DE19823353A1

DE19823353A1 - Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE19823353A1
Application number: DE1998123353
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Gerker
Original assignee: INLINE HYDRAULIK GmbH
Current assignee: INLINE HYDRAULIK GmbH
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-25
Also published as: WO1999060269A1; EP1078164A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe mit einer nicht rotierend angeordneten Schrägscheibe, deren Schwenkbereich stufenlos einstellbar ist, einer durch die Antriebswelle in Rotation versetzten Kolbentrommel, in der achsparallel zur Welle mehrere Kolben angeordnet sind, die mittels Gleitschuh und Rückholplatte auf der Ebene der Schrägscheibe hydrostatisch gelagert sind, einer durch eine Gleitscheibe von der drehenden Kolbentrommel entkoppelten, drehfest angeordneten Steuerscheibe mit darin befindlichen nierenförmigen Steueröffnungen für die Zu- und Abführung der Flüssigkeit und Leckölbohrungen, wobei die Kolben pro Kolbentrommelumdrehung einen Saug- und Druckhub ausführen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Selbstsaugdrehzahl von Axialkolbenpumpen mit gehäusefester Schrägscheibe zu erhöhen, den Aufbau zu vereinfachen, das Kippmoment sicher auszugleichen, die Lebensdauer zu verlängern und gleichzeitig den Fertigungsaufwand zu senken. DOLLAR A Die Steueröffnungen (5; 6) der Steuerscheibe (1), der Gleitscheibe (15) und der Kolbentrommel (12) sind auf einem kleineren Teilkreis (K1) als der Teilkreis (K2) der Kolben bei unveränderter Durchlaßfläche (F) der Öffnungen nach innen verlegt angeordnet. Die Kolbentrommel (12) und die Steuerscheibe (1) sind am Außenrand jeweils mit einem Tragring (3) versehen, der jedoch nahe am Teilkreis (K2) der Kolben (11) der Kolben (11) liegt. Im Tragring (3) ist mindestens ein der Druck-Steueröffnung (6) punktuell zugeordnetes ...

Description

Axialkolbenpumpe für konstanten und stufenlos veränderbaren Förderstrom, insbesondere Mineralöl oder synthetische Flüssigkeiten in Hydrauliksystemen, mit einer nicht rotierend angeordneten Schrägscheibe, deren Schwenkbereich stufenlos einstellbar ist, einer durch die Antriebswelle in Rotation versetzten Kolbentrommel, in der achsparallel zur Welle mehrere Kolben angeordnet sind, die mittels Gleitschuh und Rückholplatte auf der Ebene der Schrägscheibe hydrostatisch gelagert sind, einer durch eine Gleitscheibe von der drehenden Kolbentrommel entkoppelten, drehfest angeordneten Steuerscheibe mit darin befindlichen nierenförmigen Steueröffnungen für die Zu- und Abführung der Flüssigkeit und Leckölbohrungen, wobei die Kolben pro Kolbentrommelumdrehung einen Saug- und Druckhub ausführen.

Bei Axialkolbenpumpen der Schrägscheibenbauart führen mehrere achsparallel zur Antriebswelle angeordnete Kolben in einer durch die Welle in Drehung versetzte Kolbentrommel einen Saug- und Druckhub pro Trommelumdrehung aus. Die Kolbenenden sind kugelig ausgebildet und lagern in Gleitschuhen in der Ebene der Schrägscheibe, die gehäusefest angeordnet ist. Bei der Rotation der Kolbentrommel öffnen und schließen sich die in der Steuerscheibe befindlichen nierenförmigen Steueröffnungen (Prospekt der Firma VOAC Hydraulik, Publikationsnummer 9349 D). Pumpen mit gehäusefester Steuerscheibe erfordern, daß sich die rotierende Kolbentrommel auch bei durchbiegender Welle spaltfrei an der Steuerscheibe anlegt. Dies wird bei dieser bekannten Lösung durch eine in gewissen Grenzen winkelbewegliche Lagerung auf einer balligen Verzahnung der Welle ermöglicht. Damit kein Kippmoment auf die Kolbentrommel ausgeübt wird, müssen sich die angreifenden Kräfte gegenseitig ausgleichen. Dies ist für die angreifenden Axialkräfte dann der Fall, wenn die Teilkreise, auf denen die Kolben und die Drucknieren liegen, den gleichen Durchmesser haben. Der Teilkreis bestimmt auf der Kolbenseite zusammen mit dem Winkel der Schrägscheibe das Hubvolumen der Pumpe. Auf der anderen Seite (Nierenseite) begrenzt der Teilkreis die Drehzahl der Pumpe, weil ab einer bestimmten Geschwindigkeit der Ölstrom im Sauganschluß reißt und Kavitation eintritt.

Soll bei gleichem Hubvolumen bzw. Kolbenteilkreis die Drehzahlgrenze erhöht werden, muß der Nierenteilkreis verringert werden, um einen geringeren Umfangsweg pro Umdrehung zu erreichen.

Dies mit dem Nachteil verbunden, daß auf die Kolbentrommel ein Kippmoment ausgeübt wird.

Diesen Nachteil versucht der Stand der Technik dadurch zu begegnen, daß die Kolben nicht mehr achsparallel, sondern in einem solchen Winkel zur Achse anzuordnen, daß die Kolbenachse jeweils den kleineren Teilkreis der Drucknieren trifft.

Aufgrund der kegelartigen Ausrichtung der Kolbenanordnung hebt sich das auf die Kolbentrommel wirkende Kippmoment auf. Dies verursacht einen weiteren Nachteil, der darin besteht, daß die Steuerscheibe und die Kolbentrommel aneinander angepaßte gewölbte Oberflächen besitzen müssen, damit die Steuerscheibe ihrerseits kein Kippmoment erzeugt (Prospekt der Firma Hydraulik Brueninghaus "RD 92050/01.87, Mannesmann-Rexrodt").

Eine derartige Anordnung ist aufwendig und seht teuer.

Andere Lösungen umgehen dieses Problem, indem eine Steuerscheibe angeordnet wird, die im Gehäuse winkelbeweglich ist (VOAC Hydraulics, Publ.-Nr. 1584-9313 GB)

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Selbstsaugdrehzahl von Axialkolbenpumpen mit gehäusefester Schrägscheibe zu erhöhen, den Aufbau zu vereinfachen, das Kippmoment sicher auszugleichen, die Lebensdauer zu verlängern und gleichzeitig den Fertigungsaufwand zu senken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 genannten kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, das durch die Innenverlegung der nierenförmigen Steueröffnungen entstehende Kippmoment auf die Kolbentrommel durch eine einfache Maßnahme auszugleichen, indem punktuell Druckfelder als eine zusätzliche Abstützung geschaffen werden, die am äußeren Tragring positioniert sind.

Dies ist mit dem Vorteil verbunden, daß die Flächenpressung auf den äußeren Tragring und den Begrenzungsrändern gleich ist. Durch die Erfindung läßt sich beispielsweise die Selbstansaugdrehzahl von Axialhubkolbenpumpen um etwa 15% erhöhen ohne den Aufbau der Pumpe zu verkomplizieren.

Die erfindungsgemäße Axialkolbenpumpe ist zudem einfach aufgebaut, bedienungsfreundlich und äußerst flexibel.

Mit all diesen Merkmalen wird erreicht, daß die erfindungsgemäße Pumpe den komplexen Anforderungen, die die Regel- und Verstelleinrichtungen in hydraulischen Systemen stellt, mit hoher Effektivität, Sicherheit, Wartungsfreundlichkeit, Übersichtlichkeit und Kompaktheit besser gerecht wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Steuerscheibe (a) mit Schnitt (b) und Kolbentrommel (c) nach dem bekannten Stand der Technik,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Steuerscheibe mit Tragring und zwei Druckfeldern,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäß veränderte Kolbentrommel,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Schwerpunkte vom äußeren Stützfeld, Kolbenhalbkreisring und Nierenhalbkreisring und

Fig. 6 eine Darstellung der Kolben-, Druckfelder- Steueröffnungskraft.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Steuerscheibe 1, die in einer üblichen Axialkolbenpumpe mit nicht rotierender Schrägscheibe eingebaut ist. Eine genaue Beschreibung der Pumpe kann daher entfallen.

Die Steuerscheibe 1 besitzt an ihrem äußeren Rand 2 einen Tragring 3, der sich beidseitig von der Steuerscheibe kastenartig abhebt (siehe Fig. 3). In die Steuerscheibe 2 sind Leckölbohrungen 4 eingebracht. Im mittleren Abschnitt der Steuerscheibe 2 befinden sich die nierenförmigen Steueröffnungen 5 und 6 (auch Saug- und Druckniere genannt) . Die Druckniere 6 ist durch nach innen abgesenkte Rippen 7 verstärkt. Die Saug- und Druckniere 5 und 6 liegt auf einem Teilkreis K1, der 12% kleiner ist als der Teilkreis der Steueröffnungen 5 und 6 gemäß Fig. 1. Die Durchlaßfläche F der Steueröffnungen 5 und 6 der erfindungsgemäßen Steuerscheibe 1 sind trotz geringerem Teilkreis K1 gegenüber der Durchlaßfläche der Steueröffnungen der bekannten Steuerscheibe etwa gleich. Dies wird durch eine etwas größere Breite der Öffnungen 5 bzw. 6 in Fig. 2 erreicht. Die Druck- und Saugnieren sind jeweils von einem Begrenzungsrand 8 umgeben. Zwischen Tragring 3 und Begrenzungsrand 8 befindet sich eine Ringnut 13, die das Lecköl in die Leckölbohrungen 4 abführt. Tragring 3 und Begrenzungsrand 8 haben eine auf gleichem Niveau liegende Kontaktfläche, die von der Gleitscheibe 15 abgedeckt ist. In der Gleitscheibe 15, die sich zwischen Steuerscheibe 1 und Kolbentrommel 12 befindet, sind die Steueröffnungen 5 bzw. 6 ebenfalls in Lage und Größe wie in der Steuerscheibe 1 und in der Kolbentrommel 12 angeordnet siehe Fig. 4). Im Tragring 3 sind punktuell Stützdruckfelder 9 in Form von nierenförmigen Langlöchern eingearbeitet. Diese Stützdruckfelder 9 sind mit der Druckniere 6 durch je eine Bohrung 10 verbunden, welche in die Steuerscheibe 1 eingebracht sind. Die Bohrung 10 endet am äußeren Rand der Steuerscheibe 1 und dort je einen Verschlußstopfen 14.

Fig. 5 zeigt schematisch die Lage von Nierenteilkreis K1, Kolbenteilkreis K2 und Stützdruckfeld-Teilkreis K3 einschließlich der entsprechenden Schwerpunkte sowie die Lage des Schwerpunktes SK des Kolbenhalbkreisringes, des Schwerpunktes SN des Steueröffnungs-Halbkreisringes und des Schwerpunktes SD der äußeren Druckfelder 9, die auf Achse B-B liegen.

Die ölfördernden Kolben 11 (siehe Fig. 6) befinden sich auf einem Halbkreis auf der gleichen Seite wie die Druckniere 6 der Steuerscheibe 1. Die Kolbenkräfte P_K wirken von der Kolbenseite auf die Kolbentrommel 12, während die Kraft P_N des Nierendruckfeldes dem gegenübersteht. Beide Kräfte bzw. halbkreisförmigen Kraftbereiche liegen aufgrund des kleineren Teilkreises der Steuerniere versetzt zueinander. Dieser Versatz V ist verantwortlich für das zuvor bereits beschriebene Kippmoment, das auf die Kolbentrommel wirkt. Mit der Kraft P_D der Stützdruckfelder 9, im vorliegenden Beispiel zwei, wird dieses durch den Versatz verursachte Moment ausgeglichen.

Bezugszeichenliste

1

Steuerscheibe

2

äußerer Rand von

1

3

Tragring

4

Leckölbohrung

5

,

6

nierenförmige Steueröffnung (Saug- und Druckniere)

7

abgesenkte Rippe

8

Begrenzungsrand

9

Stützdruckfeld

10

Verbindungsbohrung

11

Kolben

12

Kolbentrommel

13

Ringnut

14

Verschlußstopfen

15

Gleitscheibe
F Durchlaßfläche
K1 Nierenteilkreis
K2 Kolbenteilkreis
K3 Stützdruckfeld-TeilkreisB-B Achse der Schwerpunkte
SK Schwerpunkt des Kolbenhalbkreisringes
SN Schwerpunkt des Steueröffnungs-Halbkreisringes
SD Schwerpunkt der äußeren Druckfelder
P_K

Kolbenkraft
P_N

Kraft des Nierendruckfeldes
P_D

Kraft der Stützdruckfelder
V Versatz

Claims

1. Axialkolbenpumpe für konstanten und stufenlos veränderbaren Förderstrom, insbesondere Mineralöl oder synthetische Flüssigkeiten in Hydrauliksystemen, mit einer nicht rotierend angeordneten Schrägscheibe, deren Schwenkbereich stufenlos einstellbar ist, einer durch die Antriebswelle in Rotation versetzten Kolbentrommel, in der achsparallel zur Welle mehrere Kolben angeordnet sind, die mittels Gleitschuh und Rückholplatte auf der Ebene der Schrägscheibe hydrostatisch gelagert sind, einer durch eine Gleitscheibe von der drehenden Kolbentrommel entkoppelten, drehfest angeordneten Steuerscheibe mit darin befindlichen nierenförmigen Steueröffnungen für die Zu- und Abführung der Flüssigkeit und Leckölbohrungen, wobei die Kolben pro Kolbentrommelumdrehung einen Saug- und Druckhub ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen (5; 6) der Steuerscheibe (1), der Gleitscheibe (15) und der Kolbentrommel (12) auf einem kleineren Teilkreis (K1) als der Teilkreis (K2) der Kolben bei unveränderter Durchlaßfläche (F) der Öffnungen (5; 6) nach innen verlegt angeordnet sind, und daß die Kolbentrommel (12) und die Steuerscheibe (1) am Außenrand jeweils mit einem Tragring (3) versehen sind, der jedoch nahe am Teilkreis (K2) der Kolben (11) liegt, und daß im Tragring (3) mindestens ein der Druck steueröffnung (6) punktuell zugeordnetes Stützdruckfeld (9) angeordnet ist, das durch eine Verbindungsbohrung (10) mit der Druck-Steueröffnung (6) in Verbindung steht.

2. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Stützdruckfeld (9) vorgesehen ist, das auf der Achse (B-B) der Schwerpunkte (SD; SK; SN) der äußeren Druckfelder (9), des Kolbenhalbkreisringes und des Steueröffnungshalbkreisringes angeordnet ist.

3. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steuerdruckfelder (9) vorgesehen sind.

4. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckfelder (9) symmetrisch oder asymmetrisch zur Achse (B-B) der Schwerpunkte (SD; SK; SN) der äußeren Druckfelder (9), des Kolbenhalbkreisringes und des Steueröffnungs-Halbkreisringes angeordnet sind.

5. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (3) beidseitig von der Steuerscheibe (1) einen Rechteckring mit einer kreisringförmigen ebenen Kontaktfläche aufweist.

6. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen (5; 6) von einem inneren und äußeren Begrenzungsrand (8) umschlossen sind, die sich im oberen und unteren Totpunkt vereinigen und die eine ebene Kontaktfläche aufweisen.

7. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (1) und die Kolbentrommel (12) eine zueinander ballige Kontur aufweisen.