DE19906540A1 - Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe - Google Patents

Abstract

Bei einer Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit einer Kolbentrommel und darin angeordneten, über einen an einer Schrägscheibe ablaufenden Niederhalter in Bewegung versetzten Kolben soll der Anstellwinkel der Schrägscheibe größer ausgelegt werden können. Hierzu ist vorgesehen, daß auf der Außenseite einer an einem Wellenbestandteil angeordneten sphärischen Verstellfläche (21) wenigstens zwei um eine Drehachse (23) drehbare und eine zur Antriebswellenachse axiale Erstreckung aufweisende Gleitsteine (22) angeordnet sind, die zur Drehmomentübertragung von der Antriebswelle (11) auf den Niederhalter (18) in Eingriff mit in an dem Niederhalter (18) in der dessen Aufnahmebohrung (20) umschließenden Wandung (24) angeordneten Nuten (25) stehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit einer über eine drehbare Antriebswelle in Umlauf versetzten und eine Mehrzahl von darin angeordneten Kolbenbohrungen aufweisenden Kolbentrommel, wobei in den Kolbenbohrungen zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegliche Kolben angeordnet sind und die Kolben jeweils über eine gelenkig angeordnete und von einer in ihrer Neigung zu der Kolbentrommel verstellbaren Schrägscheibe in eine hin- und hergehende Bewegung versetzte Kolbenstange angetrieben sind, und wobei zur Führung der Kolbenstangen ein jeweils parallel zur Schrägscheibe ausgerichteter Niederhalter angeordnet ist, an dessen zentraler Aufnahmebohrung sich die Antriebswelle mit einer balligen Gestaltung abstützt.

Eine Axialkolbenpumpe mit den vorgenannten Merkmalen ist aus dem Lieferkatalog 2500 D der Parker Hannifin GmbH, Hydraulic Controls Division, 41564 Karst, 3. Auflage 1997, Seite 1-64, bekannt. Die die Kolbentrommel über einen Verzahnungseingriff in Drehung versetzende, ihrerseits angetriebene Antriebswelle stützt sich mit ihrem vorderen, balligen Ende gegen die zentrale Aufnahmebohrung eines mit der Schrägscheibe verstellbaren und insoweit zu dieser jeweils parallel ausgerichteten Niederhalters ab. Die an die Kolben anschließenden Kolbenstangen durchgreifen den Niederhalter in zugeordneten Bohrungen und sind an ihrem Ende an jeweils einen Laufschuh gekoppelt, der bei der Drehung der Kolbentrommel gegenüber der feststehenden Schrägscheibe an dieser abläuft, so daß die Kolbenstangen in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt werden und so den Kolben antreiben. Der Niederhalter hält die bei Drehung der Kolbentrommel auf der Schrägscheibe ablaufenden Laufschuhe mit einer gewissen Vorspannung in Anlage daran und läuft synchron mit der Kolbentrommel um.

Soweit bei der bekannten Axialkolbenpumpe der Antrieb der Kolbentrommel über die formschlüssig mit ihr gekoppelte Antriebswelle erfolgt, wird zur Mitnahme des Niederhalters ein Drehmoment von der Kolbentrommel über die in den Kolbenbohrungen hin- und hergehenden Kolben und die den Niederhalter durchgreifenden Kolbenstangen übertragen. Damit ist der Nachteil verbunden, daß bei im unteren Totpunkt in der Kolbenbohrung stehenden Kolben eine axiale Mindestüberdeckung des Kolbens mit der Wandung der Kolbenbohrung gegeben sein muß, um auch in dieser Kolbenstellung eine ausreichende Drehmomentübertragung zwischen Kolbentrommel und Kolben sicherzustellen, wobei durch diese notwendige Mindestüberdeckung der Anstellwinkel der Schrägscheibe und damit die Förderleistung der Schrägscheiben-Axialkolbenpumpe beschränkt ist. Bei handelsüblichen Schrägscheibenpumpen beträgt im Regelfall der maximale Anstellwinkel etwa 18 Grad. Soll durch einen größeren Anstellwinkel der Schrägscheibe die Förderleistung der Pumpe gesteigert werden, so geht dies zwangsläufig einher mit einer Vergrößerung der axialen Baugröße der Kolbentrommel, weil zusätzlich zu dem mit einem größeren Anstellwinkel erreichten längeren Kolbenhub die erforderliche Mindestüberdeckung des Kolbens mit der Kolbenbohrung zu beachten ist. Da bei einer Null-Grad- Anstellung der Schrägscheibe zur Antriebswelle wegen der am Kolben ausgebildeten Drehmomentübertragung zum Niederhalter die Durchführungen der Kolbenstangen durch den Niederhalter exakt den Kolbenbohrungen in der Kolbentrommel gegenüberliegen müssen, führt eine Vergrößerung des Anstellwinkels auch zu einer nachteiligen Vergrößerung der Baugröße der Pumpe in radialer Richtung, da ansonsten die Laufschuhe bei größerem Anstellwinkel zu nahe an die Antriebswelle rücken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenpumpe mit den eingangs genannten Merkmalen derart zu verbessern, daß der Anstellwinkel der Schrägscheibe ohne eine Veränderung der Baugröße der Pumpe größer ausgelegt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung sieht im einzelnen dazu vor, daß zur Abstützung der Antriebswelle an dem Niederhalter ein mit der Antriebswelle verbundener Kugelkopf mit einer in die Aufnahmebohrung des Niederhalters hineinreichenden sphärisch ausgebildeten Verstellfläche angeordnet ist und auf der Außenseite der sphärischen Verstellfläche wenigstens zwei um eine Drehachse drehbare und eine zur Antriebswellenachse axiale Erstreckung aufweisende Gleitsteine angeordnet sind, die zur Drehmomentübertragung von der Antriebswelle auf den Niederhalter in Eingriff mit in an dem Niederhalter in der dessen Aufnahmebohrung umschließenden Wandung angeordneten Nuten stehen.

Der Grundgedanke der Erfindung beruht somit darauf, das für den Drehantrieb des Niederhalters erforderliche Drehmoment unmittelbar von der Antriebswelle auf den jedoch in seiner Lage zur Wellenachse einstellbaren Niederhalter zu übertragen. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise gelungen, unter Beibehaltung des die Drehmomentübertragung übernehmenden erfindungsgemäßen Formschlusses zwischen der wellenfesten Verstellfläche und dem Niederhalter den Niederhalter ohne Rücksicht auf die axiale Baulänge der Kolbentrommel in seinem Anstellwinkel zur Wellenachse verändern zu können, weil die in den Nuten des Niederhalters eingreifenden, auf der sphärischen Verstellfläche des mit der Antriebswelle verbundenen Kugelkopfes sitzenden Gleitsteine aufgrund ihrer drehbaren Anordnung der relativen Lageänderung folgen und in jeder Winkelstellung des Niederhalters zur Antriebswelle in Eingriff mit den zugeordneten Nuten des Niederhalters bleiben.

Dabei ist die radiale Tiefe der zugeordneten Nut so bemessen, daß bei dem jeweils maximalen Anstellwinkel des Niederhalters zur Wellenachse der Gleitstein die in Abhängigkeit von seiner Lage auf der sphärischen Verstellfläche und seiner Bauhöhe entsprechende Schrägstellung in der Nut einnehmen kann.

Nach einem besonderen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kolbenstangen mit ihrem freien Ende mittels einer Gelenkverbindung an dem Niederhalter gehaltert sind und der Niederhalter bei seiner Drehbewegung unmittelbar an der Schrägscheibe abläuft und an seiner Ablauffläche gegen die Schrägscheibe gerichtete Ausnehmungen aufweist, die über in dem Niederhalter und in den daran angeschlossenen Kolbenstangen ausgebildete Bohrungen mit dem Arbeitsraum der Kolbenbohrung verbunden sind, so daß in vorteilhafter Weise auf die beim Stand der Technik verwendeten Laufschuhe verzichtet ist. Da die in der Ablauffläche des Niederhalters ausgebildeten Ausnehmungen aufgrund ihrer Verbindung mit dem Arbeitsraum der zugeordneten Kolbenbohrung jeweils mit Öl gefüllt sind, läuft der Niederhalter an der Schrägscheibe auf einem Ölfilm ab, wodurch die Reibung vermindert und ein Verschleiß der Bauteile herabgesetzt ist. Da die Kolbenstangen nicht mehr durch den Niederhalter hindurchgeführt, sondern an diesem selbst gehaltert sind, ist die Mechanik in der Ausrichtung von Niederhalter und Kolbentrommel zueinander vereinfacht.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß über den Umfang der sphärischen Verstellfläche verteilt in symmetrischer Anordnung mehrere Gleitsteine und in dem Niederhalter zugeordnete Nuten angeordnet sind.

Da der Zusammenbau der Kolbentrommel mit den Kolben und dem daran angeschlossenen Niederhalter nur in einer jeweils definierten Stellung von Niederhalter und Kolbentrommel zueinander erfolgen kann, um die notwendige Synchronisation der Drehbewegung von Kolbentrommel und Niederhalter herzustellen, ist vorgesehen, daß Kolbentrommel und Niederhalter Gestaltungen zur gegenseitigen, angepaßten Ausrichtung bezüglich der Welle bei der Montage aufweisen. Soweit nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist, daß der sich an dem Niederhalter abstützende Kugelkopf auf der Welle verschiebbar angeordnet ist, wobei der Kugelkopf über eine sich an der Kolbentrommel abstützende und über Druckstangen auf den Kugelkopf wirkende Druckfeder in Anlage an dem Niederhalter vorgespannt sein kann, ist zur Ausrichtung von Niederhalter und Kolbentrommel vorgesehen, daß zwischen der Antriebswelle und der Kolbentrommel sowie zwischen der Antriebswelle und dem Kugelkopf jeweils eine Paßfederanordnung mit einer in an den zu verbindenden Bauteilen angeordneten Paßfedernut liegenden Paßfeder vorgesehen ist, und die Paßfedernuten in Richtung der Wellenachse in Linie fluchtend miteinander angeordnet sind.

Die Ausrichtung von Kolbentrommel und Niederhalter zueinander kann auch dadurch verwirklicht sein, daß zur gegenseitigen angepaßten Ausrichtung von Kolbentrommel und Niederhalter bei deren Montage die die Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Kolbentrommel herstellende Verzahnung einen eine definierte Lage der Kolbentrommel auf der Antriebswelle herbeiführenden Zahn mit größerer Zahnhöhe aufweist, weil durch die damit verwirklichte eindeutige Zuordnung der Kolbentrommel zu der Antriebswelle einerseits und durch die über die Gleitstein/Nut-Verbindung der Antriebswelle mit dem Niederhalter andererseits auch eine eindeutige Ausrichtung von Niederhalter zur Kolbentrommel verwirklicht ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise in einer seitlichen Schnittansicht,

Fig. 2 die Verbindung von Niederhalter und Antriebswelle in einer vergrößerten Einzeldarstellung in einer Stirnansicht auf die Ablauffläche des Niederhalters,

Fig. 3 den Niederhalter in einer kolbenseitigen Stirnansicht.

In einem im einzelnen nicht dargestellten Gehäuse einer Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ist eine über eine Verzahnung 9 an einen nicht dargestellten Antrieb gekoppelte Antriebswelle 11 drehbar gelagert, auf welcher in einer über eine Paßfederverbindung hergestellten Formschlußverbindung eine Kolbentrommel 12 derart angeordnet ist, daß die Welle 11 die Kolbentrommel 12 in Drehung versetzt.

In der Kolbentrommel 12 ist über deren Umfang verteilt eine Anzahl von Kolbenbohrungen 13 angeordnet, in der jeweils ein Kolben 14 zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt verschiebbar ist. An den Arbeitsraum der Kolbenbohrung 13 schließt eine Anschlußniere 15 an, die in an sich bekannter Weise als Niederdruckseite bzw. Hochdruckseite ausgebildet ist und durch die Drehung der Kolbentrommel 12 jeweils in Verbindung mit der jeweiligen Kolbenbohrung 13 kommt.

Im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens 14 in der Kolbenbohrung 13 ist der Kolben über eine Kolbenstange 16 an einen Niederhalter 18 angeschlossen, der an einer in ihrer Neigung zur Achse der Antriebswelle 11 einstellbaren Schrägscheibe 17 bei Drehung der Kolbentrommel 12 unmittelbar abläuft. Der zwischen Schrägscheibe 17 und Kolbentrommel 12 angeordnete Niederhalter 18 ist in einer noch zu beschreibenden Weise so angetrieben, daß er synchron mit der Kolbentrommel 12 umläuft. Der Niederhalter 18 hat eine zentrale Aufnahmebohrung 20, in welche ein auf der Antriebswelle 11 sitzender, drehfest mit dieser verbundener Kugelkopf 10 mit einer sphärischen Verstellfläche 21 eingreift, so daß die Winkelstellung des Niederhalters 18 zur Längsachse der Antriebswelle 11 veränderbar ist. Der Niederhalter 18 weist weiterhin dem Kolben 14 der Kolbentrommel 12 bzw. den Kolbenstangen 16 zugeordnete Kalotten 29 auf, in welchen das kugelförmige Ende der Kolbenstangen 16 gelenkig gehaltert ist.

Soweit erfindungsgemäß das Antriebs-Drehmoment für die Drehung des Niederhalters 18 gemeinsam mit der Kolbentrommel 12 von der Antriebswelle 11 unmittelbar auf den Niederhalter 18 übertragen wird, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über den Umfang der sphärischen Verstellfläche 21 in symmetrischer Anordnung verteilt vier Gleitsteine 22 vorgesehen, die jeweils um eine Drehachse 23 drehbar auf der sphärischen Verstellfläche 21 der Antriebswelle 11 gelagert sind und eine vorgegebene axiale Erstreckung aufweisen. Die Gleitsteine 22 befinden sich in Eingriff mit in der die Aufnahmebohrung 20 umschließenden Wandung 24 des Niederhalters 18 angeordneten Nuten 25, wobei die Breite der Nuten 25 der Baubreite der Gleitsteine 22 entspricht und die radiale Tiefe der Nut 25 derart bemessen ist, daß bei dem jeweils maximalen Anstellwinkel des Niederhalters 18 zur Achse der Antriebswelle 11 der jeweilige Gleitstein 22 in Abhängigkeit von seiner Lage auf der sphärischen Verstellfläche 21 und von seiner Materialhöhe die sich einstellende Schrägstellung einnehmen kann. Diese Anordnung ist im einzelnen aus Fig. 2 wie auch aus Fig. 3 zu entnehmen.

Mit dieser Gestaltung wird das Drehmoment für den Antrieb des Niederhalters 18 unmittelbar von der Antriebswelle 11 auf den Niederhalter 18 übertragen, so daß die in allen Winkelstellungen des Verstellbereichs der Schrägscheibe 17 zur Kolbentrommel 12 sich einstellende Überdeckung zwischen Kolben 14 und Kolbenbohrung 13 ohne Rücksicht auf eine Belastung an dieser Stelle auslegbar ist.

Soweit unter Verzicht auf die im Stand der Technik verwendeten Laufschuhe der Niederhalter 18 unmittelbar auf der Schrägscheibe 17 abläuft, sind in der der Schrägscheibe 17 zugewandten Ablauffläche 30 des Niederhalters 18 Ausnehmungen 28 angeordnet, die über in dem Niederhalter 18 selbst wie auch in den anschließenden Kolbenstangen 16 ausgebildete Bohrungen 31 mit dem Arbeitsraum des Kolbens 14 verbunden sind, so daß jeweils Öl durch die Bohrungen 31 in die Ausnehmungen 28 hineintritt. Damit läuft der Niederhalter 18 über einen Ölfilm auf der Schrägscheibe 17 ab.

Da bei der dargestellten Ausführungsform die Antriebswelle 11 durch den Niederhalter 18 sowie die Schrägscheibe 17 hindurchgeführt ist, muß zur Erzeugung einer Federvorspannung bezüglich der Anlage des Niederhalters 18 an der Schrägscheibe 17 der in dem Niederhalter 18 sitzende Kugelkopf 10 auf der Antriebswelle 11 verschiebbar angeordnet sein. Zur Erzeugung des nötigen Andrucks wirkt eine sich an der Kolbentrommel abstützende Druckfeder 42 über Druckstangen 43 auf den Kugelkopf 10 ein und hält diesen in Eingriff mit dem Niederhalter 18 und damit den Niederhalter 18 in Anlage an der Schrägscheibe 17. Soweit damit auch eine Synchronisation der Drehbewegung der jeweils an die Antriebswelle 11 gekoppelten Bauteile erforderlich ist, sind hierzu sowohl zwischen dem Kugelkopf 10 und der Antriebswelle 11 als auch zwischen der Antriebswelle 11 und er Kolbentrommel 12 Paßfederverbindungen vorgesehen, bei welchen in den entsprechenden Bauteilen jeweils eine Paßfedernut 40 ausgebildet ist, in die zur gegenseitigen Verbindung eine Paßfeder 41 eingelegt ist.

Claims (8)

1. Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit einer über eine drehbare Antriebsweile in Umlauf versetzten und eine Mehrzahl von darin angeordneten Kolbenbohrungen aufweisenden Kolbentrommel, wobei in den Kolbenbohrungen zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt bewegliche Kolben angeordnet, sind und die Kolben jeweils über eine gelenkig angeordnete und von einer in ihrer Neigung zu der Kolbentrommel verstellbaren Schrägscheibe in eine hin- und hergehende Bewegung versetzte Kolbenstange angetrieben sind, und wobei zur Führung der Kolbenstangen ein jeweils parallel zur Schrägscheibe ausgerichteter Niederhalter angeordnet ist, an dessen zentraler Aufnahmebohrung sich die Antriebswelle mit einer balligen Gestaltung abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung der Antriebswelle (11) an dem Niederhalter (18) ein mit der Antriebswelle (11) verbundener Kugelkopf (10) mit einer in die Aufnahmebohrung (20) des Niederhalters (10) hineinreichenden sphärisch ausgebildeten Verstellfläche (21) angeordnet ist und auf der Außenseite der sphärischen Verstellfläche (21) wenigstens zwei um eine Drehachse (23) drehbare und eine zur Antriebswellenachse axiale Erstreckung aufweisende Gleitsteine (22) angeordnet sind, die zur Drehmomentübertragung von der Antriebswelle (11) auf den Niederhalter (18) in Eingriff mit in an dem Niederhalter (18) in der dessen Aufnahmebohrung (20) umschließenden Wandung (24) angeordneten Nuten (25) stehen.

2. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen (16) mit ihrem freien Ende mittels einer Gelenkverbindung (Kalotte 29) an dem Niederhalter (18) gehaltert sind und der Niederhalter (18) bei seiner Drehbewegung unmittelbar an der Schrägscheibe (17) abläuft und an seiner Ablauffläche (30) gegen die Schrägscheibe (17) gerichtete Ausnehmungen (28) aufweist, die über in dem Niederhalter (18) und in den daran angeschlossenen Kolbenstangen (16) ausgebildete Bohrungen (31) mit dem Arbeitsraum der Kolbenbohrung (13) verbunden sind.

3. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang der sphärischen Verstellfläche (21) verteilt in symmetrischer Anordnung mehrere Gleitsteine (22) und in dem Niederhalter (18) zugeordnete Nuten (25) angeordnet sind.

4. Axialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbentrommel (12) und Niederhalter (18) Gestaltungen zur gegenseitigen, angepaßten Ausrichtung bezüglich der Antriebswelle (11) bei der Montage aufweisen.

5. Axialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkopf (10) auf der Antriebswelle (11) verschiebbar angeordnet ist.

6. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkopf (10) über eine sich an der Kolbentrommel (12) abstützende und über Druckstangen (43) auf den Kugelkopf (10) wirkende Druckfeder (42) in Anlage an dem Niederhalter (18) vorgespannt ist.

7. Axialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (11) und der Kolbentrommel (12) sowie zwischen der Antriebswelle (11) und dem Kugelkopf (10) jeweils eine Paßfederanordnung mit einer in an den zu verbindenden Bauteilen angeordneten Paßfedernut (40) liegenden Paßfeder (41) vorgesehen ist, und die Paßfedernuten (40) in Richtung der Wellenachse in Linie fluchtend miteinander angeordnet sind.

8. Axialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur gegenseitigen angepaßten Ausrichtung von Kolbentrommel (12) und Niederhalter (18) bei deren Montage die die Verbindung zwischen der Antriebswelle (11) und der Kolbentrommel (12) herstellende Verzahnung einen eine definierte Lage der Kolbentrommel (12) auf der Antriebswelle (11) herbeiführenden Zahn mit größerer Zahnhöhe aufweist.