DE2115350A1 - Axialkolbenpumpe mit veränderbarer Verdrängung - Google Patents

Description

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Troy, Michigan, V. St. A. ^L ' ^[ΌΟου

Axialkolbenpumpe mit veränderbarer Verdrängung

Die Erfindung betrifft Axialkolbenpumpe η mit veränderbarer Verdrängung.

Derartige moderne hydraulische Pumpen, die bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Drucken arbeiten, erzeugen beträchtliche Geräusche, die in vielen Anwendungsfällen unerwünscht sind. Eine Quelle dieser Geräusche entsteht durch die Ventilplatten-Ablösung an dem oberen Totpunkt, wo das in jedem Zylinder eingeschlossene Fluidum plötzlich von dem Förderdruck in den Ansaugdruck überführt wird. Wenn die Geräusche beträchtlich abgesenkt werden sollen, müssen am oberen Totpunkt Einrichtungen vorgesehen werden, um das eingeschlossene Fluidum allmählich zu dekomprimieren, bevor der Zylinder mit der Einlaß- bzw. Ansaugöffnung verbunden wird. Zur Lösung dieses Problems sind bereits eine Vielzahl von Vorschlägen gemacht worden und einer der weite Verbreitung gefunden hat, besteht in einer Ausdehnung in Richtung der Drehung des Abdichtungssteges an dem oberen Totpunkt, so daß die anfängliche Zurückziehung eines jeden Kolbens die eingeschlossene Flüssigkeit entspannt, bevor die öffnung zum Einlaß her ge-

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stellt wird. Das ist zufriedenstellend für Pumpen von feststehender Verdrängung, die gegen eine etwa konstante Druckspitze arbeiten, aber dadurch wird nicht wirksam das Geräusch in Pumpen von veränderbarer Verdrängung verringert. Wenn eine solche Pumpe sich im Null-Strömungszustand befindet, ist keine Kolbenbewegung vorhanden, um eine mechanische Dekompression der eingeschlossenen Flüssigkeit zu erlauben, die plötzlich entspannt wird, wenn sie dem Einlaß ausgesetzt wird, wodurch starke Fluidums ger aus ehe, und Gasaustreibung sowie eine eventuelle Erosion durch Kavitation verursacht werden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Dekompressionseinrichtung für variable Verdrängungs-Kolbenpumpen verfügbar zu machen, bei denen eine allmähliche Dekompression auftritt, ohne Rücksicht auf die Einstellung der Verdrängung, in welcher sich die Pumpe gerade befindet.

Ein weiteres Ziel besteht darin, bei einer Pumpe dieser Art Einrichtungen für ein Entspannen des eingeschlossenen Fluidums in dem Pumpenzylinder während des Umschaltens durch das öffnen einer Ausströmbahn durch den Kolben verfügbar zu machen, der Kolbenschuh und die Taumelplatte während dieser Periode wenn

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die Dekompression erforderlich ist, während die Pumpe auf Null oder eine geringe Verdrängung eingestellt ist.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine variable Verdrängungskolbenpumpe in einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht auf die Ventilplatte der in Fig. 1 dargestellten Pumpe;
Fig. 3 leine Rückansicht der Taumelscheibe einer Pumpe nach Fig. 1; -

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3; Fig. 5 und 6 schematische Ansichten des Kolbens, des Kolbenschuhs und der Taumelscheibe einer Pumpe, wobei die Teile in verschiedenen Stellungen dargestellt sind.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt die variable Verdrängungskolbenpumpe ein Gehäuse 10 in allgemein kappenartiger Gestalt, dessen rechtes Ende durch ein Abdeckungsteil 12 verschlossen ist. In Lagern 16 und 18 in dem Gehäuse bzew. in der Abdeckung ist eine Welle 14

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gelagert. Auf der Welle ist eine Zylindertrommel 20 verkeilt, die eine Vielzahl Zylinderbohrungen 22 aufweist, in denen verschiebbare Kolben 24 sitzen. Die Zylindertrommel 20 liegt auf der linken Fläche des Abdeckungsgliedes 12 auf, das mit Schaltöffnungen versehen ist, die später beschrieben werden sollen und mit entsprechenden Zylinderöffnungen 26 zusammenwirken.

Die Kolben 24 haben haben Kugelenden 28, auf denen Gleitschuhe 30 sitzen, die mit Ausgleichshohlräumen 32 von etwa gleichem Durchmesser wie die Zylinderbohrungen 22 versehen sind. Die Hohlräume 32 stehen in Verbindung mit den Zylinderbohrungen durch Kanäle 34 und 36 in den Kolben bzw. Schuhen. Die Schuhe gleiten auf einer flachen ringförmigen Taumelscheibe 38, die durch ein ikipbares Joch 40 getragen wird. Das Joch 40 ist in dem Gehäuse 10 gelagert für ein Kippen um eine Achse 42 mit Hilfe üblicher Drehzapfen, die nicht dargestellt sind. Der Kippwinkel kann gesteuert werden durch irgendeinen geeigneten Verdrängungssteuermechanismus bekannter Art; beispielsweise als Servokolben gesteuert, ansprechend auf den Förderdruck der Pumpe, um den Druck verhältnismäßig konstant zu halten.

In Fig. 2 ist die Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen auf

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der Ventilplattenfläche der Abdeckung 12 dargestellt. Für eine Pumpe, in der die Zylindertrommel im Uhrzeigersinn gegen die Ventilplattenfläche rotiert, ist die bogenförmige Ansaugöffnung bei 44 und die bogenförmige Förderöffnung bei 46 dargestellt. Diese sind mittels Durchgängen verbunden, die in gestrichelten Linien mit ihren Endverbindungen 48 und 50 dargestellt sind. Der Umschalt- oder Abschneidesteg am oberen Totpunkt 52 ist im Uhrzeigersinn beträchtlich über die Kante der Zylinder öffnung 26 verlängert, dargestellt in der Anfangsumschaltstellung in gestrichelten Linien. Mit dem oberen Totpunkt ist der Punkt im Takt eines einzelnen Kolbens gemeint, wo das Volumen im Zylinder ein Minimum ist.

An diesem Punkt ist das Fluidum in dem Hohlraum eingeschlossen, nachdem es von der Förderöffnung 46 abgeschnitten wurde und es ist wünschenswert, vor dem öffnen der Zylinderöffnung 26 zum Ansaugdurchgang 14 hin, daß das Fluidum allmählich auf einen Druck entspannt wird, der dem Eingangsdurchgang angenähert ist. Wenn die Taumelscheibe 28 sich in einer Stellung im Bereich des maximalen Kippwinkels befindet, dient der Rückzughub des Kolbens, der am oberen Totpunkt eingeleitet wird und fortschreitet bis die öffnung 26 zu der Ansaugöffnung 44 öffnet, sehr gut zu

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diesem Zweck. Wenn jedoch die Taumelscheibe im Bereich einer Null-Kipplage sich befindet und der Druck in dem Förderdurchgang 50 aufrechterhalten wird, so wird das in dem Zylinder eingeschlossene Fluidum unzulänglich oder nicht genügend durch die Kolbenbewegung entspannt, wodurch Stöße, Geräusche und Erosion an den Ventilflächen entstehen.

Um das zu vermeiden, macht die vorliegende Erfindung eine Entlüftungsbahn, zurück durch den Kolben, den Kolbenschuh und die Taumelscheibe zu dem Inneren des Gehäuses verfügbar und macht mit Vorteil Gebrauch von den geometrischen Beziehungen zwischen der Taumelscheibe und dem Kolbenschuh, um diese Entlüftungsbahn zu steuern, so daß sie nur wirksam ist, wenn sie benötigt wird. Zu diesem Zweck ist eine Entlüftungsbohrung 54 (Fig. 3) in der Arbeitsfläche 56 der Taumelscheibe 38 vorgesehen. Eine Gegenbohrung 58 in der Rückfläche der Taumelscheibe 38 bildet eine öffnung bei 60 zum Inneren des Gehäuses. Die Taumelscheibe 38 ist mit einem Paar stiftartigen Ausnehmungen 62 und 64 in ihrer Rückfläche versehen, die mit einem Paßstift (nicht dargestellt) im Joch 40 zusammenwirken, indem solch ein Paßstift auf halbem Wege zwischen dem oberen und unteren Totpunkt angeordnet ist, durch Verwendung der Bohrungen 62 wird die Entlüftungsbohrung

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ein paar Grad nach dem oberen Totpunkt für Pumpen angeordnet, die nach Fig. 3 gegen Uhrzeigersinn umdrehen und die Bohrung 64 wirkt in gleicher Weise für Punapen mit Umdrehung im Uhrzeigersinn.

In den Fig. 5 und 6 sind die geometrischen Beziehungen zwischen der Taumelscheibe 38 und den Schuhen 30 schematisch dargestellt. Fig. 5 zeigt die Stellung der Teile bei einer Null-Kippung der Taumelscheibe und Fig. 6 stellt die Stellung bei einer maximalen Kipplage dar. In beiden Figuren 5 und 6 ist der Radius A von der Wellenmittellinie W zur Kolbenmittellinie X konstant. In Fig. 5 steht die Entlüftungsbohrung 54 in Verbindung mit dem Ausgleichshohlraum 32 und liegt'mit einem Radius B von der Wellenachse W entfernt. Wenn die Taumelscheibe 38 um die Zapfenachse 42 schwingt, durchläuft die Kante der Entlüftungsbohrung 54 eine gewölbte Bahn, wie sie in gestrichelten Linien 66 in Fig. 5 angegeben ist. Wenn eine Maximalverdrängung erreicht ist, würde sie mit einem Radius B¹ von der Welenachse W entfernt sein. Kippt jedoch die Taumelscheibe, so kippen die Schuhe 30 um den Mittelpunkt der Kugel 28, wie Fig. 6 zeigt. Die innere Kante des Hohlraums 32 bewegt sich somit in die mit gestrichelten Linien dargestellte Stellung 30' längs des gestrichelten Bogens 68 und somit hat sie

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sich von dem anfänglichen Radius C zu einem größeren Radius C' von der Wellenmittellinie W weg bewegt. Der Radius C ist größer, als der Radius B¹. Diese Bewegung hat die Verbindung zwischen der Entlüftungsbohrung 44 und dem Hohlraum 32 vollständig abgeschnitten. Das tritt bei einem Kippwinkel zwischen den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Winkeln in Erscheinung.

Somit dient bei einer Null-Kipplage oder bei geringen Kippwinkeln, wo eine Dekompression des eingeschlossenen Pluidums am oberen Totpunkt durch die Kolbenzurückziehung nicht erreicht wird, die Entlüftungsbohrung 54 dazu, die eingeschlossene Flüssigkeit zu entspannen. Bei größeren Kippwinkeln, wo die Kolbenzurückziehung eine zufriedenstellende Dekompression erzielt, wird die Entlüftungsbohrung 54 abgeschnitten und bleibt unwirksam. Bei dazwischenliegenden Kippwinkeln sind die Entlüftungsbohrung und die Kolbenzurückziehung beide zur Dekomprimierung in Funktion allmählich ansteigend und abnehmens in den entgegengesetzten Phasen. Auf diese Weise werden die Geräuschspiegel in variablen Verdrängungs-Hochdruckpumpen, die in konstanten Drucksystemen arbeiten, sehr beträchtlich verringert zusammen mit einer Verringerung von einer Gasaustreibung und Kavitationserosion.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   /l.J Axialkolbenpumpe, die eine veränderbare Verdrängung aufweist, mit einer drehbaren Zylindertrommel, die eine Vielzahl von hin-und her-bewegbaren Kolben trägt, mit einer stationären Ventilplatte, die bogenförmige Einlaß- und Auslaßöffnungen aufweist, die durch einen oberen und einen unteren Totpunktabdichtungssteg getrennt sind,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Steg am oberen Totpunkt beträchtlich in Richtung der Zylindertrommeldrehung verlängert ist, daß die für eine Kippbewegung montierte Taumelscheibe und die kugelgelenkartigen Kolbenschuhe, die die Taumelscheibe gleiten, mit einem fluidumausgleichenden Hohlraum versehen sind, der dem Zylinderdruck ausgesetzt ist und durch einen ringförmigen Abdichtungsring begrenzt ist, daß die Schuhe sich an einer eliptischen Bahn auf der Taumelscheibe beteiligen, deren Hauptachse mit der Kipplage der Taumelscheibe ansteigt, und daß die Taumelscheibe eine Entlüftungsbohrung aufweist, die gegenüber dem oberen Totpunkt-Dichtungssteg der Ventilplatte angeordnet ist, für eine Dekomprimierung durch die Ausgleichshohlräume des Drucks des in den entsprechenden Zylindern am oberen Totpunkt eingeschlossenen Fluidums.

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2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Entlüftungsbohrungen in Bezug auf die Bahn der Ausgleichshohlräume so gewählt ist., daß sich die wirksame Entlüftungsöffnung mit dem Kippwinkel auf der Taumelscheibe verändert.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnung in einem radialen Abstand angeordnet ist, um vollständig geöffnet zu sein zu jedem vorbeistreichenden Ausgleichs hohlraum bei einer minimalen Kipplage der Taumelscheibe, und daß die Öffnung sich fortschreitend schließt, wenn die Kipplage sich vergrößert.
4. 4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe einen Ring umfaßt und daß ausgewählte Paßstifte vorgesehen sind, um den Ring mit der Entlüftungsbohrung in einer Stelle für eine Drehung der Zylindertrommel im Uhrzeigersinn und in einer anderen Stellung für eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn festzulegen.

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