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Einrichtung zur Geräuschminderung an einer Radialkolbenpumpe (Nullhubpumpe)
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geräuschminderung an einer regelbaren
Radialkolbenpumpe, die als Nullhubpumpe arbeitet und deren Zylinderstern sich um
,eine mit Kanälen für den Saug- und Druckraum versehenen Steuerzapfen dreht. Die
Kolben der Förderzellen sind sternförmig im Zylinderstern angeordnet und stützen
sich auf einen den Zylinderstern- umgebenden, mitlaufenden Kolbenführungsring .ab.
Die druckabhängige Fördermengenregelung wird durch das Schwenken des Kolbenführungsringes
bzw. Schwenkrahmens um einen festen Drehpunkt oder durch geradlinige Verstellbewegung
des Kolbenführungsriages geneigt zur Symmetrielinie des Steuerzapfens erreicht.
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Bei den bekannten Nullhub-Regelpumpen mit Schwenkrahmen ergibt sich
eine Kreisbahn, auf der sich der Kolbenführungsnrngmittelpunkt beim Schwenken um
einen festen Drehpunkt bewegt, wobei in Nullhub-Stellung die Symmetrielinien des
Kolbenführungsringes identisch mit den Symmetrielinien des Steuerzapfens sind. Regelpumpen
mit dieser Anordnung zeigen, daß beim Einschwenken des Schwenkrahmens von maximaler
Fördermenge in Nullhub-Stellung, d. h. beim Ansteigen des Druckes von etwa Null
bis zum maximalen Druck, die Bewegung des Schwenkrahmens bzw. Kolbenführungsringes
so erfolgt, daß sich keine Anpassung der Vorspannuug in den Förderzellen beim Überlauf
vom Saug- zum Druckraum ergibt. Beim Ausschwenken von Nullhub auf maximale Fördermenge,-wobei
der, Druck annähernd Null wird, verschiebt sich. die Symmetrielinie des Kolbenführungsringes,
welche die Totpunktlagen der Förderzellen zwischen Druck-und Saugraum kennzeichnet,
um eine entsprechende Strecke parallel zur Symmetrielinie des Steuerzapfens, d.
h. der maximale Versatz der Symmetrielinien ergibt sich im Bereich der maximalen
Fördermenge.
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Die bekannten Nullhub-Regelpumpen, die nach dem beschriebenen Prinzip
arbeiten, haben den. Nachteil, daß während der Druckperiode beträchtlicher Lärm
verursacht wird. Dieser Lärm entsteht hauptsächlich, weil beim übergang vom Saug-
zum Druckraum der Druck der Ölsäule in der Förderzelle keine Annäherung an den Druck
der Ölsäule im Druckraum erfährt und somit das Öl im Druckraum sich geräuschvoll
in die Förderzelle entspannt. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich bei maximaler Fördermenge
der Nullhub-Regelpumpen beim übergang vom Druck- zum Saugraum.
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Es sind bereits Maßnahmen an Nullhub-Regelpumpen bekannt, mit denen
die Geräusche vermindert werden. Man füllt dabei die Förderzellen beim überfahren
der Steuerstege mit einem Hilfsdruck, um eine vollständige und gleichzeitig vorgespannte
Ölfüllung der Förderzelle- zu erhalten. Die Maßnahme hat jedoch den Nachteil, daß
eine zusätzliche Hilfspumpe benötigt wind, und zum anderen bleibt der Hilfsdruck-
über dein Regälbervich der Nullhub. pumpe konstant. Ein konstanter Druck der Ölsäule
in der Förderzelle kann ebenfalls über dem Regelbereich der Nullhubpumpe, Welche
Förderzellen besitzt, erreicht werden, indem man, wie bekannt, den Kolbenführungsring
um eine von der Höhe des Druckunterschiedes zwischen Förderzelle und Druckraum .abhängige
Strecke so versetzt, daß der. Abstand der Symmetrielinie des Kolbenfizhrungsringes,
welche die Totpunktlageu der Kolben, der. Förderzellen, kennzeichnet, von der Symmetrielinie
des Steuerzapfens im Regelbereich der Nullhubpumpe gleich groß ist. Diese Maßnahme
hat den Nachteil, daß der Druck in der Förderzelle über dem gesamten Regelbereich
konstant ist. NuMub-Regelpumpen mit dieser Maßnahme zeigen eine hohe Geräuschbildung
im Leerlauf, d. h. bei maximaler Fördermenge und Druck annähernd Null. Es ist eine
weitere Maßnehme zur Geräuschminderung bekannt, durch welche über dem Regelbereich
der Nullhubpumpe eine annähernde übereinstrimmung des Druckes in der Förderzelle
mit dem Druck im Druckraum im Moment des Anschlusses der Förderzelle an den Druckraum
erreicht wird und die bei Nullhub-Regelpumpen Anwendung finden kann. Durch die asymmetrische
Anordnung der .Steuerstege wird eine Druckerhöhung in der Förderzelle keim Überfahren
des Steuersteges vom Saug- zum Druckraum erreicht. Damit der Druck in der Förderzelle
entsprechend
den Druckschwankungen im Druckraum angepaßt werden
kann, werden die asymmetrisch angeordneten Steuerstege des Steuerzapfens durch die
Pumpensteuerung mittels einer getrieblichen Verbindung verstellt bzw. die Verstellung
erfolgt durch die Druckflüssigkeit selbst, und zwar über Kolben und Zylinder gegen
eine Druckfeder. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß zur funktionssicheren Verstellung
des Steuerzapfens ein hoher technischer und ökonomischer Aufwand notwendig ist,
um eine Geräuschminderung zu erreichen.
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Die Annäherung des Druckes in der Förderzelle an den jeweiligen Druck
im Druckraum bzw. an den Druck im Saugraum kann noch, wie bekannt, erreicht werden,
indem die Verschiebung des Kolbenführungsringmittelpunktes der Regelpumpe längs
einer von der Symmetrielinie des Steuerzapfens abweichenden Bahn erfolgt, die die
Symmetrielinie des Steuerzapfens in der Nullstellung der Regelpumpe, bei welcher
die Fördermenge annähernd Null ist, schneidet, sie berührt oder ihr gleich ist,
d. h., daß bei Nullhub der Kolbenführungsringmittelpunkt und der Steuerzapfenmittelpunkt
gleich sind. Beim Einschwenken der Regelpumpe von maximaler Fördermenge auf Nullstellung
nimmt der Vorspanndruck in der Förderzelle bis auf annähernd Null ab. Der Maximalwert
des Versatzes der Symmetrielinie des Kolbenführungsringes, welche die Totpunktlagen
der Förderzellen zwischen Druck- und Saugraum kennzeichnet, zur Symmetrielinie des
Steuerzapfens tritt bei maximaler Fördermenge auf. Diese Maßnahme hat den Nachteil;
daß sich bei Nullhub-Regelpumpen keine Geräuschminderungen ergeben, weil in Nullstellung
der Regelpumpe, in welcher die Fördermenge annähernd Null ist und der Druck seinen
Maximalwert erreicht hat, keine Druckannäherung der Ölsäule in der Förderzelle zum
Druckraum erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Druckänderung, die die Förderzellen
beim Überfahren der Steuerstege vor dem Anschlüß an den Druck- oder Saugraum erfahren,
so zu nutzen, daß bei Nullhub-Radialkolbenpumpen die Druckänderung in der Förderzelle
stets im Sinne einer Annäherung an den im Druck- oder Saugraum herrschenden Druck
erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß bei Nullhub die Symmetrielinie
des Kolbenführungsringes, welche sich bei den Totpunktstellungen der Förderzellen
zwischen Druckraum und Saugraum befindet, parallel zur Symmetrielinie des Steuerzapfens
um eine entsprechende Strecke x in Richtung Saugraum verschoben ist. Es wird somit
beim Übergang der Förderzelle vom Saugraum zum Druckraum eine Vorkompression der
Ölsäule in der Förderzelle erreicht, so daß die schlagartige Entspannung des Öles
vom Druckraum in die Förderzelle vermieden wird. Beim Übergang vom Druckraum zum
Saugraum wird die Kompression der Ölsäule in der Förderzelle um einen der Strecke
x entsprechenden Betrag verringert.
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Beim Ausschwenken des Kolbenführungsringes um einen festen Drehpunkt
von Nullhub-Stellung auf maximale Fördermenge wird die Strecke x zwischen den Symmetrielinien
des Steuerzapfens und des Kolbenführungsringes stetig entsprechend der Druckabnahme
im Druckraum kleiner, so da.ß sich in jeder Arbeitsphase der Radialkolbenpumpe der
Druck in den Förderzellen dem Druck im Druckraun und Saugraum annähert. Beim Ausschwenken
auf maximale Fördermenge beschreibt der Mittelpunkt des Kolbenführungsringes eine
Kurvenbahn, die in . Nullhub-Stellung der. Radialkolbenpumpe ihren maximalen Abstand
von der Symmetrielinie des Steuerzapfens erreicht und die bei maximaler Fördermenge
der Symmetrielinie des Steuerzapfens nahe kommt, die Symmetrielinie des Steuerzapfens
aber nicht schneidet.
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Um .bei Nullhub-Radialkolbenpumpen mit geradliniger Verstellbewegung
für die Fördermengenregelung die gleichen Verhältnisse zu erzielen, wie beim Schwenken
des Kolbenführungsringes um einen festen Drehpunkt, beschreibt der Mittelpunkt des
Kolbenführungsringes eine Gerade, die geneigt zur Symmetrielinie des Steuerzapfens
ist, welche in Nullhub-Stellung der Radialkolbenpumpe ihren maximalen Abstand von
der Symmetrielinie des Steuerzapfens erreicht und die bei maximaler Fördermenge
der Symmetrielinie des Steuerzapfens nahe kommt. Die Symmetrielinie des Steuerzapfens
aber nicht schneidet. Bei geradliniger Verschiebung des Kolberführungsringes hat
die maximale Strecke x bei Nullhub und die minimale Strecke x bei maaimaIer Fördermenge,
bezogen auf die Symmetrielinie des Steuerzapfens, die gleichen Größen wie beim Schwenken
um einen festen Drehpunkt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine wesentliche Geräuschminderung
bei Nullhub-Radialkolbenpumpen erreicht.
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Die Erfindung wird nachstehend an dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine Nullhub-Radialkolbenpumpe
in Förderstellung mit Schwenkrahmen, F i g. 2 einen Schnitt durch eine Nüllhub-Radialkolbenpumpe
mit geradliniger Fördermengenverstellung, F i g. 3 einen Schnitt A -A durch
F i g. 1.
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Das Gehäuse 1 der Nullhub-Radialkolbenpumpe enthält Kolben 2, deren
Kopfseiten ballig ausgebildet sind, die in radialer Richtung Irin- und hergehend
in den Zylinderbohrungen der Förderzellen 3 eines umlaufenden Zylindersterns 4 geführt
und in diesem in Wechselstellung angeordnet sind. Der Zylinderstern 4
ist
drehbar auf einem Steuerzapfen 5 gelagert. Der Steuerzapfen 5 ist mit einem
Saugraum 6 und einem Druckraum 7 versehen, die mit Kanälen in Verbindung
stehen, welche in Achsrichtung des Steuerzapfens 5 liegen. Der Saugraum 6 und der
Druckraum 7 werden durch einen Steuersteg 8 getrennt. Jede Förderzelle 3 ist über
eine Steuerbuchse 9 mit einer Steueröffnung 10 verbunden, die beim Umlauf
des Zylindersternes 4 um den, Steuerzapfen 5 wechselnd mit dem Saugraum 6
und mit dem Druckraum 7 in Verbindung steht und daher die Flüssigkeit aus dem Saugraum
6 ansaugt und dann die Flüssigkeit mittels der Kolben 2 der Förderzellen 3 in den
Druckraum 7 drückt. Betrachtet man die Bewegung eines Kolbens 2 der Radialkolbenpumpe,
wenn er von dem Druckraum 7 zum Saugraum 6 bewegt wird, so ist der Kolben 2 nach
Überquerung der Symmetrielinie 13 des Steuersteges 8 bei Totpunktstellung auf der
Symmetrielinie 12 des Kolbenführungssringes 11
am weitesten in den
Zylinderstern 4 eingetaucht. Auf der entgegengesetzten Seite beim Weg vom Saugraum
6 zum Druckraum 7 ist der Kolben 2 ebenfalls auf der Symmetrielinie 12 am weitesten
aus dem Zylinderstern 4 teerausgeschoben.
Bewegt sich eine
mit Drucköl gefüllte Förderzelle 3 vom Druckraum 7 zum Saugraum 6, so erfolgt ,bis
zu dem Moment, da die hintere Steuerkante der Steueröffnung 10 mit der Steuerkante
des Steuersteges 8 den Druckraum 7 abschließt, eine Druckarbeit in den Druckraum
7, auf dem anschließenden Weg bis zur Öffnung der vorderen Steuerkante der Steueröffnung
10 zum Saugraum 6 erfolgt ein Komprimieren der eingeschlossenen Ölsäule, die sich
bis zum gewissen Grad schlagartig in den Saugraum 6 entspannt. Der Beginn,dieses
Entspannens ist um einen der Strecke x entsprechenden Winkelbetrag verschoben. Dadurch
ist die Druckhöhe des eingeschlossenen Öles in der Förderzelle 3 geringer, d a der
Kolben 2, noch während er das letzte Stück seines Druckhubes ausführt, bereits mit
dem Saugraum 6 verbunden ist.
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Bewegt sich die Förderzelle 3 während des Füllvorganges vom Saugraum
6 zum Druckraum 7, so erfolgt das Saugen, bis :die Mitte des Kolbens 2 die Symmetrielinie
12 durchläuft. In diesem Moment ist die hintere Steuerkante der Steueröffnung 10
noch mit dem Saugraum 6 in Verbindung. Bewegt sich der Kolben 2 aus der Symmetrielinie
12 heraus, so beginnt bereits ein Druckhub. Geringe Ölmengen werden dabei in den
Saugraum 6 zurückgedrückt. Im Moment, d die hintere Steuerkante der Steueröffnung
10 mit der hinteren Steuerkante des Steuersteges 8 abschließt, erfolgt ein Kompromieren
der Ölsäule in der Förderzelle 3. Dieser Druck wird annähernd die Höhe des zu erzeugenden
Druckes erreicht haben, wenn die vordere Steuerkante der Steueröffnung 10 zum Druckraum
7 öffnet.