DE1703258A1

DE1703258A1 - Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE1703258A1
Application number: DE19681703258
Authority: DE
Inventors: Russel John Gaeton
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1967-04-24
Filing date: 1968-04-24
Publication date: 1971-12-30
Also published as: US3512178A

Description

DIPL-ING. LUDEWIG · DIPL-PHYS. BUSE · 56 WUPPERTAL-BÄRMEN

213 «inntortv,, orn^.^u^ie.^

parker-Hannifin Corporation, 17325 Euclid Avenue, Cleveland /

Ohio hh 112 (USA)

Axialkolbenpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe, insbesondere eine Axialkolbenpumpe mit veränderbarer Förderleistung, die auch als hydraulischer Antrieb verwendbar sein kann und bei der eine mit den axial angeordneten Kolben zusammenwirkende Ilubsoheibe von Hand oder selbsttätig in verschiedene Neigungslagen zu der Drehachse der Pumpe bringbar ist.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Axialkolbenpumpe, deren Förderleistung von nand einstellbar ist, in geschnittener Seitenansicht,

Fig. 2 die Axialkolbenpumpe im Schnitt gemäss der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein mit einer Stirnseite eines Zylinderblocks zusammenwirkendes Anschlußstiick mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung für die zu fördernde Flüssigkeit in Stirnansicht gemüse der Linie III-III der Fig. 2,

109853/0358 ₂

ORIGINAL. INSPECTED

Fig. h einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Axialkolbenpumpe mit einer fernbetätigbaren Einstellvorrichtung zur Veränderung der Förderleistung in geschnittener Seitenansicht, und

Fig. 5» 6 und 7 Teildarstellungen der Axialkolbenpumpe nach Fig. 1 mit verschiedenen AusfUhrungsformen von Druckausgleichsvorrichtungen zur selbsttätigen Verringerung der Förderleistung bei Überschreiten eines vorbestimmten Pumpendruckes (Fig. 5 und 6) oder zur Druckminderung bei steigender Druchflussmenge.

Die in den Fig. i - 3 dargestellte Pumpe i besteht aus einem G häuse 2, in dem eine Antriebswelle 3 und ein Zylinderblock h in Lagern 5, 6 drehbar gelagert sind. Der Zylinderblock h ist

fünf-

mit beispielsweise %_% kranzartig angeordneten und sich im wesentlichen parallel zur Drehachse des Zylinderblocks h erstreckenden Zylinderbohrungen 8 versehen, in denen Kolben 7 axial bewegbar angeordnet und durch Federn 9 belastet sind, die bei/der in der Fig. 1 dargestellten Axialkolbenpumpe die Kolben 7 nach rechts gegen die geneigte Stirnfläche des Gleitringes io der nubscheibe il drücken.

Den Zylinderbohrungen 8 ist je ein Zu- bzw, Abführungskanal 12 zugeordnet. Die Zu- bzw. AbfUhrungskanäle 12 münden auf der linken Stirnseite des Zylinderblocks h und liegen der Stirnfläche

einee AnschlusstUckes lh dicht, jedoch gegenüber diesem bewegbar/C Das /taearfpistUok lh knnn in an sich bekannter Weise ausgeführt sein und einen gekrümmten Absströmkanal 15, der in eine Austritts-

109853/0358 - 3 -

Öffnung 16 mündet, sowie einen gekrümmten Ansaugkanal 17, der in eine Eintrittsöffnung 18 mündet, aufweisen. Bei Drehung des Zylinderblocks h in dem Gehäuse 2 saugen die durch die Federn 9 nach rechts bewegten Kolben 7_fwle aus Fig. 1 ersichtlich ist, Flüssigkeit durch die Eintrittsöffnung 18 und den Ansaugkanal 17 in die zugehörigen Zylinderbohrungen 8. Die durch Zusammenwirken mit der Hubscheibe 11 nach links bewegten Axialkolben 7 drücken dagegen die Flüssigkeit aus den zugehörigen Zylinderbohrungen 8 durch den Ausströmkanal 15 und die Austrittsöffnung 16 heraus. Die Schmierung des Pumpengehäuses 2 erfolgt durch Leckflüssigkeit, wobei der Druck dieser Leckflüssigkeit über die Kanäle 19, die von einer Ringnut 2o, ^ängsnuten 21 und der Ringnut 23 zu dem Lecliflüssigkeitskanal 2h führen, ständig gleich der Höhe des Ansaugdruckes gehalten wird. Der Zwischenraum zwischen den gekrümmten Ausström- und Ansaugkanälen 15, 17 ist über den Kanal 25, der zu einer Längsnut 21 führt, druckentlastet. Andererseits ist der Kanal 26 des Gehäuses 2 über den Kanal 27 mit dem Ausströmkanal 15 verbunden. Der Zweck dieser Verbindung wird nachfolgend im einzelnen erläutert.

Die vorstehend genannten Hubscheibe 11, die als Taumelscheibe ausgeführt, ebenfalls an sich bekannt ist, ist in dem Ausfüehrungs— beispiel ringförmig ausgebildet und mit diametral gegenüberliegenden Lagerzapfen 3o versehen, die in Lagerstellen 31 des Gehäuses 2 drehbar gelagert sind und einen Gleitring 32 eines Gleitlagers 3'i tragen, dessen anderer Gleitring Io mit den Enden der Kolben 7 zusammenwirkte Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Achse der Lagerzapfen 3o gegenüber der Drehachse des ZyIinderblooks 4 vprsptzt, so dass die Hiibscheibe durch die resultierende Kraft der mm ihr angreifenden Kolben 7 im Geeenuhrzeigersinn

109853/0358 " , - h -

BAD ORIGINAL

belastet ist. Die resultierende Kraft der Kolben 7 bewirkt Semit ein Moment, das die Hubscheibe 11 in eine eine geringere Förderleistung der Pumpe bewirkende Lage zu verschwenken sucht. Aufgrund dieser Anordnung der Achse wird selbst im Falle der einen Endstellung der Hubscheibe 11, in der der Gleitring Io senkrecht zur Drehachse der Pumpe 1 steht, und diese keine Förderleistungs erbringt, durch die Federn 9 eine Kraft ausgeübt, die die Hubscheibe 11 im Gegenuhrzeigersinn belastet. Bei jedem vorgegebene» Pumpendruck verringert sich das im Gegenuhrzeigersinn auf die Hubscheibe 11 wirkende Moment, wenn diese in Richtung auf die Nullstellung bewegt wird.

Die Oberseite der Hubscheibe 11 weist eine zylindrische Ausnehmung 35 auf, die parallel zu den Lagerzapfen 3o verläuft, und in der eine zylindrische Rolle 36 angeordnet ist, die Vorzugs weise eine leichte Abflachung ( auf der Zeichnung nicht mit dargestellt) zwecks Zusammenwirken mit einer Stirnfläche eines Steuerkolbens 37 aufweist. Die Zylinderrolle 36 ist in der Ausnehmung durch Stifte 38, die ihre Enden übergreifen, in einer mittigen Lage gehalten.

Weitere Gehäuseteile 39» ^o sind untereinander und mit dem Gehäuse 2 durch Verschraubung oder andere geeignete Befestigung verbunden und bilden einen Zylinder 41, in der der Steuerkolben 37 bewegbar angeordnet ist. Weiterhin weisen die Gehäuseteile Verbindungskanäle 42_f 43 auf, die dem Zylinder 41 mit dem bereits erwähnten Hochdruckkanal 24 verbinden. Es sei dazu erwähnt, dass der Steuerkolben 37 senkrecht zu der Drehachse der Pumpe bewegbar ist und dass ein auf die Hubscheibe 11 wirkender Hebelarm ein im

109853/0358 - 5 -

~ 5 —

Uhrzeigersinn gerichtetes Moment bewirkt, das schnell ansteigt, wenn die Hubscheibe 11 aus der Nullstellung in eine eine maximale Förderleistung bewirkende Stellung überführt wird.

Der Steigerungsbetrag des im Uhrzeigersinn auf die Hubscheibe wirkenden Momentes ist so gewählt, dass dieser dem Steigerungsbe— trag des im Gegenuhrzeigersinn auf die Hubscheibe 11 wirkenden Momentes entspricht. Die Fläche des Steuerkolbens 37 ist so gewählt, dass der diesen nach unten belastende Förderdruck der Pumpe eine Kraft bewirkt, die etwas geringer ist als die durch die Axialkolben 7 auf die Hubscheibe 11 ausgeübte und diese im Gegenuhrzeigersinn belastende resultierende Kraft ist. Auf diese Weise kann die die Förderleistung der Pumpe bestimmende Stellung der Hubscheibe 11 durch eine geringe äussere Kraft leicht verändert werden.

Wie vorstehend schon erwähnt, ist in der Fig. 1 die Hubseheibe 11 in einer eine maximale Förderleistung der Pumpe bewirkenden

6ih£ Stellung dargestellt. Zur Verringerung der Förderleistung muss elt Stellschraube 45, die in dem Gehäuseteil ho angeordnet ist, im Sinne des Lösens verstellt werden. Daraufhin erfolgt eine Verschwenkung der Hubscheibe 11 im Gegenuhrzeigersinn, die durch das in diesem Sinne wirkende, durch den Druck der Axialkolben 7 bewe-irkte grössere ,Moment verursacht wird. Der Steuerkolben 37 sowie eine zwischen dem Steuerkolben 37 und der Stellschraube k5 angeordneten Stange wird dabei angehoben. Durch die Verschwenkung der Hubscheibe Ii im Gegenuhrzeigersinn tritt eine Verringerung der Förderleistung der Pumpe ein. Wenn die nubscheibe sich in der Nullstellung oder in einer Zwischenstellung

1098 5 3/0358 - 6 -

befindet, kann die Förderleistung der Pumpe 1 leicht durch Drehung der Stellschraube 45 im Sinne des Einsehraubens vergrössert werden. Dabei wird die Stange 46 und der Steuerkolben 37 durch die Stellschraube 45 nach unten gedrückt und die Neigung der Hubscheibe um den gewünschten Betrag vergrössert. Da das im Gegenuhrzeigersinn auf die Hubscheibe wirkende Moment teilweise durch den auf den Steuerkolben 37 wirksamen Flüssigkeitsdruck, der dem Pumpendruck entspricht, ausgeglichen wird, ist die Einstellung der Stellschraube 45 zur Veränderung der Förderleistung der Pumpe i in beiden Verstellrichtungen leicht von Hand durchführbar,

Fig. 4 zeigt eine weitere Aus füh rungs farn, bei der die Pumpe 5o mit Ausnahme der Steuereinrichtung zur Einstellung der Fördermenge den gleichen Aufbau wie die in den Fig. i - 3 dargestellten Ausführungsform aufweisen kann. In der in Fig. 4 dargestellten A_usführungsform sind G häuseteile 51 und 52 vorgesehen, die ähnlich wie in der Ausführungsform nach Fig. i ausgebildet sind, wobei jedoch ein Steuerkolben 53 durch eine Feder 54 belastet ist und eine Öffnung 56 aufweist, die über ein fernbetätigbares Ventilglied 57 geschlossen oder geöffnet wird. Die Steuervoirichtung ist derart ausgebildet, dass der auf den Steuerkolben zusammen mit der Feder 54 wirkende Flüssigkeitsdruck ein im Uhrzeigersinn gerichtetes, auf die Hubscheibe wirkendes Moment bewirkt, das grosser Ht als das durch die resultierende Kraft der Kolben 7 bewirkende, entgegengesetzt gerichtete Moment ist. Wenn das Ventilglied 57 in einer bestimmten Lage gehalten ist, wird die Förderleistung der Pumpe sowie der Pumpendruck durch wechselweises Öffnen und Schliessen der Steuerkammer 58 auf einem bestimmten Wert gehalten. Zur Steigerung der Förderleistung der Pumpe 5o muss das Ventilglied 57 nach unten verschoben werden, worauf die Kammer

109853/0358 - η -

58 geschlossen wird und die Hnbscheibe 11 im Uhrzeigersinn durch das in dieser Richtung wirkende und durch den hohen Druck in der Steuerlcamffler 58 bewirkte Moment in eine eine höhere Förderleistung bewirkende Stellung Überführt wird. Die Steuerung des Ventilgliedes 57 zur Einstellung der gewünschten Förderbedingungen der Pumpe 5o kann über die verschiedenartigsten selbsttätigen Steuervorrichtungen erfolgen.

Bei der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind in den Gehüuseteilen 6k, 65 Kanäle 68, 69, 7o vorgesehen, die von dem Hochdruckkanal 26 zu einem Staerzylinder oder einer Steuerkammer 71 führen, in der ein federbelasteter Steuerkolben 72 angeordnet ist. Die Fläche des Steuerkolbens 72 ist grosser gehalten als die des Steuerkolbens 37 der in Fig, 1 dargestellten Ausführungsform, so dass dadurch das auf die Hubscheibe 11 im Uhrzeigersinn vrirekende Moment grosser ist als das im Gegenuhrzeigersinn wirkende Moment und diese dadurch in einer eine maximale Förderleistung der Pumpe bewirktHffoStellung gehalten ist. Der Gehäuseteil 65 weist einen federbelasteten Schieber 73 auf, der in seiner Normalstellung den Eintritt von Druckflüssigkeit fiber die Kanäle 67, 68, 19, 7o und eine ihm zugeordnete Nut lh in die Steuerkaamer 7I gestattet. Der S^ihieber 73 ist im Noraalfall durch die Feder 75 in seiner Offenstellung gehalten, wobei der Federdruck durch eine Stellschraube 76 beliebig einstellbar ist, Der Hochdruckkanal 68 führt zugleich zu einer Kanaer 78, die zu dem freien Ende des Scheibers 73 hin geöffnet ist. Wenn der Förderdruck der Pumpe einen vorbestimmten Höchstwert übersteigt, wirkt dieser zugleich auf den Schieber 73, drückt diesen gegen die Kraft der Feder 75 nach links und

109853/0358 - 8 -

schliesst dabei die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der Sfeuerkammer 71» Zugleich wird dabei die Steuerkammer 71 über die Kanäle 79 des Schiebers und durch den in den Innenraum des Pumpeηgehauses 2 führenden Kanal 8o der G^häuseteile 6Ί, 65 druckentlastet,

Vie aus der Fig, 5 weiter zu ersehen ist, erfolgt dabej eine Schwenkung der Hubscheibe 11 durch das von den Kolben 7 bewirkte und im Gegeuuhrzeigersinn gerichtete Moment solange die Steuerkammer 71» durch die Bewegung des S_chiebers 73 nach links, dujrokert lastet ist. Durch die Schwenkung der Hubscheibe 11 im Gegenuhrzeigersinn wird zugleich eine Verringerung der Förderleistung der Pumpe bewirkt. Durch die damit verbundene Verringerung des Förderdruckes drückt die Feder 75 den Schieber 73 zurück, so daß die Verbindung zwischen den Hochdruckkanälen 67, 68, 69, 7o und der S₊euerkammer 71 wieder hergestellt wird und dadurch der Steuerkolben 72 zusammen mit der zugehörigen Belastungsfeder Bi die Hubscheibe 11 wieder im Gegenuhrzeigersinn belastet, so dass diese in einer neuen eine andere Förderleistung bewirkenden Stellung gehalten wird, solange der Pumpendruck nicht so gross wird, dass wiederrum eine Betätigung des Schiebers 73 in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgt.

Bei der in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Gehäuseteil 85 statt mit einen S_chieber 73 mit einem einstellbaren Rückschlagventil 86 versehen. Wenn der Druck in der Steuerkammer 87, die über in den oberen bzw» unteren GEhäuseteilen 9i_f 85 angeordnete Kanäle 89, 9o mit dem Hochdruckkanal 26 verbunden sind, auf einen Vert ansteigt, der das Rückschlag-

109853/0358 - 9 -

ventil 92 von seinem Sitz 93 abhebt, wird die Steuerkammer 87 über den mit dem Inneren des Pumpengehäuses 2 verbundenen Kanal 96 druckentlastet, da die Flüssigkeit aus der Steuerkammer 87 schneller ausströmen als durch die Blende 97 in die Steuerkammer 87 nachströmen kann.

Bei einer weiteren, in Fig«, 7 dargestellten Ausführungsform weist der Steuerkolben 37a einen geringeren Durchmesser auf, als der Kolben 53 der in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsform_e so dass der Förderdruck der Pumpe, der zugleich auf die Oberseite des Kolbens wirkt, nicht ausreicht, um allein die Hubscheibe Ii gegen das von den Kolben 7 bewirkte Moment in einer Gleichgewichtslage zu halten. Die von dem Steuerkolben auf die Hubscheibe Ii übertragende Kraft wird daher bei dieser Ausfuhrungsform durch eine Feder Io2 verstärkt.

109853/0358

Claims

L-ING. LUDEWIG · DIPL-PHYS. BUSE · 56 WUPPERTAL-BÄRMEN

Oi T.

Ansprüche :

1, fumpe, gekennzeichnet durch ein GEhäuse mit einer

Eintritts- und einer Austrittsöffnung und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten Zylinderblock mit kranzförmig angeordneten und im wesentlichen parallel zu dessen Drehachse verlaufenden Zylinderbohrungen, in denen Kolben axial bewegbar gehalten sind, die mit einer dem Zylinderblock stirnseitig gegenüberliegenden und um eine au dessen Drehachse querverlaufenden und gegenüber dieser versetzten A_chse schwenkbare Hubscheibe zu sammenwirken* und dadurch bei Drehung des Zylinderblocks eine H^n- und Herbewegung erfahren, wobei Absperrorgane vorgesehen sind, die die Zylinderbohrungen nacheinander mit der Eintrittsöffnung und nach Umkehr der Bewegungsrichtung der Kolben mit der Austrittsöffnung verbinden und wobei die resultierende Kraft der Kolben der Hubscheibe ein im Sinne der Verringerung der Förderleistung der Pumpe gerichtetes Drehmoment mitteilt, das bei Bewegung der Hubscheibe im Sinne der Erhöhung der Förderleistung zunimmt, während ein mit dem an der Austrittsöffnung herrschenden Flüssigkeitsdruck beaufschlagter Steuerkolben der Hubscheibe ein im Sinne der Erhöhung der Förderleistung gerichtetes Drehmoment vermittelt, das bei gleichsinniger Bewegung der Hubscheibe in gleichem Maße wie das entgegengesetzt gerichtete Moment vergrösserbar ist, wobei in den verschiedenen Stellungen der Hubscheibe annähernd ein Momentgleichgewicht besteht.

— 2 — 109853/0358

Λ\

2, Axialkolbenpumpe, deren Förderleistung durch eine Hubscheibe regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubscheibe um eine zur Drehachse der Pumpe querverlaufende und gegenüber dieser derart versetzte Achse drehbar ist, dass die resultierende Kraft der Kolben der Hubscheibe ein Drehmoment vermitteln, das bei deren Bewegung im Sinne der Erhöhung der Förderleistung zunimmt und dieser Bewegung entgegengerichtet ist, während ein mit unter Pumpendruck stehender Druckflüssigkeit beaufschlagter Steuerkolben der Hubscheibe ein im Sinne der Erhöhung der Förderleistung gerichtetes und bei deren gleichsinniger Bewegung sich entsprechend der Steigerung des Gegenmomentes erhöhendes Drehmoment vermittelt, wobei in jeder Stellung der Hubscheibe annähernd ein Momentgleichgewicht besteht.

109853/0358