Vertiefung 44 stellt eine Zone 48 unter Steuerdruck dar, welcher über den Steuerflüssigkeitszuleitungskanal 4 zugeführt wird, und die Vertiefung 45 stellt «-!ne entlüftete Zone 53 dar, die mit der Abflußleitung über Bohrungen 54 in ständiger Verbindung steht. Die Erstreckung der Zone 53 in Umfangsrichtung beträgt etwa die Hälfte der der Zone 48.

Bei der Drehung der Steuerhülse bewegen sich die Zone 48 und 53 unter öffnungen 55 weg, über die die Abhebekolben 22/25 beaufschlagt werden. Wegen des schräg zur Umfangsrichtung verlaufenden Stegs 50 hängt es von der axialen Stellung der Sieuernüise 28 ab, wie lange während einer Umdrehung die Öffnung 55 sich im Bereich der Druckzone 48 und wie lange sie sich im Bereich der entlüfteten Zone 53 befindet.

Im Betrieb der beschriebenen Pumpe bewegen die Taumelscheiben 9 die Kolben 6 im Gegentakt hin und her. Wenn die Kolben anfangen, sich voneinander zu entfernen, d.h. zu Beginn eines Ansaugetaktes, überquert der Steg 49 den Kanal 55 und dieser gerät in die Druckzone 48. Der Druck in dieser beaufschlagt den Abhebekolben 22/25, der seinerseits sein Saugventil 18 offenhält.

Wenn sich die Steuerhülse 28 in der Stellung für maximale Fördermenge befindet, so überquert die öffnung 55 bei Ende des Ansaugtaktes den Steg 51 und gerät in die entlüftete Zone 53. Dabei schließt das Saugventil 18 unter der Wirkung seiner Feder 40 und bleibt während des gesamten Drucktakts geschlossen.

Zur Verringerung der Pumpenförderung wird die Steuerhülse 28 mittels der Zugstange 31 in axialer Richtung so verschoben, daß das Saugventil 18 während eines Teiles des Druckhubs in geöffnetem Zustand gehalten wird. d. h, daß erst während des Druckhubs die Öffnung 55 den Steg 50 überquert. Bei einer Verschiebung der Steuerhülse 28 in die Endlage hat die Druckzone 48 ständig mit der Öffnung 53 und damit mit dem Abhebekolben Verbindung, so daß das Saugventil 18 ständig offengehalten wird. Dies entspricht der Nullförderung der Pumpe.

Die vorstehend beschriebenen Einzelheiten des Pumpenbetriebs unterscheiden sich nicht von der der bekannten Pumpe. Wird jedoch bei der betrachteten Ausbildung der zusätzliche Steuerkanal 27 mit Steuerflüssigkeitsdruck beaufschlagt, so wird der radial äußere Abhebeteilkolben 22 durch den Druck im Zwischenraum 23 unabhängig davon beaufschlagt, öl) auch der radial innere Teilkolben 25 druckbeaufschlagt ist oder nicht. Auf diese Weise werden die Saugventile 18 unabhängig von der axialen Lage der Steüerhülse 28 geöffnet gehalten.
Bei der Ausführungsvariante der Pumpe gemäß F i g. 4 hat der radial äußere Abhebekolbenteil 56 einen Zapfen 57 und der innere Abhebekolbenteiil 58 ist in Gestalt eines Ringes ausgeführt, in den der Zapfen 57 greift. Diese Ausbildung gestattet wegen der besseren Führung der Teile eine Verringerung der radialen Abmessungen.

In einer Abwandlung der Pumpe gemäß Fig.5 hat jeder Abhebekolben 59 in seiner Umfangsfläche eine umlaufende ringförmige Nut 60 und im Kanal 26 ist ein Riegelkolben 61 verschiebbar angeordnet. Dieser besitzt einen Riegel 62. Zur Begrenzung des Wegs des Riegelkolbens 61 in axialer Richtung ist im Kanal 26 ein Anschlagring 63 vorgesehen.

Bei Zuführung eines Steuerflüssigkeitsdruckes in den zusätzlichen Steuerkanal 27 wird der Riegelkolben 61 vorgeschoben und sein Riegel 62 greilft in die ringförmige Nut 60. Dadurch wird der Abhebekolben 59 fixiert und das Saugventil 18 unabhängig von der axialen Lage der Steuerhülse 28 in geöffneten- Zustand gehalten.

Die Axialkolbenpumpe gemäß F i g. 6, 7 ist: bestimmt für Hydraulikantriebe, für deren Arbeit zwei Druckflüssigkeitsströme erforderlich sind. Die Arbeitskammern 8 der Kolben 6 sind in zwei Gruppen A und B unterteilt; die Gruppe A besteht aus den Kammern I, III, V der Arbeitskammern 8, die über die Druckventile 19 und die Kanäle 21 mit der Drucksammelleitung 3 in Verbindung gesetzt sind, und die Gruppe B besteht aus den Kammern II, IV, VI der Arbeitskammern 8, die über die Öruckventile 19 und die Kanäle 21 mit einer Drucksammelleitung 64 in Verbindung gesetzt sind.

Auch die zusätzlichen Steuerkanäle sind in zwei Gruppen unterteilt nämlich eine Gruppe C von zusätzlichen Steuerkanälen 27 und eine Gruppe D von zusätzlichen Steuerkanälen 65. Ersichtlicherweise kann die Fördermenge der ersten Arbeitskammergruppe A durch Zuführung eines Steuerflüssigkeitsdruckes zur Gruppe C und die Fördermenge der zweiten Arbeitskammergruppe B durch Zuführung eines Steuerflüssigkeitsdruckes zur Gruppe D sofort zu Null gemacht werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Axialkolbenpumpe, deren Fördermenge durch veränderliches Offenhalten der Saugventile mittels eines Abhebekolbens während des Druckhubs stufenlos steuerbar ist, wobei jeder Abhebekolben achsgleich zum zugehörigen Saugventil angeordnet ist und seine radial innen liegende Stirnfläche über eine Öffnung beaufschlagbar ist, weiche Öffnung in der Wandfläche einer Gehäusebohrung mündet, in der sich mit der Maschinenwelle zusammen eine axial verschiebbare Steuerhülse dreht, in deren Umfangsfläche von Stegen begrenzte Vertiefungen gebildet sind, deren eine mit der Abflußleitung und deren andere mit dem Steuerflüssigkeitszuleitungskanal in ständiger Verbindung steht, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, getrennt druckbeaufschlagbaren Steuerkanal (27) dessen Steuerdruck den Abhebekolben (22/25; 59) in der Offenhaltestellung festhält

2. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abhebekolben in Axialrichtung zweigeteilt ist und der Steuerdruck des zusätzlichen Steuerkanals (27) den Raum zwischen den Teilkolben (22,25) beaufschlagt

3. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abhebekolben (59) an seiner Seitenfläche längs dem ganzen Umfang eine ringförmige Nut (60) aufweist, und der Steuerdruck des zusätzlichen Steuerkanals (27) auf einen Riegelkolben (61, 62) wirkt der bei Druckbeaufschlagung am 'irrend in die Nut (60) greift.

4. Axialkolbenpumpe nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylinder mindestens zu zwei Gruppen (A und B) zusammengefaßt sind und die zugehöt.gen zusätzlichen Steuerkanäle (27, 65) ebenfalls zu entsprechenden Gruppen zusammengefaßt sind.

5. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Abhebekolbenteil (56) einen zentralen Zapfen (57) besitzt, während der zweite Abhebekolbenteil (58) in Gestalt eines Ringes ausgeführt ist, in den der Zapfen (57) greift