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Axialkolbenpumpe mit Nieder- und Hochdruckteil Die Erfindung betrifft
eine Axialkolbenpumpe mit Nieder- und Hochdruckteil und im Kreis parallel angeordneten
Zylindern, in denenDifferentialkolben gleiten, die durch eine Schiefscheibe veränderlicher
Neigung, welche durch einen Regelkolben verstellt wird, der in der einen Richtung
von dem unter Hochdruck stehenden Arbeitsmittel beaufschlagt wird, betätigt werden.
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Bei derartigen bekannten regelbaren Pumpen erfolgt die selbsttätige
Regelung durch die Anordnung eines die Kolbenhubverstellung bewirkenden Regelkolbens,
der in einer Bewegungsrichtung federbelastet die Pumpenkolben auf Vollhub hält,
in der anderen Richtung dagegen vorn Förderdruck beaufschlagt unter Überwindung
der Federkraft eine Minderung des Kolbenhubes und damit der Förderleistung der Pumpe
verursacht.
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Mit der Hubverstellung, die in einer Richtung vermittels der Federkraft
erfolgt, sind naturgemäß Reibungswiderstände und auch Kräfte aus der nie voll erreichbaren
Rückstoßfreiheit der Regelung zu überwinden. Für eine Funktion der Regelung müssen
demnach die Federkräfte hoch und damit die Baumasse der Federn groß sein. Die in
den Federn gespeicherten großen Energien haben bei der Aufladung ein langes Auspendeln
der bewegten Massen und damit auch des Förderdruckes, bei der Entladung eine schlagartige
Verstellung der Pumpenkolben zum Vollhub zur Folge. Druckschwankungen bei der Regelung
sowie auch harte Wechsel von der Nullhubförderung zum Vollhub sind jedoch, abgesehen
von übermäßigen Beanspruchungen für Pumpe und hydraulische Anlage, auch funktionsmäßig
unerwünscht.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Regelung zu schaffen, welche
die aus den Regelfedern sich ergebenden Nachteile nicht mehr besitzt, d. h. den
Regelvorgang zu stabilisieren.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Regelkolben in der anderen
Richtung von dem unter Niederdruck stehenden Arbeitsmittel beaufschlagt wird.
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Die hydraulisclae Regelung hat die Vorteile, daß auch bei großen Verstellkräften
die Reglerbaumasse klein gehalten werden kann und daß die Regelenergie in beiden
Bewegungsrichtungen während des Regelvorganges erst erzeugt und nicht mehr gespeichert
wird. Der Reglerkolben wird also in beiden Richtungen gefahren und macht ein Auspendeln
der bewegten Tassen sowie auch eire schlagartige Entspannung bei einer Verstellung
zum Vollhub unmöglich. Unabhängig von der Höhe des Förderdruckes ist der Regelvorgang
vorher bestimmbar und bleibt zeitlich immer gleich.
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Nach der Erfindung ist im Regelzylinder der I\Tie-(lerdruckseitc des
Regelkolbens oder über Leitungen mit diesem verbunden fest oder einstellbar mindestens
ein Überdruckventil angeordnet.
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Die Anordnung eines Überdruckventils im Regelzylinder der Niederdruckseite
des Regelkolbens bewirkt bei Erreichung eines bestimmten Druckes das Abströmen der
Regelflüssigkeit, wodurch bei Überschreitung des Druckes infolge eines Druckanstieges
im Hochdruckteil der Pumpe eine Bewegung des Regelkolbens und damit die Hubverstellung
der Pumpenkolben zur Nullförderung eintritt. Je nach der Art des Überdruckventils
kann der eingestellte Druck und damit auch der höchste Förderdruck fest oder änderbar
sein. Bei fest oder auch einstellbar angeordneten Überdruckventilen wird also der
Regelkolben in seine andere Endlage gebracht, ohne daß dabei im Hochdruckteil ein
weitererDruckanstieg erfolgt. DiePumpe regelt also ohne Drucksteigerung von der
Volleistung in den Nullhub.
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Die Erfindung sieht weiter vor, daß das im Regelzylinder der :\7 iederdruclcseite
des Regelkolbens angeordnete Überdruckventil wegabhängig vom Regelkolben gesteuert
wird.
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Um die Leistungsaufnahme der Pumpe konstant zu halten, wird in vielen
Fällen bei abnehmender Förderleistung eine Druckzunahme verlangt. Durch die Anordnung,
daß mit der Bewegung desRegelkoibens auch eine steigende Belastung der Überdruckventilfeder
eintritt und damit das Abströmen der Regelflüssigkeit über das Überdruckventil nur
bei ständig steigendem Druck erfolgen kann, ist die Erreichung der Nullförderung
erst nach einer entsprechenden Drucksteigerung im Hochdruckventil der Pumpe möglich.
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Ein Merkmal der Erfindung ist, daß in den Niederdruckzylinderräumen
oder über Leitungen mit diesen verbundene Rückschlagventile angeordnet sind, die
im öffnenden Sinne in einen mindestens ein -Überdruckventil enthaltenden, sämtliche
Rückseiten der Niederdruckpumpenkolben
verbindenden Raum einmünden
und daß dieser Raum über Kanäle mit dem Regelzylinder der Niederdruckseite des Regelkolbens
Verbindung erhält. _ Durch Ableitung der von den Niederdruckpumpenkolben überförderten
Flüssigkeit über Rückschlagv entile in einen sämtliche Rückseiten der Niederdruckkolben
verbindenden Raum und die Abflußmöglichkeit über ein auf einen bestimmten Druck
eingestelltes Überdruckventil ist eine vom Förderdreck unabhängige, sich ständig
erhaltende, pumpeneigene Energiequelle geschaffen worden, mit deren Hilfe das Einpressen
der Förderflüssigkeit in die Hochdruckpumpenzylinderräume und eine hydraulische
Rückbewegung der Hochdruckpumpenkölben und der mit diesen eine Einheit bildenden
Niederdruckpumpenkolben erfolgt. Durch Verbindung des sämtliche Rückseiten der Niederdruckpumpenkolben
verbindenden Raumes mit dem Regelzylinder der Niederdruckseite des Regelkolbens
wird der Druck der überförderten Flüssigkeit auch auf den Regelkolben wirksam, wobei
Überdruckventile dann nur noch für einen der beiden Räume erforderlich sind.
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Eine vorteilhafte Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß
auch .dadurch erreicht, daß die Versorgung mit Flüssigkeit von den Niederdruckzy
linderräumen zu dem sämtliche Rückseiten der Niederdruckpumpenkolben verbindenden
Raum und damit auch zu dem Regelzylinder der Niederdruckseite des Regelkolbens über
Nuten .und Kanäle eines Steuerschiebers erfolgt und daß dieser Steuerschieber gleichzeitig
auch den Niederdrucksteuerschieber der Pumpe bildet.
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Die Verbindung der Niederdruckzylinderräume der drückenden Niederdruckpumpenkolben
untereinander und ihre Verbindung mit dem die Rückseiten sämtlicher Niederdruckpumpenkolben
verbindenden Raum und damit auch mit der Niederdruckseite des Regelkolbens über
den Niederdrucksteuerschieber ermöglicht die Ableitung der von den Niederdruckpumpenkolben
überförderten Flüssigkeit auch unter Umgehung der Rückschlagventile, wobei ein ständiger
Druckausgleich in den einzelnen Räumen stattfindet.
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Weiter ist nach der Erfindung -jedem Hochdruckpumpenkolben ein vom
Hochdruck beaufschlagter, durch Druckfeder belasteter Ausweichkolben zugeordnet,
dessen Federbelastung in einem bestimmten Verhältnis zu den im Regelzylinder der
Niederdruckseite des Regelkolbens angeordneten Überdruckventilen steht.
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Durch die Anordnung eines Ausweichkolbens zum Hochdruckzylinder wird
ein geringer Teil des Hochdruckpumpenkolbenhubes unwirksam, während der Niederdruckpumpenkolben
in seiner Förderung nicht beeinflußt wird. Bei der Kolbenhubverstellung endet also
die Hochdruckförderung sofort mit der Wirksamkeit des Hochdruckkolbenhubes, also
nahe vor dem Nullhub, so daß eine geringe Kolbenbewegung für die Niederdruckförderung
und damit auch für die Regelung der Niederdruckseite des Regelkolbens während des
Nullhublaufes der Pumpe erhalten bleibt.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
und nachfolgend beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die Pumpe, Fig.
2 einen Schnitt nach. der Linie II-II durch die Kolben- und Steuerschieberanordnung
der Pumpe nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine Pumpe ohne. Rückschlagventile,
Fig. 4 einen- Schnitt nach der Linie IV-IV durch die Kolben- und Steuerschieberanordnung
der Pumpe ohne Rückschlagventile.
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Die mit der Antriebswelle 10 verbundene schwenkbar angeordnete Taumelscheibe
11 betätigt die Hochdruckpumpenkolben 12 sowie die mit diesen eine Einheit bildendenNiederdruckpumpenkolben13
und regelt deren Hub. Die Hochdruckzylinderräume 14 stehen über selbsttätige Ventile
15 mit den diesen zugehörigen Niederdruckzylinderräumen 16 in Verbindung.
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Mit der Antriebswelle 10 verbunden ist ein allen Niederdruckpumpenkolben
13 gemeinsamer Steuerschieber 17 angeordnet, der den Zufluß der Förderflüssigkeit
zu den Niederdruckzylinderräumen 16 steuert. Die Förderflüssigkeit wird über Öffnungen
18 sowie die Nut 19 des Steuerschiebers 17 in die Niederdruckzylinderräume 16 gesaugt
und über Ventile 15 den Hochdruckzylinderräumen 14 sowie über Druckventile 20 der
Förderleitung zugeführt. Die gegenüber - den Hochdruckpumpenkolben 12 mit größeren
Kolbenflächen versehenen Niederdruckpumpenkolben 13 saugen größere Flüssigkeitsmengen
an als von den Hochdruckzylinderräumen 14 aufgenommen werden können. Die überförderten
Flüssigkeitsmengen werden über Rückschlagventile 23 in einen sämtliche Rückseiten
der Niederdruckpumpenkolben 13 verbindenden Raum 24 geleitet und von hier über ein
auf einen bestimmten Druck eingestelltes Überdruckventil 22 abgeführt. Der in dem
sämtliche Rückseiten der Niederdruckpumpenkolben 13 verbindenden Raum 24 vermittels
des Überdruckventils 22 gehaltene Druck bewirkt über die Niederdruckzylinderräume
16 ein Einpressen der Förderflüssigkeit in die Hochdruckzylinderräume 14 und damit
die Rückbewegung der Hochdruckpumpenkolben 12 und der mit diesen eine Einheit bildenden
Niederdruckpumpenkolben 13, falls zwischen Raum 24 und Niederdruckzylinderraum 16
kein Rückschlagventil vorhanden ist. In der Antriebswelle 10 ist ein Regelkolben
25 angeordnet, der in einer Bewegungsrichtung vermittels der Regelstange 26 aus
der Förderleitung 21 vom Förderdruck der Pumpe beaufschlagt wird. Der Regelzylinder27
der Niederdruckseite des Regelkolbens 25 steht über Kanäle 28 mit dem die Rückseiten
sämtlicher Niederdruckpumpenkolben 13 verbindenden Raum 24 in Verbindung, so daß
eine Beaufschlagung des Regelkolbens 25 in seiner anderen Bewegungsrichtung entsprechend
dem eingestellten Druck des Überdruckventils 22 erfolgt. Während beim überdruckventil22
das Abströmen der Regelflüssigkeit und damit die Bewegung des Regelkolbens 25 ohne
weiteren Druckanstieg erfolgt, wird die Ventilfeder 29 des zweiten Überdruckventils
30 mit der Bewegung des Regelkolbens 25 stärker belastet, wodurch das Abströmen
der Regelflüssigkeit aus dem Regelzylinder 27 der Niederdruckseite des Regelkolbens
25 erst bei entsprechendem Druckanstieg erfolgt. Durch die Zusammenarbeit beider
Druckventile 22 und 30 können Regeldiagramme von der Volleistung zum Nullhub ohne
Druckanstieg, mit teilweisem Druckanstieg=-:oder auch mit stetigem Druckanstieg
erreicht werden. Die Bewegungen des Regelkolbens 25 werden vermittels einer Schrägführung
31 auf die Taumelscheibe 11 übertragen, wobei die Endlagen (größte Schräglage und
gerade Stellung der Taumelscheibe 11) die Volleistung und den Nullhub der Pumpe
bewirken.
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Dem Hochdruckpumpenkolben 12 ist ein vom Förderdruck aus dem Hochdruckzylinderraum
14 beaufschlagter Ausweichkolben 32 zugeordnet, der um einen geringen Betrag der
Hochdruckförderung ausweicht
und die Förderflüssigkeit beim Saughub
dem Hochdruckzylinderraum 14 zurückgibt, wodurch ein kleiner Teil des Hubes des
Hochdruckkolbens 12 unwirksam wird, während der Niederdruckpumpenkolben 13 in seiner
Wirkung nicht beeinflußt ist. Die den Ausweichkolben 32 belastende Druckfeder 33
ist in ihrer Wirkung stärker bemessen als die Druckfeder der Überdruckventile 22
und 30, so daß während des Nullhublaufes der Pumpe eine Förderung in die Hochdruckzv
linderräume 14 verhindert wird, die Unterhaltung der Niederdruckregelung jedoch
gewährleistet ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform wird auch in Fig.3 und 4 gezeigt.
Die Niederdruckzylinderräume 16 der drückenden Niederdruckpumpenkolben 13 sind über
die Nut 34 des den Zufluß der Förderflüssigkeit zu den Niederdruckzylinderräumen
16 steuernden Steuerschiebers 17 untereinander und über Kanal 35 sowie Ringnut 36
auch mit dem die Rückseiten der Niederdruckpumpenkolben 13 verbindenden Raum 24
verbunden, wonach die von den Niederdruckpumpenkolben 13 überförderten Flüssigkeitsmengen
unterUmgehung der Rückschlagventile in den Raum 24 gesteuert werden und über das
Überdruckventil 22 abfließen können.