DE102013008681A1

DE102013008681A1 - Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart

Info

Publication number: DE102013008681A1
Application number: DE102013008681.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Bosch; Manuel Kronpass
Original assignee: Hydac Drive Center GmbH
Current assignee: Hydac Drive Center GmbH
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart, insbesondere für Hydraulikanlagen, mit einer in einem Pumpengehäuse (1) um eine Drehachse (7) rotierend antreibbaren Zylindertrommel (3), in der Kolben (9) axial bewegbar angeordnet sind, die sich mit ihrem außerhalb der Zylindertrommel (3) zugänglichen Betätigungsende (11) an einer Schrägscheibe (15) zumindest mittelbar abstützen, die zur Einstellung des Hubes der Kolben (9) und damit des durch diese erzeugten Fluid-Systemdrucks in gewünschte Neigungswinkel relativ zur Drehachse (7) mittels einer Verstelleinrichtung (21) schwenkbar ist, die in einem hydraulisch betätigbaren Stellzylinder (31) einen Stellkolben (35) aufweist, dessen Bewegung über mindestens eine eine Gelenkstelle (37, 39; 29, 43) aufweisende getriebliche Verbindung auf die Schrägscheibe (15) übertragbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkstelle durch ein zwischen Kolben (35) und Kolbenstange (41) des Stellzylinders (31) befindliches Kugelgelenk (37, 39) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart, insbesondere für Hydraulikanlagen, mit einer in einem Pumpengehäuse um eine Drehachse rotierend antreibbaren Zylindertrommel, in der Kolben axial bewegbar angeordnet sind, die sich mit ihrem außerhalb der Zylindertrommel zugänglichen Betätigungsende an einer Schrägscheibe zumindest mittelbar abstützen, die zur Einstellung des Hubes der Kolben und damit des durch diese erzeugten Fluid-Systemdrucks in gewünschte Neigungswinkel relativ zur Drehachse mittels einer Verstelleinrichtung schwenkbar ist, die in einem hydraulisch betätigbaren Stellzylinder einen Stellkolben aufweist, dessen Bewegung über mindestens eine eine Gelenkstelle aufweisende getriebliche Verbindung auf die Schrägscheibe übertragbar ist.
Axialkolbenpumpen in Schrägscheibenbauart sind Stand der Technik. Sie finden verbreitet Einsatz für die Druckmittelversorgung von Verbrauchern wie Arbeitszylindern, Hydromotoren und dergleichen. Axialkolbenpumpen der eingangs genannten Gattung, bei denen die Schrägscheibe in ihrer Neigung gegenüber der Drehachse verstellbar ist, zeichnen sich gegenüber ebenfalls bekannten Axialkolbenpumpen mit feststehender Schrägscheibe durch eine bessere Energiebilanz im Betrieb aus. Während Pumpen mit feststehender Schrägscheibe als Konstantpumpe bei vorgegebener Antriebsdrehzahl stets einen konstanten Volumenstrom des Fluids fördern, auch wenn keine Energie von druckmittelbetätigten Aggregaten angefordert wird und daher im Leerlauf die Strömungswiderstände im Hydraulikkreislauf überwunden werden müssen, wofür Antriebsenergie aufgewendet wird, die keine Nutzenergie liefert, ist durch die Verstellmöglichkeit der Schrägscheibenneigung das Fördervolumen auf Null einstellbar und der Bedarf an Antriebsenergie minimierbar. Eine Axialkolbenpumpe der eingangs genannten Art ist in dem Dokument DE 44 15 510 C1 offenbart.
Die Herstellung der bekannten Axialkolbenpumpen dieser Gattung ist kostenintensiv, weil für die Verstelleinrichtung mit der getrieblichen Verbindung, die die Linearbewegung des Kolbens des feststehenden Stellzylinders in eine bogenförmige Bewegung der Schrägscheibe umwandelt, ein erheblicher konstruktiver Aufwand erforderlich ist.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Axialkolbenpumpe zur Verfügung zu stellen, deren Verstelleinrichtung für die Lageeinstellung der Schrägscheibe sich bei vergleichsweise einfacherem Aufbau durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Axialkolbenpumpe gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Danach besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die Gelenkstelle der getrieblichen Verbindung zwischen Schrägscheibe und Stellzylinder durch ein zwischen Kolben und Kolbenstange des Stellzylinders befindliches Kugelgelenk gebildet ist. Im Unterschied zu einer eine Gelenkachse definierenden Gelenkverbindung ist dank der Ausbildung der Gelenkstelle in Form eines Kugelgelenks der Kolben frei von Zwangskräften.
Dies führt zu geringerer Bauteilbeanspruchung, geringerer Kolbenreibung mit entsprechend geringerem Verschleiß und zu einer entsprechend verbesserten Betriebssicherheit.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist eine zweite Gelenkstelle der getrieblichen Verbindung durch ein zweites Kugelgelenk zwischen der Kolbenstange und einem Betätigungsteil der Schrägscheibe gebildet, wodurch sich entsprechende Vorteile an der der Schrägscheibe zugeordneten Koppelstelle ergeben.
Die über die Kugelgelenke gebildete getriebliche Verbindung lässt sich völlig spielfrei gestalten, indem eine Kugelkopf und Kugelpfanne der Kugelgelenke kraftschlüssig in Anlage haltende Federanordnung vorgesehen ist.
Dabei kann die Anordnung mit Vorteil derart getroffen sein, dass die Federanordnung gleichzeitig die Schrägscheibe in die der maximalen Pumpenförderung entsprechende Schwenkstellung vorspannt. Durch diese Doppelfunktion der Federanordnung braucht der Stellzylinder nicht als doppelt wirkender Zylinder für die Erzeugung von Stellbewegungen in beide Richtungen ausgelegt zu sein, sondern es kann ein einfach wirkender Stellzylinder vorgesehen sein, der lediglich eine Stellbewegung aus der Schwenkstellung für maximale Pumpenförderung hin zu geringem Fördervolumen bis zu Null-Förderung hin bewirkt.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist ein zweiter Stellzylinder vorhanden, der mit gemeinsamer, zur Drehachse senkrechter Zylinderachse dem ersten Stellzylinder gegenüberliegt, wobei der Stellkolben des zweiten Stellzylinders hydraulisch entgegen der Bewegung des Stellkolbens des ersten Stellzylinders bewegbar ist und die Kolbenstange des zweiten Stellzylinders am einen Ende über ein drittes Kugelgelenk mit dem zugehörigen Stellkolben in Verbindung ist und am anderen Ende zusammen mit der Kolbenstange des ersten Stellzylinders das zweite Kugelgelenk am Betätigungsteil der Schrägscheibe ausbildet.
Das Betätigungsteil kann in vorteilhafter Weise durch einen mit der Schrägscheibe verbundenen Schwenkhebel gebildet sein, der sich seitlich der Schrägscheibe und der Zylindertrommel bei der Einstellung auf Null-Pumpenförderung parallel zur Drehachse erstreckt und an dessen freiem Ende sich das zweite Kugelgelenk befindet. Bei dieser Anordnung kann die Zylinderachse der Stellzylinder quer zur Drehachse ausgerichtet sein, um über das am Ende des Schwenkhebels befindliche Kugelgelenk den Schwenkhebel und damit die Schrägscheibe um eine Schwenkachse zu bewegen, die senkrecht zur Drehachse innerhalb der Ebene der Gleitfläche verläuft, an der sich die Kolben der Zylindertrommel an der Schrägscheibe abstützen.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Federanordnung eine Druckfeder aufweisen, die die Kolbenstange des zweiten Stellzylinders für die Bewegung vorspannt, die dem Ausfahren des Stellkolbens des zweiten Stellzylinders und dem Einfahren des Stellkolbens des ersten Stellzylinders und damit dem Schwenken des Schwenkhebels aus der achsparallelen Stellung in Richtung auf die Stellung der maximalen Pumpenförderung entspricht.
Hinsichtlich der Betätigung der Verstelleinrichtung kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass der erste Stellzylinder mit einem Steuerdruck für die Einstellung der Pumpenförderung und der zweite Stellzylinder mit dem herrschenden Systemdruck beaufschlagbar sind. Dadurch ist die Verstelleinrichtung bei fehlendem Systemdruck durch die Kraft der Druckfeder auf die Maximal-Förderung eingestellt. Beim Betrieb der Pumpe mit sich ergebendem Systemdruck bleibt die Einstellung auf Maximal-Förderung so lange beibehalten, bis die durch den Steuerdruck im ersten Stellzylinder erzeugte Stellkraft die vom Systemdruck im zweiten Stellzylinder erzeugte Kolbenkraft, zuzüglich der Federkraft, übersteigt, wonach, vom Steuerdruck abhängig, die Schrägscheibe auf geringere Förderleistung zurückgeschwenkt wird.
Für einen Betrieb mit einem Steuerdruck begrenzten Druckniveaus ist vorzugsweise die vom Steuerdruck beaufschlagbare Kolbenfläche des Kolbens des ersten Stellzylinders größer gewählt als die vom Systemdruck beaufschlagbare Kolbenfläche des Kolbens des zweiten Stellzylinders.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht lediglich der mit der Verstelleinrichtung der Schrägscheibe in Bezug stehenden Komponenten eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenpumpe, wobei Stellzylinder der Verstelleinrichtung geschnitten dargestellt sind;
2 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels mit durch die Verstelleinrichtung verlaufender Schnittebene und
3 in explosionsartiger, auseinandergezogener, perspektivischer Schrägansicht die Komponenten der Verstelleinrichtung des Ausführungsbeispiels.
Die 1 zeigt von dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel lediglich einen Teil eines Pumpengehäuses 1, das in 2 vollständiger sichtbar ist. Im Gehäuse 1 ist eine Zylindertrommel 3 gelagert, die, siehe 2, mittels einer Antriebswelle 5 um eine Drehachse 7 drehbar ist. In der bei Axialkolbenpumpen üblichen Weise stützen sich die in der Zylindertrommel 3 axial bewegbaren Kolben 9 über an ihren oberen Enden befindliche Gleitschuhe 11 an der Gleitfläche 13 einer Schrägscheibe 15 ab. Diese ist an ihrer von der Gleitfläche 13 abgewandten Seite über eine kreisbogenförmige Schrägscheibenlagerung 17 am Pumpengehäuse 1 derart bewegbar geführt, dass die Schrägscheibe 15 um eine Schwenkachse 19 schwenkbar ist, die, zur Drehachse 7 senkrecht verlaufend, in der Ebene der Gleitfläche 13 der Schrägscheibe 15 liegt. Mittels einer in 1 als Ganzes mit 21 bezeichneten Verstelleinrichtung ist die Schrägscheibe 15 um die Schwenkachse 19 zwischen der in 1 gezeigten, geschwenkten Einstellung, die der maximalen Förderleistung der Pumpe entspricht, und der in 2 gezeigten Einstellung auf Null-Förderung schwenkbar, wobei sich hier die Ebene der Gleitfläche 13, bezogen auf den vertikalen Verlauf der Drehachse 7 von 2, in der Horizontalen befindet, so dass kein Hub der Kolben 9 bei der Rotation der Zylindertrommel 3 erfolgt.
Als der Schrägscheibe 15 zugeordnetes Betätigungsteil weist die Verstelleinrichtung 21 einen Schwenkhebel 23 auf, der mittels einer Schraube 25 an der Schrägscheibe 15 zwischen zwei an deren Seitenfläche vorstehenden Rippen 27 befestigt ist. Der sich seitlich der Zylindertrommel 3 erstreckende Schwenkhebel 23 weist an seinem unteren, freien Ende einen Kugelkopf 29 auf, an dem Stellglieder der Verstelleinrichtung 21 angreifen, um den Schwenkhebel 23 in der Zeichnungsebene zu bewegen und damit die Schrägscheibe 15 um die Schwenkachse 19 zu verschwenken.
Die Verstelleinrichtung 21 weist einen ersten Stellzylinder 31 mit einer Zylinderbuchse 33 auf, in der ein Stellkolben 35 geführt ist. Der Kolben 35 weist eine innere Kugelpfanne 37 auf, um zusammen mit einem Kugelkopf 39 am Ende einer zugehörigen Kolbenstange 41 ein erstes Kugelgelenk zu bilden. An dem dem Kolben 35 entgegengesetzten Ende der Kolbenstange 41 ist eine Kugelpfanne 43 ausgebildet. Dem ersten Stellzylinder 31 entgegengesetzt und mit diesem auf gemeinsamer Zylinderachse liegend, weist die Verstelleinrichtung 21 einen zweiten Stellzylinder 45 mit einer Zylinderbuchse 47 auf. In dieser ist ein zweiter Kolben 49 geführt, der eine kleinere druckbeaufschlagbare Kolbenfläche als der gegenüberliegende erste Kolben 35 aufweist. Wie beim ersten Kolben 35 ist im weiteren Kolben 49 eine Kugelpfanne 51 ausgebildet, die zusammen mit einem Kugelkopf 53 an der zugehörigen Kolbenstange 55 ein weiteres Kugelgelenk ausbildet. Das vom Kugelkopf 53 abgekehrte Ende der Kolbenstange 55 weist, wie dies bei der Kolbenstange 41 des ersten Stellzylinders 31 der Fall ist, eine Kugelpfanne 57 auf, die zusammen mit der Kugelpfanne 43 der anderen Kolbenstange 41 und dem Kugelkopf 29 am Schwenkhebel 23 ein dem Schwenkhebel 23 zugehöriges Kugelgelenk ausbildet. Zwischen der Zylinderbuchse 47 des zweiten Stellzylinders 45 und einem Federteller 59 der Kolbenstange 55 ist eine Druckfeder 61 eingespannt, die die Verstelleinrichtung 21 in die in 1 gezeigte, der maximalen Pumpenförderung entsprechende Einstellung vorspannt und außerdem Kugelköpfe und Kugelpfannen der drei gebildeten Kugelgelenke spielfrei in Anlage aneinanderhält.
Für die Betätigung der Stelleinrichtung 21 ist der Druckraum 63 des ersten Stellzylinders 31 mit einem die Förderleistung bestimmenden Steuerdruck beaufschlagbar. Der Druckraum 65 des zweiten Stellzylinders 45 ist mit dem im Betrieb von der Pumpe erzeugtem Systemdruck beaufschlagt. Die Kraft der Druckfeder 61, die die Kolbenstangen 41, 55 für eine Bewegung nach rechts (entsprechend der Darstellung der Zeichnung) vorspannt, hält die Verstelleinrichtung bei Stillstand der Pumpe und daher fehlendem Systemdruck im zweiten Stellzylinder 45 in der in 1 gezeigten Einstellung auf maximale Förderleistung. Um die Pumpe im Betrieb auf eine geringere Förderleistung, gegebenenfalls auf Null-Förderung (diese Einstellung ist in 2 gezeigt), einzustellen, wird der erste Stellzylinder 31 mit einem entsprechenden Steuerdruck versorgt. Sobald die vom Steuerdruck im ersten Stellzylinder 31 erzeugte Kolbenkraft die aus der Federkraft und der Kolbenkraft des vom Systemdruck beaufschlagten Kolbens 49 des zweiten Stellzylinders 35 kombinierte Gesamtkraft übersteigt, wird der Schwenkhebel 23 aus der in 1 gezeigten Maximal-Förderstellung nach links in die entsprechende Steuerstellung bewegt. Um diese Einstellbewegungen mit einem Steuerdruck mit einem verhältnismäßig niedrigen Druckniveau zu veranlassen, ist die wirksame Kolbenfläche am Kolben 35 des ersten Stellzylinders 31 wesentlich größer gewählt als bei dem Kolben 49 des zweiten Stellzylinders.
Wie insbesondere aus 2 zu ersehen ist, ist in dem vom Systemdruck beaufschlagbaren Kolben 49 eine Bohrung 67 gebildet. Diese bildet den Eingang eines Schmiermittelkanals, der sich über einen Durchgang 69 in der Kolbenstange 55, eine Bohrung 71 im Kugelkopf 29 des Schwenkhebels 23 und einen Durchgang 73 in der anderen Kolbenstange 41 bis zum Kugelgelenk am Kolben 35 des ersten Stellzylinders 31 fortsetzt. Dadurch gelangt das unter Systemdruck stehende Druckfluid, insbesondere in Form eines Hydrauliköls mit Schmiereigenschaft, als Schmiermittel zu sämtlichen Lagerflächen aller Kugelgelenke, so dass die Verstelleinrichtung 21 verschleißfrei, reibungsarm und betriebssicher arbeitet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4415510 C1 [0002]

Claims

Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart, insbesondere für Hydraulikanlagen, mit einer in einem Pumpengehäuse (1) um eine Drehachse (7) rotierend antreibbaren Zylindertrommel (3), in der Kolben (9) axial bewegbar angeordnet sind, die sich mit ihrem außerhalb der Zylindertrommel (3) zugänglichen Betätigungsende (11) an einer Schrägscheibe (15) zumindest mittelbar abstützen, die zur Einstellung des Hubes der Kolben (9) und damit des durch diese erzeugten Fluid-Systemdrucks in gewünschte Neigungswinkel relativ zur Drehachse (7) mittels einer Verstelleinrichtung (21) schwenkbar ist, die in einem hydraulisch betätigbaren Stellzylinder (31) einen Stellkolben (35) aufweist, dessen Bewegung über mindestens eine eine Gelenkstelle (37, 39; 29, 43) aufweisende getriebliche Verbindung auf die Schrägscheibe (15) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkstelle durch ein zwischen Kolben (35) und Kolbenstange (41) des Stellzylinders (31) befindliches Kugelgelenk (37, 39) gebildet ist.
Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gelenkstelle durch ein zweites Kugelgelenk (29, 43) zwischen der Kolbenstange (41) und einem Betätigungsteil (23) der Schrägscheibe (15) gebildet ist.
Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kugelkopf (29, 39) und Kugelpfanne (37, 43) der Kugelgelenke kraftschlüssig in Anlage haltende Federanordnung (61) vorgesehen ist.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (61) die Schrägscheibe (15) in die der maximalen Pumpenförderung entsprechende Schwenkstellung vorspannt.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Stellzylinder (45) vorhanden ist, der mit gemeinsamer, zur Drehachse (7) senkrechter Zylinderachse dem ersten Stellzylinder (31) gegenüberliegt, dass der Stellkolben (47) des zweiten Stellzylinders (45) hydraulisch entgegen der Bewegung des Stellkolbens (35) des ersten Stellzylinders (31) bewegbar ist und dass die Kolbenstange (55) des zweiten Stellzylinders (45) am einen Ende über ein drittes Kugelgelenk (51, 53) mit dem zugehörigen Stellkolben (47) in Verbindung ist und am anderen Ende zusammen mit der Kolbenstange (41) des ersten Stellzylinders (31) das zweite Kugelgelenk (29, 43, 57) am Betätigungsteil (23) der Schrägscheibe (15) ausbildet.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsteil durch einen mit der Schrägscheibe (15) verbundenen Schwenkhebel (23) gebildet ist, der sich seitlich der Schrägscheibe (15) und der Zylindertrommel (3) bei der Einstellung auf Null-Pumpenförderung parallel zur Drehachse (7) erstreckt und an dessen freiem Ende sich das zweite Kugelgelenk (29, 43, 57) befindet.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung eine Druckfeder (61) aufweist, die die Kolbenstange (55) des zweiten Stellzylinders (45) für die Bewegung vorspannt, die dem Ausfahren des Stellkolbens (49) des zweiten Stellzylinders (45) und dem Einfahren des Stellkolbens (35) des ersten Stellzylinders (31) und damit dem Schwenken des Schwenkhebels (23) aus der achsparallelen Stellung in Richtung auf die Stellung der maximalen Pumpenförderung entspricht.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellzylinder (31) mit einem Steuerdruck für die Einstellung der Pumpenförderung und der zweite Stellzylinder (45) mit dem herrschenden Systemdruck beaufschlagbar sind.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Steuerdruck beaufschlagbare Kolbenfläche des Kolbens (35) des ersten Stellzylinders (31) größer gewählt ist als die vom Systemdruck beaufschlagbare Kolbenfläche des Kolbens (49) des zweiten Stellzylinders (45).
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgelenke an den Stellkolben (35, 49) durch eine Kugelpfanne (37, 51) am jeweiligen Kolben (35, 49) und einen Kugelkopf (39, 53) an der Kolbenstange (41, 55) gebildet sind.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgelenk am Betätigungsteil durch einen am freien Ende des Schwenkhebels (23) befindlichen Kugelkopf (29) und durch kalottenförmige Flächen gebildet ist, die an den zugeordneten Enden der Kolbenstangen (41, 55) ausgebildet sind und Kugelpfannen (43, 57) bilden.
Axialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vom Systemdruck beaufschlagbaren Kolben (49) eine durchgehende Schmiermittelbohrung (67) gebildet ist, die den Eingang eines Schmiermittelkanals (69, 71, 73) für die Schmierung der Kugelgelenke bildet.