DE2414941A1

DE2414941A1 - Druckabhaengige foerderstrom-verstelleinrichtung fuer hydraulische pumpen

Info

Publication number: DE2414941A1
Application number: DE19742414941
Authority: DE
Inventors: Guenther Strauff
Original assignee: Langen and Co
Current assignee: Langen and Co
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1975-10-16
Also published as: FR2266013A1; FR2266013B3

Description

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Patentanme ldung

Gegenstand: Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinricntung für hydraulische Pumpen

Anmelder: Langen & Co, 4000 Düsseldorf, Klosterstraße 49

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen mit rotierendem Antrieb und einem Druckraum oder mehreren Druckräumen und einem Steuerglied, das mindestens mit einem Teil seiner Länge in einer Bohrung angeordnet ist, in der Bohrung abhängig vom Systemdruck gegen die Kraft einer Regelfeder verschiebbar ist und im übrigen relativ zu der Bohrung eine synchron zur Drehbewegung der Antriebswelle verlaufende Drehbewegung ausführt und mit einem nockenförmigen Profil innerhalb der Bohrung versehen ist, mit dessen Hilfe für einen bestimmten Teilbereich einer Umdrehung ein Strömungsweg zwischen dem Druckraum bzw. einem der Druckräume und einem Ablauf aufsteuerbar ist, derart, daß unterhalb eines Grenzdruckes der Strömungsweg fortwährend geschlossen ist und nach. Überschreiten des Grenzdruckes mit weiter zunehmendem Druck für größer werdende Teilbereiche einer Umdrehung geöffnet wird.

Eine derartige Förderstrom-Verstelleinrichtung ist für eine ventilgesteuerte Axialkolbenpumpe durch die DT-AS 1 278 841 bekannt geworden. Das Steuerglied ist dort mit der Antriebswelle drehfest, aber axial verschiebbar gekuppelt. Das nocken-

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förmige Profil wirkt mit Stößeln von Rückschlagventilen zusammen/ welche in Querbohrungen eingesetzt sind, die von den Druckräumen der einzelnen Kolben ausgehen und in der Bohrung münden, die das Steuerglied mit Spiel umgibt. Die Bohrung steht ihrerseits mit dem Saugsystem der Axialkolbenpumpe in Verbindung. Der Nachteil dieser Anordnung besteht insbesondere für sehne!laufende Pumpen darin, daß aufgrund der mechanischen Entsperrung der Rückschlagventile eine starke Geräuschentwicklung neben einem beträchtlichen Verschleiß auftritt. Während die Geräuschentwicklung nur Unbequemlichkeiten für den Anwender mit sich bringt, verändert ein Verschleiß an den Köpfen der Stößel bzw. an dem nockenförmigen Profil die Charakteristik der Pumpe. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß durch den Einbau der Rückschlagventile sowie das Spiel zwischen Steuerglied und umgebender Bohrung Raum in radialer Richtung benötigt wird. Die Kolben können also erst auf einem vergleichsweise großen Teilkreis angeordnet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, d. h. eine Förderstrom-Verstelleinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß ohne wesentliche Geräuschentwicklung bei verkleinerter Baugröße eine längere Lebensdauer erreicht wird. Die Ausführung soll zudem kostengünstig sein und mit weniger Einzelteilen als bisher auskommen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Steuerglied in seiner Ausgangsstellung im Bereich der Mündung eines Strömungsweges in die Bohrung dicht in der Bohrung geführt ist und ausgehend von diesem Bereich eine von der Mantelfläche des Steuergliedes nach innen gerichtete Ausnehmung besitzt, welche sich in Abhängigkeit von gewissen Parametern wie

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Systemdruck, Federkonstante der Regelfeder und wirksame Druckfläche des Steuergliedes in axialer Richtung verbreitert und zur Ableitung des Druckmittels in ein System niedrigeren Druckes dient. Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich; wenn die Ausnehmung mittels einer Querbohrung mit einem innerhalb des Steuergliedes axial verlaufenden Strömungskanal verbunden ist, der an entfernter Stelle mit dem System niedrigeren Druckes verbunden ist. Um auf der einen Seite ausreichende Strömungsquerschnitte und auf der anderen Seite eine relativ kleine Regelieder zu erhalten, kann das Steuerglied gestuft ausgeführt sein, wobei der Teil geringeren Durchmessers vom System druckbeaufschlagt wird und im Teil größeren Durchmessers die Ausnehmung angeordnet ist. Schwierig herzustellende Doppelzentrierungen lassen sich vermeiden, wenn der Teil größeren Durchmessers vom Teil kleineren Durchmessers getrennt ist. Eine stirnseitige Anordnung der Regelfeder und eine damit verbundene große Baulänge lassen sich vermeiden, wenn zwischen dem Teil kleineren Durchmessers und dem Teil größeren Durchmessers eine Schulter noch größeren Durchmessers angeordnet ist, an der sich die den Teil größeren Durchmessers auf einem Teil seiner Länge umgebende Regelfeder abstützt. Als zweites Widerlager für die Regelfeder können eine Beilagscheibe oder mehrere Beilagscheiben dienen, die sich gegen das Gehäuse abstützen und vom Regelglied durchdrungen werden. Durch Veränderung der Anzahl dieser Beilagscheiben kann der Grenzdruck in bestimmten Grenzen stufenweise verändert werden. Eine einfache, zweckmäßige Anordnung ergibt sich dann, wenn der Teil kleineren Durchmessers in einer Bohrung innerhalb eines die Bohrung für den Teil größeren Durchmessers verschließenden Stopfens angeordnet ist, wobei die Bohrung innerhalb des Stopfens zwecks Hubbegrenzung für den Teil kleineren Durchmessers exzentrisch oder schräg von einem Steueranschluß angeschnitten wird. Für Pumpen mit umlaufenden

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druckerzeugenden Elementen ist sinnvollerweise das Steuerglied drehfest im Gehäuse angeordnet. Für Pumpen in Art von Drehkolben oder Flügelzellenpumpen mit zwischen Stirnplatten angeordneten Rotoren sollten der Druckraum oder die Druckräume durch
einen Kanal oder mehrere Kanäle in mindestens einer der Stirnplatten dauernd mit einem im Rotor angebrachten Ringkanal verbunden sein, von welchem ein weiterer die Bohrung für das
Steuerglied anschneidender und mit diesem zusammenwirkender
Kanal ausgeht. Für mit einem Auslaßventil versehene Druckräume kann die Ausnehmung den Strömungsweg mindestens ebensolange
während des Saughubes öffnen wie während des Druckhubes. Ein
noch besseres Saugverhalten ergibt sich, wenn die Ausnehmung
den Strömungsweg während nahezu des gesamten Saughubes öffnet.

Die Erfindung wird anhand einer in den Abbildungen dargestellten als Ausführungsbeispiel dienenden Drehkolbenpumpe näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch die Drehkolbenpumpe gemäß
der Schnittlinie C-D von Figur 2.

Figur 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Welle der Drehkolbenpumpe gemäß der Schnittlinie A-B von Figur 1.

Figur 3 zeigt in einem Teilausschnitt einen Teil des Steuergliedes in einer Stellung, in welcher die Ausnehmung den Strömungsweg öffnet.

Zwei als Stirnplatten 1 und 2 bezeichnete Gehäuseteile umschließen dicht eine Zwischenplatte 3. In konzentrischen Bohrungen 4 und 5 innerhalb der Stirnplatten 1 und 2 ist eine Antriebswelle 6 in Art eines Gleitlagers oder dergleichen gelagert. Ein fest

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mit der Antriebswelle verbundener exzentrischer Drehkolben 7 hat einen größeren Durchmesser als die Antriebswelle 6 und ist seitlich dicht in einem der Dicke der Zwischenplatte 3 entsprechenden konzentrisch zur Antriebswelle 6 liegenden Hohlraum 8 derart angeordnet, daß er mindestens an einer Stelle seines äußeren Mantels mit dem. inneren Mantel des Hohlraums 8 in Art einer Linienberührung zusammenwirkt, wobei unter Linienberührung natürlich auch ein enger Spalt zu verstehen ist. Der Hohlraum 8 wird von einem Schlitz 9 in radialer Richtung angeschnitten, in welchem eine von einer Feder 10 belastete Sperrwalze 11 angeordnet ist, deren Durchmesser kleiner ist als die Breite des Schlitzes 9. Die Sperrwalze 11 wird durch die Feder 10 in einem dauernden Kontakt mit dem Drehkolben 7 und.mit einer zweiten Walze 12 gehalten, die in einer entsprechenden Bohrung 13 innerhalb der Zwischenplatte 3 gelagert ist. An den Schlitz 9 ist ein nicht näher dargestellter Druckanschluß 14 angeschlossen. Ein Sauganschluß 15 ist in der Stirnplatte 1 in Höhe der Walze 12 angebracht und ist über Ausnehmungen 16 in einem der Berührungsstelle zwischen Sperrwalze 11 und Drehkolben 7 benachbarten Bereich mit dem Hohlraum 8 verbunden. Der Drehkolben 7 besitzt in einem beidseitig von den Stirnplatten 1 und 2 abgedeckten Bereich durch Querbohrungen 17 verbundene Ringkanäle 18 und 19,die über einen Kanal 20 in der Stirnplatte 1 mit dem druckbeaufschlagten Teil des Schlitzes 9 bzw. mit Druckanschluß dauernd verbunden sind. Die Ringkanäle 18 und 19 sind über einen Kanal 21 mit einer im Innern der Antriebswelle 6 verlaufenden Bohrung 22 verbunden. In dieser Bohrung ist gleitbar ein Teil 23 größeren Durchmessers eines Steuergliedes angeordnet. Der Teil 23 ragt aus der Bohrung 22 in eine Bohrung 24 größeren Durchmessers hinein und ist in einem gewissen axialen Abstand vom Ende der Antriebswelle 6 her gesehen mit einer

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Schulter 25 größeren Durchmessers versehen. Auf die Stirnfläche der Schulter 25 wirkt ein Teil 26 kleineren Durchmessers, welciier in einer Bohrung 27 innerhalb eines die Bohrungen 24 bzw. 4 verschließenden Stopfens 28 angeordnet ist. Die Länge der Bohrung 27 entspricht etwa der Länge des Teils 26. Ein Steueranschluß 29 schneidet die Bohrung 27 exzentrisch an. Auf die dem Teil 26 abgewandte Ringfläche der Schulter 25 wirkt eine Regelfeder 30 ein, welche ihr zweites Widerlager, an einer Beilagscheibe 31 findet, die sich gegen die Stirnplatte 1 abstützt und vom Teil 23 durchdrungen wird. In der Bohrung 24 ist eine Paßfeder 32 angeordnet, welche mit einem Schlitz in der Schulter 25 in Art einer Verdrehsicherung zusammenwirkt. Der Teil 23 besitzt einen Bereich 33, welcher in der Ausgangslage die Mündung des Kanals 21 dicht verschließt. An den Bereich 33 schließt sich eine Ausnehmung 34 an, welche vom äußeren Mantel des Teils 23 ausgeht und sich in Richtung auf die Schulter 25 verbreitert. Die Ausnehmung 34 ist mit einem innerhalb des Teils 23 verlaufenden Strömungskanal 35 verbunden, welcher in den die Regelfeder 30 aufnehmenden Ringraum 36 mündet. An den Ringraum 36 ist ein Tankanschluß 37 angeschlossen.

Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß die Antriebswelle 6 und damit der Drehkolben 7 im Uhrzeigersinn bewegt würden. Dadurch wird Druckmittel in den Hohlraum 8 angesaugt bzw. aus diesem zum Druckanschluß 14 gepumpt. Der Druckanschluß 14 sei weiterhin über ein Rückschlagventil mit einem nicht näher dargestellten Hydraulik-System verbunden. Von diesem Hydraulik-System möge eine ebenfalls nicht näher dargestellte Steuerleitung zum Steueranschluß 29 abzweigen. Sofern der Druck im Steueranschluß 29 einen bestimmten Grenzdruck nicht überschreitet, wird der Bereich 33 den Kanal 21 verschließen, so daß jeweils der volle Hub des Drehkolbens 7 in das Hydraulik-System gefördert wird. Wenn der Druck aber den besagten zur Überwindung

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der Vorspannung der Regelfeder 30 ausreichenden Grenzdruck überschreitet, wird das Steuerglied 23, 25 und 26 so verschoben, daß die Ausnehmung 34 für einen Teilbereich einer vollen Umdrehung den Kanal 21 öffnet. Druckmittel kann dann kurzzeitig vom Druckanschluß 14 über den Kanal 20, den Ringkanal 18 und den Kanal 21 in die Ausnehmung 34 und von da über den Strömungskanal 35 und den Ringraum 36 zum Tankanschluß 37 strömen. Während dieser Zeit findet keine effektive Förderung statt, so daß sich das effektive Fördervolumen verringert. Bei weiter ansteigendem Druck werden die Zeiträume größer, in welchen ein Rückströmen von Druckmittel zum Tank stattfindet. Diese durch die Verbreiterung der Ausnehmung 34 . hervor-gerufenen vergrößerten Zeiträume bewirken eine entsprechende Verringerung der effektiven Förderung. Das Steuerglied 23, 25 und 26 wird schließlich so weit verschoben, daß keine effektive Förderung mehr stattfindet und ein mit "Nullhub" zu bezeichnender Zustand erreicht wird. Es ist zu bemerken, daß bei dieser Art der Förderstrombegrenzung nur Strömungswiderstände zu überwinden sind, so daß der Gesamtwirkungsgrad nur relativ wenig verringert wird.

Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel einer Drehkolbenpumpe beschränkt ist, sondern ebensogut für Flügelzellen-, Zahnrad- oder Kolbenpumpen anwendbar ist. Für Pumpen mit gehäusefesten Förderräumen kann natürlich das Steuerglied mit der Antriebswelle drehfest aber axial verschiebbar gekuppelt sein, im Gehäuse dicht geführt sein und dort mit Mündungen entsprechender Kanäle zusammenwirken.

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Claims

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P aten tans pr üche:

- Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen mit rotierendem Antrieb und einem Druckraum oder mehreren Druckräumen und einem Steuerglied, das mindestens mit einem Teil seiner Länge in einer Bohrung angeordnet ist, in der Bohrung abhängig vom Systemdruck gegen die Kraft einer Regelfeder verschiebbar ist und im übrigen relativ zu der Bohrung

. eine synchron zur Drehbewegung der Antriebswelle ver-.laufende Drehbewegung ausführt und mit einem nockenförmigen Profil innerhalb der Bohrung versehen ist, mit dessen Hilfe für einen bestimmten Teilbereich einer Umdrehung ein Strömungsweg zwischen dem Druckraum bzw. einem der Druckräume und einem Ablauf aufsteuerbar ist, derart, daß unterhalb eines Grenzdruckes der Strömungsweg fortwährend geschlossen ist und nach Überschreiten des Grenzdruckes mit weiter zunehmendem Druck für größer werdende Teilbereiche einer Umdrehung geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (Teil 23) in seiner Ausgangsstellung im Bereich der Mündung eines Strömungsweges (Kanal 21) in die Bohrung (22)dicht in der Bohrung (22) geführt ist und ausgehend von diesem Bereich (33) eine von der Mantelfläche des Steuergliedes (Teil 23) nach innen gerichtete Ausnehmung (34) besitzt, welche sich in Abhängigkeit von gewissen Parametern wie Systemdruck, Federkonstante der Regelfeder (30) und wirksame Druckfläche des Steuergliedes (Teil 26) in axialer Richtung verbreitert und zur Ableitung des Druckmittels in ein System niedrigeren Druckes dient.

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2. - Druckabhärigige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (34) mittels einer Querbohrung mit einem innerhalb des Steuergliedes (Teil 23) axial verlaufenden Strömungskanal (35) verbunden ist, der an entfernter Stelle mit dem System (Ringraum 36) niedrigeren Druckes verbunden ist.
3. - Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (Teil 23, Teil 26) gestuft ausgeführt ist, wobei der Teil (26) geringeren Durchmessers vom Systemdruck beaufschlagt wird und im Teil (23) größeren Durchmessers die Ausnehmung angeordnet ist.
4. - Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (23) größeren Durchmessers vom Teil (26) kleineren Durchmessers getrennt ist.
5. - Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Teil (26) kleineren Durchmessers und dem Teil (23) größeren.Durchmessers eine Schulter (25) noch größeren Durchmessers sich befindet, an der sich die den Teil (23) größeren Durchmessers auf einen Teil seiner Länge umgebende Regelfeder (30) abstützt.
6. - Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Widerlager für die Regelfeder (30) eine oder mehrere sich gegen das Gehäuse (Stirnplatte 1) abstützende, vom Regelglied (Teil 23) durchdrungene Beilagscheiben (31) dienen.

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7. - Druckabhängige Förderstrom-Versteileinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 4 und einem oder mehreren der anderen, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (26) kleineren Durchmessers in einer Bohrung (27) innerhalb eines die Bohrung (24) für den Teil (23) größeren Durchmessers verschließenden Stopfens (28) angeordnet ist, wobei die Bohrung (27) innerhalb des Stopfens (28) zwecks Hubbegrenzung für den Teil (26) kleineren Durchmessers exzentrisch oder schräg von einem Steueranschluß (29) angeschnitten wird.
8. - Druckabhängige Förderstrom-Versteileinrichtung für hydraulische Pumpen nach einem oder mehreren der .vorigen Ansprüche insbesondere für Pumpen mit umlaufenden druckerzeugenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (Teil 23) drehfest im Gehäuse (Stirnplatte 1) angeordnet ist.
9. - Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 8 insbesondere für Pumpen mit zwischen Stirnplatten angeordneten Rotoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (14) oder die Druckräume durch einen Kanal (20) oder mehrere Kanäle in mindestens einer der Stirnplatten (1) dauernd mit einem im Rotor (Drehkolben 7) angebrachten Ringkanal (18) verbunden sind, von welchen ein weiterer, die Bohrung für das Steuerglied (Teil 23) anschneidender und mit diesen zusammenwirkender Kanal (17, 21) ausgeht.

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10. - Druckabhängige Förderstrom-Versteileinrichtung für hydraulische Pumpen nach einem oder mehreren.der vorigen Ansprüche insbesondere für Druckräume mit Auslaßventilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung den Strömungsweg während des Saughubes mindestens ebensolange öffnet wie während des Druckhubes.
11. - Druckabhängige Förderstrom-Verstelleinrichtung für hydraulische Pumpen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, "daß die Ausnehmung den Strömungsweg während nahezu des gesamten Saughubes öffnet.

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