DE19708922B4

DE19708922B4 - Hydraulische Axialkolbenpumpe mit einem Gehäuse

Info

Publication number: DE19708922B4
Application number: DE19708922A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bader
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2017-03-06
Also published as: DE19708922A1

Abstract

Hydraulische Axialkolbenpumpe mit einem äußeren Gehäuse (1), mit einer durch mindestens zwei in diesem Gehäuse (1) abgestützte Lager (19; 21) drehbar gehaltenen Antriebswelle (2) und mit einer innerhalb des Gehäuses (1) liegenden Taumelscheibe (3), deren gegenüber der Antriebswelle (2) geneigte Planfläche (4) zyklisch in einem Kolbenkörper (7) entgegen Federkräften verschiebbare Förderkolben (9) betätigt, wobei das eine Lager (19) zwischen der Taumelscheibe (3) und der Antriebsseite (6) des Gehäuses (1) zwischen diesem und der Antriebswelle (2) angeordnet ist und wobei das andere Lager (21) auf der von dem einen Lager (19) abgewandten Seite der Taumelscheibe (3) zwischen einem Zapfen (20) der Antriebswelle (2) und einer Lageraufnahme (21') des Kolbenkörpers (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Lagern (19; 21) ein Axiallager (22) zwischen einer senkrecht zur Antriebswelle (2) verlaufenden Druckfläche (5) und einer Schulter (23) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei diese Schulter (23) zwischen dem Axiallager (22) und...

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenpumpe mit einem äußeren Gehäuse und einer darin durch zwei in diesem Gehäuse abgestützte Lager drehbar gelagerten Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Pumpe ist aus DE 40 29 510 A1 bekannt. Hierbei ist die Antriebswelle im Bereich der Förderkolbenführung mit einem Zylinderrollenlager und auf der diesem Lager abgewandten Seite der Taumelscheibe mit einem recht groß dimensionierten Kegelrollenlager abgestützt. Das Kegelrollenlager nimmt neben der Gewichtskraft der Antriebswelle auch die durch die hohen Förderdrücke verursachten Axialkräfte auf. Durch die hierbei notwendige große Dimensionierung des Kegelrollenlagers, weist die Axialkolbenpumpe, gemessen an deren Förderleistung, vergleichsweise große Abmessungen auf. Dies ist bezüglich des häufig nur sehr begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraums für die Pumpe bei vielen Anwendungsfällen nicht praktikabel. Des weiteren wälzt sich die Schrägfläche der Taumelscheibe beim Betätigen der Förderkolben direkt auf deren Boden ab, wodurch zwischen beiden Elementen Reibung entsteht, welche zu einem hohen Verschleiß beider Elemente und zu einer unangemessen hohen Verlustleistung der Pumpe führt.

Die gattungsgemäße Axialkolbenpumpe weist, gemessen an den äußeren Abmessungen des Pumpengehäuses, eine vergleichsweise kleine Pumpe auf, welche beispielsweise für Förderdrücke in der Größenordnung von 150 bar ausreichend ist.

Die DE 1 713 371 U offenbart eine Axialkolbenpumpe bei der Axialkräfte ebenfalls mittels der Lagerung der Antriebsachse aufgenommen werden, was die bereits o.g. Nachteile bezüglich Bauraum zur Folge hat.

Aus der Offenlegungsschrift DE 1 453 606 A ist ein Axialkolbenpumpe bekannt, welche eine Taumelscheibe aufweist, die einen Ringkörper in hin- und hergehende Bewegungen versetzt, wobei der Ringkörper über Rollen-Drucklager auf der Taumelscheibe gelagert ist. Zur Übertragung der hin- und hergehenden Bewegungen auf die Förderkolben ist der Ringkörper mit Kugelpfannen versehen, in denen die Kugelkopfenden der Förderkolben gehalten sind. Durch diese Lagerung wird zwar die Reibung und der Verschleiß zwischen Ringkörper und Förderkolben vermindert, doch ist diese Lösung sehr aufwändig und daher teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Axialkolbenpumpe dahingehend zu verbessern, daß deutlich höhere Förderdrücke erzielbar sind, bei gleichzeitig geringen äußeren Abmessungen der Pumpe.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass zwischen den beiden Lagern ein Axiallager zwischen einer senkrecht zur Antriebswelle verlaufenden Druckfläche und einer Schulter des Gehäuses angeordnet ist, wobei diese Schulter zwischen dem Axiallager und dem einen Lager ausgebildet ist und wobei zwischen der geneigten Planfläche und den Förderkolben ein um die Senkrechte dieser Planfläche gegenüber der Antriebswelle entkoppelt drehbares Druckstück angeordnet ist, das einen umlaufenden Flansch trägt, zwischen dessen der Planfläche zugewandter Flanschfläche und dieser Planfläche ein weiteres Axiallager angeordnet ist und dessen gegenüberliegende Flanschfläche unmittelbar auf die Förderkolben wirkt.

Mit der Erfindung sind zwei wesentliche Vorteile erzielt. Zum einen werden durch das zwischen den beiden Lagern angeordnete Axiallager die durch die hohen Förderdrücke verursachten Axialkräfte kraftflussgerecht im Gehäuse abgestützt, wodurch die beiden zuvor angesprochenen Lager von diesen Axialkräften weitgehend oder vollständig befreit werden. Diese können dadurch deutlich kleiner dimensioniert sein als aus dem Stand der Technik bekannt.

Zum anderen bewirkt die Entkopplung der geneigt angeordneten Planfläche der Taumelscheibe vom unmittelbaren Kontakt mit den Förderkolben durch Zwischenschaltung eines Druckstücks ein weiteres Herabsetzen der Reibungen und Belastungen, Dadurch wird die Verlustleistung der Förderpumpe verringert, wodurch diese bei gleichen Abmessungen mehr Leistung bereitstellen kann oder bei gleicher Leistung kleiner gebaut sein kann. Zusätzlich wird hierdurch der Verschleiß vermindert und die Zuverlässigkeit der Pumpe erhöht.

Das eingangsseitig zwischen Antriebswelle und Gehäuse angeordnete eine Lager ist vorzugsweise als Rillenkugellager zur Aufnahme der an dieser Stelle im wesentlichen radialen Antriebslast ausgebildet, während das zweite, den Zapfen in dem Kolbenkörper abstützende Lager vorzugsweise als radiale Lasten abstützendes Rollen- bzw. Nadellager ausgebildet ist.

Die beiden angesprochenen Axiallager auf der Planfläche bzw. auf der von dieser abgewandten Seite sind vorzugsweise als Rollenlager ausgebildet und das Druckstück kann vorzugsweise mittels eines weiteren Nadellagers auf der Antriebswelle gelagert sein.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
Die einzige Figur zeigt in einem Längsschnitt eine hydraulische Axialkolbenpumpe mit einem einstückig ausgebildeten äußeren Gehäuse 1 und einer durch noch näher zu erläuternde Lager in diesem Gehäuse 1 abgestützt drehbar gehaltenen Antriebswelle 2. Gemeinsam mit dieser Antriebswelle 2 umlaufend ist auf dieser eine Taumelscheibe 3 mit einer gegenüber der Antriebswelle 2 geneigt angeordneten Planfläche 4 und einer senkrecht zur Antriebswelle 2 verlaufenden Druckfläche 5 angeordnet.
Von einer Antriebsseite 6 des Gehäuses 1 aus betrachtet folgen axial auf die Antriebswelle 2 zunächst ein zweiteilig ausgeführter Kolbenkörper 7 und im Anschluß daran eine hochdruckseitige Abströmplatte 8.
In dem Kolbenkörper 7 sind entgegen von Federkräften verschiebbare Förderkolben 9 gleitverschieblich gelagert. Die spezielle Ausgestaltung dieser Förderkolben 9 ist Gegenstand einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin und wird hier nicht näher erläutert, da sie zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht beiträgt.
Die grundsätzliche Funktionsweise einer solchen Axialkolbenpumpe ist bekannt und wird daher nur kurz erläutert. Die Antriebswelle 2 wird an der Antriebsseite 6 von einem nicht gezeigten Antriebsmittel in Rotation versetzt. Die gemeinsam mit der Antriebswelle 2 umlaufende Taumelscheibe 3 betätigt dabei über die geneigt angeordnete Planfläche 4 zyklisch die Förderkolben 9. Diese Förderkolben 9 bestehen im hier vorliegenden Fall im wesentlichen aus einer mit der Taumelscheibe 3 zusammenwirkenden Kappe 10 und einem Plunger 11.
Der Kolbenkörper 7 wird aus zwei axial hintereinander liegenden Teilkörpern 12, 13 gebildet, wobei im Teilkörper 12 die Kappen 10 und im Teilkörper 13 die Plunger 11 gleitverschieblich gelagert sind.
Über einen im Gehäuse 1 ausgebildeten Zulauf 14 und eine am Teilkörper 13 umlaufend ausgebildete Nut 15 sowie Querbohrungen 16 wird den Plungern 11 während eines Entlastungshubes das zu fördernde Fluid zugeführt.
Während eines Verdichtungshubes, in der Zeichnung anhand des dargestellten Förderkolbens 9 erkennbar, verdichtet der Plunger 11 das zugeführte Fluid auf seiner in der Zeichnung linken Stirnseite und schiebt dieses in die Abströmplatte 8. Dieses erfolgt nur, wenn der an einer Abströmleitung 17 und damit verbundenen, jedem Förderkolben 9 zugeordneten Druckventilen 18 anliegende Systemdruck geringer ist als der von dem Förderkolben 9 erzeugte Förderdruck. Ist dies der Fall, hebt das Druckventil 18 entgegen einer Federvorspannung von seinem Sitz ab und das mit vergleichsweise hohem Druck versehene Fluid kann über die Abströmleitung 17 einem Verbraucher zugeführt werden.
Die Antriebswelle 2 ist antriebsseitig in einem zwischen ihr und dem Gehäuse 1 angeordneten Lager 19, hier beispielsweise als Rillenkugellager ausgebildet, abgestützt. Die Antriebswelle 2 ist an ihrem gehäuseinneren Ende mit einem Zapfen 20 versehen, welcher mittels eines zweiten Lagers 21 in einer Lageraufnahme 21' des Kolbenkörpers 7 abgestützt ist. Dieses auf der von dem einen Lager 19 abgewandten Seite der Taumelscheibe 3 angeordnete Lager 21 ist als Nadellager ausgebildet.
Das zweite Lager 21 ist ausschließlich und das eine Lager 19 im wesentlichen zur Aufnahme von radialen Lasten ausgelegt. Zur Abstützung der durch die Betätigung der Förderkolben 9 über die Taumelscheibe 3 eingeleiteten Axialkräfte ist zwischen diesen beiden Lagern 19 und 21 ein Axiallager 22 zwischen der Druckfläche 5 und einer damit korrespondierenden Schulter 23 des Gehäuses 1 unter Zwischenschaltung einer Druckscheibe 24 angeordnet.
Zur Ermöglichung von vergleichsweise hohen Förderdrücken von bis zu 1700 bar ist des weiteren vorgesehen, daß zwischen der geneigten Planfläche 4 und den Förderkolben 9 ein gegenüber der Antriebswelle 2 entkoppelt drehbar gelagertes Druckstück 25 angeordnet ist. Dieses Druckstück 25 ist unter Vermittlung eines Nadellagers 26 auf einem senkrecht zur Planfläche 4 und damit geneigt gegenüber der restlichen Antriebswelle 2 verlaufenden Wellenabschnitt 27 gelagert.
Das Druckstück 25 trägt weiterhin einen umlaufenden Flansch 28 mit zwei parallel zueinander und senkrecht zu dem Wellenabschnitt 27 verlaufenden Flanschflächen 29 und 30. Zwischen Planfläche 4 und Flanschfläche 30 ist ein weiteres, als Rollenlager ausgebildetes Axiallager 31 angeordnet. Somit ist das Druckstück 25 mittels Nadellager 26 und weiterem Axiallager 31 von der Rotation der Antriebswelle 2 vollständig drehentkoppelt. Dieses führt während des Betriebes der Axialkolbenpumpe im Zusammenspiel mit der hier nicht weiter ausgeführten Gestaltung der Flanschfläche 29 und der Ausgestaltung der dieser Flanschfläche 29 zugewandten Flächen der Kappen 10 zu einem vollständigen oder nahezu vollständigem Stillstand des Druckstückes 25.
Mit der getroffenen Anordnung ist gewährleistet, daß die durch die Förderung eines Arbeitsfluides unter extrem hohem Druck auftretenden Radial- und Axiallasten in geeigneter Weise aufgenommen werden. Des weiteren ist gewährleistet, daß durch diese Anordnung auf die Förderkolben 9 lediglich in Richtung des Plungers 11 verlaufende Axialkräfte einwirken und diese Förderkolben 9 somit querkraftfrei gestellt sind.

Claims

Hydraulische Axialkolbenpumpe mit einem äußeren Gehäuse (1), mit einer durch mindestens zwei in diesem Gehäuse (1) abgestützte Lager (19; 21) drehbar gehaltenen Antriebswelle (2) und mit einer innerhalb des Gehäuses (1) liegenden Taumelscheibe (3), deren gegenüber der Antriebswelle (2) geneigte Planfläche (4) zyklisch in einem Kolbenkörper (7) entgegen Federkräften verschiebbare Förderkolben (9) betätigt, wobei das eine Lager (19) zwischen der Taumelscheibe (3) und der Antriebsseite (6) des Gehäuses (1) zwischen diesem und der Antriebswelle (2) angeordnet ist und wobei das andere Lager (21) auf der von dem einen Lager (19) abgewandten Seite der Taumelscheibe (3) zwischen einem Zapfen (20) der Antriebswelle (2) und einer Lageraufnahme (21') des Kolbenkörpers (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Lagern (19; 21) ein Axiallager (22) zwischen einer senkrecht zur Antriebswelle (2) verlaufenden Druckfläche (5) und einer Schulter (23) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei diese Schulter (23) zwischen dem Axiallager (22) und dem einen Lager (19) ausgebildet ist und wobei zwischen der geneigten Planfläche (4) und den Förderkolben (9) ein um die Senkrechte dieser Planfläche (4) gegenüber der Antriebswelle (2) entkoppelt drehbares Druckstück (25) angeordnet ist, das einen umlaufenden Flansch (28) trägt, zwischen dessen der Planfläche (4) zugewandter Flanschfläche (30) und dieser Planfläche (4) ein weiteres Axiallager (31) angeordnet ist und dessen gegenüberliegende Flanschfläche (29) unmittelbar auf die Förderkolben (9) wirkt.