DE2019224C3 - Hydrostatische Axialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf hydrostatische Axialkolbenpumpen und betrifft insbesondere eine hydrostatische Axialkolbenpumpe mit umlaufender Schrägscheibe und umlaufender Zylindertrommel, an deren Steuerspiegelseite eine einseitig im Gehäuse gelagerte Antriebswelle mit einer Zahnkupplung eingreift, und welche an der Schrägscheibenseite an einem Zapfen gelagert ist.

In den letzten Jahren machte i,ch auf dem Gebiet der Flüssigkeitsgetriebe imn.er mehr die Notwendigkeit bemerkbar, die Abmessung^ ι und somit den Platzbedarf der Leistung abgebenden Vorrichtungen zu verringern, um gedrungenere Anlagen zu erhalten und Kosten einzusparen. Da diese Zwecke mittels hoher Drücke mit hohen Geschwindigkeiten erreicht werden, richtete sich die Aufmerksamkeit offenbar auf die hydrostatischen Pumpen, welche sich am besten dazu eignen, diese Kennzeichen zu verwirklichen und welche bekanntlich die Zahnradpumpen, die Flügelpumpen, die Schrägzahnräderpumpen und die Kolbenpumpen umfassen. Von diesen Pumpenarten werden bei den Flüssigkeitsgetrieben und Servomechanismen am meisten die Zahnrad- und die Kolbenpumpen verwendet und in bestimmten Fällen wird den Kolbenpumpen der Vorzug gegeben, welche leicht mit veränderlichem Hubraum konstruiert werden können, und welche am geeignetsten sind, hohe Drücke mit hohem Wirkungsgrad und im allgemeinen einen geräuschloseren Betrieb zu verwirklichen.

Die Kolbenpumpen können ihrerseits in radiale und axiale Pumpen unterteilt werden. Die radialen Pumpen können, was ihren Aufbau anbelangt, wohl aus einer beschränkten Anzahl von Bauteilen bestehen, doch sind sie sehr aufwendig, während sie im Betrieb, da bei ihnen kein selbsttätiger Spielausgleich möglich ist, zufolge des Verschleißes eine geringere Lebensdauer besitzen, insbesondere, wenn höhe Betriebsleistungen bei beschränkten Abmessungen gefordert sind, da sie in diesem Fall notwendigerweise mit hoher Drehzahl betrieben werden müssen. Unter diesen Gesichtspunkten erweisen sich die axialen Pumpen als weitaus günstiger, da sie aufbaumäßig einfacher sind und im Betrieb die Möglichkeit eines selbsttätigen Spielausgleichs besitzen, die Verunreinigungen der Arbeitsflüssigkeit besser vertragen, bei hohen Wirkungsgraden hohe Drücke erreichen und es dank ihres Aufbaus möglich ist, Einheiten mit hohen Leistungen, beschränktem Platzbedarf und hoher Drehzahl zu bauen, durch welche Faktoren offenbar ihre spezifischen Leistungen erhöht werden.

Einer der Faktoren, der dazu beiträgt, bei den axialen Pumpen die Leckverluste herabzusetzen, ist die Isostatik des Rotors.

ίο Bekannte axiale Kolbenpumpen weisen zur Lösung dieses Problems ein durchgehendes, beidseitig in dem Gehäuse gelagertes Tragrohr für den Rotor auf, wodurch jedoch die Baugröße des Pumpengehäuses nachteilig erhöht wird (US-PS 3405 646).

Eine andere bekannte hydrostatische Axialkolbenpumpe (US-PS 2486690) weist ein einseitig in dem Pumpengehäuse gelagertes Tragrohr für den Rotor bzw. die Zylindertrommel auf, wobei die Zylindertrommel an der Schrägscheibenseite in einem Zapfen gelagert ist. Diese Lagerung erlaubt keine Selbsteinstellung der Zylindertrommel gegenüber ihrem Steuerspiegel. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydrostatische Axialkolbenpumpe der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß

is eine Selbsteinstellung der Zylindertrommel gegenüber ihrem Steuerspiegel möglich ist, wobei das Lager der Zylindertrommel so angeordnet ist, daß es die Resultierende der Radialdrücke der Zylindertrommel aufnimmt, um das Auftreten von das Gleichgewicht der Zylindertrommel störenden Momenten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst, nämlich dadurch, daß der Zapfen an der Schrägscheibe befestigt ist und einen Kugelkopf aufweist, der in eine koaxiale Sacklochbohrung der Zylindertrommel eingreift.

Mit dieser Konstruktion wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß der Mittelpunkt des Kngelkopfes an der Stelle liegt, die durch den Schnittpunkt der Rotorachse mit der durch die Mittelpunkte der halbkugelförmigen Kolbenköpfe führenden schrägen Ebene gegeben ist. Durch die Ausbildung des Zapfens mit einem Kugelkopf wird in vorteilhafter Weise die

4-; Selbsteinstellung der Zylindertrommel gegenüber ihrem Steuerspiegel ermöglicht.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Zapfen mit der Schrägscheibe einstückig auszubilden.

->o Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine hydrostatische Axialkolbenpumpe mit konstantem Hubraum,

ϊϊ die mit einem Lager für die Zylindertrommel versehen ist,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen axialen Schnitt analog jenem der

Wi Fig. 1 durch eine Axialkolbenpumpe mit veränderbarem Hubraum und

Fig. 4 einen axialen Schnitt nach der Linie IV-IV der fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Axialkolbenpumpe be-

hi steht aus einem Gehäuse 10, in dem der Verteiler 1, die Zylindertrommel 2 mit den Kolben 3 und der Schrägscheibe 4 untergebracht sind, an deren schrägen Fläche die Kolben 3 anliegen. Der Verteiler 1 be-

steht aus einer Metallscheibe, in welcher eine Saugöffnung 7 und eine Drucköffnung 6 für die zu pumpende Flüssigkeit ausgenommen sind (siehe Fig. 2). Diese öffnungen besitzen im wesentlichen Halbringform und stehen mit der Saugleitung 11 bzw. mit der Druckleitung 12 im Gehäuse 10 in Verbindung. Die auf der Pumpenachse senkrecht stehenden Flächen des Verteilers 1 sind eben und untereinander parallel. Der Verteiler 1 sitzt im Gehäuse 10 fest und kann nur Kräfte aufnehmen, welche auf ihren genannten parallelen Oberflächen senkrecht stehen. Die Zylindertrommel 2 besteht aus einem zylindrischen Körper, an dessen dem Verteiler 1 zugewandten Stirnfläche Kanäle 13 münden, die zu zylindrischen Bohrungen 14 in der Zylindertrommel 2 führen und über welche diese Bohrungen 14 während der Drehbewegung der Zylindertrommel abwechselnd mit der Saugöffnung 7 bzw. mit der Drucköffnung 6 des Verteilers 1 in Verbindung gesetzt werden. Die besagte Stirnfläche der Zylindertrommel 2 ist vollkommen eben und steht auf der mit der Drehachse der Zylindertrommel zusammenfallenden Längsachse senkrecht. In den zylindrischen Bohrungen 14 sind die Kolben 3 verschiebbar, die in der Saugphase durch Federn 5 gegen die schräge Oberfläche der Schrägscheibe 4 gedrückt werden.

Im dargestellten Beispielsfall liegen die Längsachsen der zylindrischen Bohrungen 14 auf einer ideellen Zylinderfläche, doch könnten sie auch auf einer Kegelfläche liegen, deren Spitze sich auf der Seite des Verteilers 1 auf der Drehachse der Zylindertrommel befindet.

Die Zylindertrommel 2 wird im Sinn des Pfeiles 15 (Fig. 2) durch eine Motorwelle 16 angetrieben, die im Gehäuse 10 mittels eines Kugellagers 17 gelagert und mit der Zylindertrommel 2 über eine Welle 18 verbunden ist, welche an ihren beiden Enden Verzahnungen 19 bzw. 20 aufweist, die mit entsprechend gezahnten Hohlräumen am Ende der Motorwelle 16 bzw. in der Zylindertrommel 2 in Eingriff stehen. Die Welle 18 kann sich frei in axialer Richtung verschieben, und auch die Übertragung der Drehbewegung mittels der Zahnkupplungen erfolgt mit einem gewissen Spiel, so daß die Zylindertrommel eine gewisse Bewegungsfreiheit erhält.

Die bezüglich des Verteilers 1 auf der anderen Seite der Zylindertrommel 2 liegende Schrägscheibe 4 besteht aus einem Metallkörper mit schräger, vollständig ebener und glatter Oberfläche, gegen die die Kolben 3 anliegen.

Nachdem es sich im Fall der Fig. 1 um eine Pumpe mit konnstantem Hubraum handelt, besitzt die Schrägscheibe 4 eine fixe Neigung. Die an der Oberfläche der Schrägscheibe 4 anliegend gehaltenen Kolben 3 führen infolge der Drehbewegung zusammen mit der Zylindertrommel 2 um die Achse derselbe» eine Hin- und Herbewegung in ihrer Achsenrichtung und somit eine Pumpwirkung aus. Sie können wie in Fig. 1 dargestellt einen kugelförmigen Kopf besitzen, oder mittels Gleitschuhen an der schrägen Fläche der Schrägscheibe 4 aufliegen.

Im Betrieb unterliegt die Zylindertrommel 2 nicht nur den auf die Hin- und Herbewegung der Kolben 3 zurückzuführenden Trägheitskräften, sondern auch dem Antriebsmoment und verschiedenen Reaktionskräften:

a) der Reaktionskraft des Verteilers 1, die auf dem Verteiler senkrecht steht und durch den Schwerpunkt der halbringförmigen Drucköffnung 6 führt;

b) der Resultierenden der Reaktionskräfte dei schrägen Fläche der Schrägscheibe 4 auf die einzelnen Kolben 3 infolge des Druckes, deren Resultierende auf der genannten schrägen Fläche senkrecht steht und durch den Schwerpunkt der Zone mit ellyptischen Umfang führt, den die Mittelpunkte der kugelförmigen Köpfe der KoI-ben 3 auf einer ideellen Ebene zeichnen, welche zur schrägen Fläche der Schrägscheibe 4 parallel liegt.

Um die Zylindertrommel 2 im Gleichgewicht zu halten ist es notwendig, durch ein äußeres Lager eine Reaktionskraft in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors zu liefern.

Dies wird durch eine Lagerung der Zylindertrommel 2 auf der Seite der Schrägscheibe 4 verwirklicht. Im dargestellten Beispielsfall besteht diese Lagerung aus einem mit der Schrägscheibe 4 durch eine Schraubenmutter 21 starr verbundenen Zapfen 27. Dieser Zapfen 27 kann auch aus einem Stück m.t der Schrägscheibe 4 bestehen. Er weist einen Kugelkopf 22 auf, welcher in einer Sacklochbohrung 23 der Zylirder-2.5 trommel 2 eingreift, die mit diesem gleichachsig ist. Die Achse des Zapfens 27 steht auf der schrägen Fläche der Schrägscheibe 4 senkrecht, und nachdem dieselbe im Deckel 26 des Pumpengehäuses 10 mittels eines Kugellagers 8 gelagert ist, kann sich der Zapfen in 27 zusammen mit der Schrägscheibe 4 frei um seine Achse drehen. Auf diese Weise sind die Reibungsverluste fast völlig beseitigt, da mit Ausnahme einer leichten Kreiselbewegung weder eine Relativbewegung des Kugelkopfes 22 des Zapfens 27 bezüglich r> der Sacklochbohrung 23 der Zylindertrommel 2, noch eine Relativbewegung der Kolben 3 bezüglich der schrägen Fläche der Schrägscheibe 4 auftritt.

Aus den bisherigen Ausführungen ergibt sich klar, daß die erfindungsgemäß vorgesehene Lagerung au." äußerst einfache und billige Weise die Probleme bezüglich der Isostatik des Rotors 2 löst, wobei das Gewicht und die radialen Abmessungen der Pumpe herabgesetzt und deren Wirkungsgrad erhöht ist.

Ein weiteres besonderes Merkmal der erfindungs-•Γ) gemäßen Pumpe besteht darin, daß da.« Kugellager 8 durch eine resultierende Kraft beaufschlagt wird, die innerhalb des durch die Mitten der Kugeln des Lagers beschriebenen Kreises liegt und daher keine Kippwirkung ausübt, welche die Anwendung eines einfachen Drucklagers unmöglich machen würde und den Betrieb eines radialen Drucklagers mit tiefer Kehle unregelmäßig gestalten würde.

Nachdem sich die auf die Baugruppe, bestehend aus d.,r Zylindertrommel 2 (mit Kolben 3 und Fedem 5) und aus der Schrägscheibe 4 (mit Zapfen 27), einwirkenden äußeren Kräfte auf die Resultierende der auf die den Verteiler 1 zugewandten Stirnfläche der Zylindertrommel 2 einwirkenden hydraulischen Drücke beschränkt, stellt diese resultierende Kraft die bo erwähnte Belastung des Lagers 8 dar. Diese resultierende Kraft steht offenbar auf der Ebene des Verteilers 1 senkrecht und führt durch den Schwerpunkt der unter Druck stehenden Flächen: Erfindungsgemäß besitzt das Kugellager 8 einen derartigen Durchmesb5 ser, daß die erwähnte resultierende Kraft innerhalb des Kreises liegt, den die Mitten der Kugeln des Lagers beschreiben.
Wie gesagt besitzt die Schrägscheibe 4 im Fall einer

Pumpe mit konstantem Hubraum eine feste Neigung. Bei Pumpert mit veränderbarem Hubraum muß die Schrägscheibe 4 die Möglichkeit besitzen, ihre Neigung kontinuierlich von Null bis zu einem Höchstwert und umgekehrt zu verändern. Dieser Fall ist in den Fig. 3 und4 dargestellt, in denen die Teile der Pumpe, welche jenen der Pumpe nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Die Schrägscheibe 4 mit dem Zapfen 27 ist im Ku gellager 8 drehbar gelagert, das in diesem Fall in einem Bügel 28 befestigt ist. der mit einander diametral gegenüberliegenden parallelen Lagerohren 29 und 30 versehen ist, die in Ebenen liegen, welche auf die Auf-

lagefläche der Kolben 3 senkrecht stehen. Mittels de Lagerohren 29 und 30 ist der Bügel 28 um gehäusefe ste achsengleiche Zapfen 31 und 32 schwenkbar gela gert. Die Achse dieser Zapfen 31 und 32 schneide die Drehachse der Zylindertrommel 2 und steht au dieselbe senkrecht. Ein in einem zylindrischen Raun

34 des Pumpengehäuses 10 verschiebbarer Betäti gungskolben 33 (siehe Fig. 3) ist mittels einer Lasch«

35 mit dem Bügel 28 verbunden. Durch Veränderunj des Druckunterschiedes in den beiden Räumen de Zylinders 34 ist es möglich, die Neigung des Bügel 28 und der Taumelscheibe 4 und somit den Hubraun der Pumpe zu verändern.

Hier/u 2 Blatt Zeichnuimcn

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Axialkolbenpumpe mit umlaufender Schrägscheibe und umlaufender Zylindertrommel, an deren Steuerspiegelseite eine einseitig im Gehäuse gelagerte Antriebswelle mit einer Zahnkupplung eingreift, und welche an der Schrägscheibenseite an einem Zapfen gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (27) an der Schrägscheibe (4) befestigt ist und einen Kugelkopf (22) aufweist, der in eine koaxiale Sacklochbohrung (23) der Zylindertrommel (2) eingreift.

2. Hydrostatische Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (27) mit der Schrägscheibe (4) einstückig ausgebildet ist.