DE3700997A1 - Kolbenpumpe mit einer taumelscheibe oder einem exzenter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit einer Taumel­ scheibe oder einem Exzenter zur Steuerung von mehreren mit Rückstellfedern versehenen Förderkolben in Hubräumen, mit Ansaugleitungen zu den Förderkolben, mit einer Druckaus­ gangsleitung und mit Rückschlagventilen.

Derartige Pumpen werden als Taumelscheiben-, Axialkolbenpum­ pen bzw. Exzenterradialkolbenpumpen bezeichnet. Sind diese Pumpen mit einem konstanten Taumelscheibenwinkel bzw. einer konstanten Exzenterstellung versehen, bleiben die Hubhöhen der Förderkolben unverändert, wodurch keine Förderstromrege­ lung möglich ist. Die Pumpe arbeitet stets mit maximalem Hub. Zur Regelung des Förderstromes ist es bereits bekannt, den Winkel der Taumelscheibe bzw. den Exzenter entsprechend zu verstellen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß hierfür re­ lativ aufwendige Verstelleinrichtungen erforderlich sind und der Wirkungsgrad bei Taumelscheibenpumpen bei sich verklei­ nerndem Scnwenkwinkel schlechter wird.

Es ist bereits in einer älteren Anmeldung vorgeschlagen wor­ den in den Hubräumen der Förderkolben Verdrängerkörper anzu­ ordnen, welche in Abhängigkeit vom Betriebsdruck oder einem Differenzdruck im System in Richtung auf die Förderkolben verschiebbar sind. Auf diese Weise können die Hubräume der Förderkolben und damit die Förderleistung der Kolbenpumpe geändert werden. Im Bedarfsfalle kann auch eine Regelung bis zu einem theoretischen Fördervolumen 0 erreicht werden.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß zur Verstellung der Ver­ drängerkörper eine gesonderte Steuerpumpe erforderlich ist, welche zusätzlich eine Verlustleistung erzeugt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Kolbenpumpe zu schaffen, die abschaltbar ist, wobei hierbei bei möglichst einfachem Aufbau nur geringe Leerlauf­ verluste auftreten sollen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeich­ nenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird nunmehr nicht eine gesonderte Steuer­ pumpe benötigt. Vielmehr wird zur Abschaltung der Pumpe für einen Leerlaufbetrieb der Druck der Druckausgangsleitung verwendet. Für diese erfindungsgemäße Lösung sind nahezu keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich. Es kann weit­ gehend auf bereits vorhandene Bauelemente und Komponenten zurückgegriffen werden. Dadurch daß keine gesonderte Steuer­ pumpe notwendig ist, reduziert sich die Verlustleistung ent­ sprechend, wodurch eine Wirkungsgradverbesserung erreicht wird.

Wären die wirksamen Kolbenflächen der Förderkolben und die der Druckflächen gleich groß, so würde sich kein Förderstrom ergeben. Aus diesem Grunde ist bei dem älteren Vorschlag ei­ ne separate Steuerpumpe notwendig, da die untereinander ver­ bundenen Verdrängerkörper einen Druck benötigen. Weiterhin müssen Leckageverluste an den Verdrängerkörpern ersetzt wer­ den.

Erfindungsgemäß werden nun jedoch die oszillierenden Förder­ kolben durch die größere wirksame Kolbenfläche ohne Erhöhung der Verlustleistung als Füllpumpen verwendet. Hierzu sind keine zusätzlichen Ventile notwendig, denn die normalen Saug- und Druckventile sind ohne Einschränkung verwendbar.

Durch die unterschiedlichen Kolbenflächen verbleibt auch bei einer Anlage der Verdrängerkolben an den Förderkolben in den Hubräumen ein Restraum zur Förderung von Druckmittel frei. Diese Förderung wird nun erfindungsgemäß als Steuerstrom verwendet.

Der an der Druckausgangsleitung zur Verfügung stehende Druck ist bei abgeschalteter Pumpe damit Steuerdruck und wird über das Schaltventil und die Verbindungsleitungen den Druckräu­ men der Verdrängerkörper zugeführt. Auf diese Weise werden die Verdrängerkörper jeweils in Richtung auf eine Anlage an die Förderkolben verschoben. Die Verdrängerkörper bewegen sich dabei mit den Förderkolben synchron. Ein geringer Volu­ menstrom wird jedoch dabei aufrecht erhalten.

Die Regelung des Förderstromes ist dabei auf vielfache Weise möglich. So können die Druckflächen der Verdrängerkörper z.B. mit dem Betriebsdruck beaufschlagt werden. In diesem Falle wirkt die Kraft der Feder gegen die Druckkraft des Betriebsdruckes. Solange die Druckkraft der Feder größer ist als die durch den Betriebsdruck auf die Druckfläche des da­ zugehörigen Verdrängerkörpers wirkende Kraft, verbleibt der Verdrängerkörper in seiner Ausgangsposition, und dem dazuge­ hörigen Förderkolben steht in üblicher Weise das maximale Hubvolumen zur Förderung zur Verfügung. Übersteigt jedoch die von dem Betriebsdruck herrührende Druckkraft die Kraft der Feder, so wird in entsprechendem Maße der Verdrängerkör­ per in Richtung einer Hubraumverkleinerung verschoben. Diese Verschiebung erfolgt dabei in Abhängigkeit vom Betriebs­ druck. Die Verschiebung des bzw. aller Verdrängerkörper er­ folgt dabei solange bis sich ein Gleichgewichtszustand zu den dazugehörigen Federkräften einstellt. Dreht die Taumel­ scheibe bzw. der Exzenter weiter in den Druckhub, verdichtet der jeweilige Kolben das angesaugte Volumen und verschiebt dabei auch den dem Förderkolben nacheilenden Verdrängerkör­ per bis zum Kräftegleichgewicht. Dabei ist eine Regelung von einem theoretischen Fördervolumen Null bis zu einer maxima­ len Förderleistung möglich.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe kann mit entsprechender Energieeinsparung z.B. als Kipperpumpe oder Bremspumpe, bei der Leistung vernichtet wird, verwendet werden. Weiterhin kann sie als hydrostatischer Antrieb für Nebenaggregate die­ nen. Die Verdrängerkörper können koaxial zu den Förderkolben angeordnet sein, und zwischen die Verdrängerkörper und die Förderkolben können Federn gespannt sein.

Diese Anordnung der Verdrängerkörper und Förderkolben zuein­ ander läßt sich konstruktiv sehr einfach verwirklichen. Die Federn sorgen dabei dafür, daß im Normalfalle für die Kol­ benpumpe die Hubräume voll zur Verfügung stehen.

Die Federn können dabei gleichzeitig die Rückstellfedern der Förderkolben sein.

In einfacher Weise erreicht man die unterschiedlich wirksa­ men Kolbenflächen dadurch, daß die Durchmesser D ₁ der Förderkolben größer sind als die Durchmesser D ₂ der Ver­ drängerkörper im Bereich der Druckflächen.

Sofern die Druckausgangsleitung nicht mit einem Verbraucher verbunden ist, wird man in vorteilhafter Weise in der Druck­ ausgangsleitung ein einstellbares Druckbegrenzungsventil an­ ordnen, damit verschiedene Leistungen oder Momente abgenom­ men werden können.

Da zum Verstellen der Verdrängerkörper nur geringe Steuer­ drücke erforderlich sind kann man in den Verbindungsleitun­ gen ein Druckminderventil anordnen.

Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in den Verbindungsleitungen ein Druckspeicher mit einem Speicherladeventil angeordnet ist.

Der Druckspeicher kann zur Beschleunigung des Einschaltvor­ ganges für Leistungsbereich verwendet werden. Ebenso kann damit erreicht werden, daß bei einer Inbetriebnahme der Kol­ benpumpe mit Leerlauf angefahren werden kann, denn durch ei­ ne Entleerung des Druckspeichers können die Verdrängerkörper sofort bei Inbetriebnahme der Kolbenpumpe in Richtung auf eine Nullhubförderung verschoben werden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aus dem weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindungen ersichtlich sind, anhand der Zeichnung prin­ zipmäßig beschrieben.

In der Zeichnung ist eine Taumelscheibenpumpe dargestellt. Grundsätzlich ist die dargestellte Taumelscheibenpumpe von bekannter Bauart, weshalb nachfolgend im wesentlichen nur die für die Erfindung maßgebenden Teile näher beschrieben werden.

Mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Förderkolben 1 sind mit Rückstellfedern 2 versehen. Jedem Förderkolben 1 ist ein Hubraum 3 zugeordnet, in den jeweils ein Verdränger­ körper 4 einschiebbar ist. Die Verdrängerkörper 4 sind als Verdrängerkolben ausgebildet und weisen jeweils durchgehende freie Innenräume 5 mit saugseitigen federbelasteten Rück­ schlagventilen 6 auf. Kugelförmige Rückschlagventile 7 be­ finden sich hinter den Hubräumen 3 und verschließen jeweils Querbohrungen 10. Die kugelförmigen Ventile 7 sind in einem elastischen Puffer 20 gelagert und geben bei einem entspre­ chenden Druck in den Hubräumen 3 die Verbindung zur Druck­ ausgangsleitung 19 frei. Die Hohlräume 5 sind über eine ge­ meinsame Ringkammer 8 mit einem Tank 9 verbunden.

Die Verdrängerkörper 4 weisen Druckflächen 11 in Druckräumen 12 auf, wobei die Druckräume 12 über einen gemeinsamen Ring­ kolbenraum 13 miteinander verbunden sind. Wie ersichtlich, sind die Druckflächen 11 der Verdrängerkörper 4 so angeord­ net, daß sie jeweils eine Druckkraft erzeugen, welche gegen die Förderkolben 1 gerichtet ist.

Die Kolbenpumpe weist ein Gehäuseteil 14, ein Mittelteil 16, in welchem die Förderkolben 1 gelagert sind, und ein Flansch­ teil 15 für die Lagerung der Verdrängerkörper 4 auf.

In dem Gehäuseteil 14 ist eine Taumelscheibe 17 gelagert, welche durch eine Antriebswelle 18 angetrieben wird. Die Rückstellfedern 2 pressen die Förderkolben 1 jeweils gegen die Taumelscheibe 17.

Nachfolgend wird der hydraulische Teil der Kolbenpumpe be­ schrieben, woraus auch die Funktionsweise der Erfindung deutlich wird.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist jeweils der Durchmes­ ser D ₂ eines Verdrängerkörpers kleiner als der Durchmesser D ₁ des Förderkolbens. Die Durchmesserunterschiede können dabei so bemessen sein, daß nur die Leckage aus den Kolben ersetzt wird. Die Verdrängerkörper 4 befinden sich in der dargestellten Lage in ihrem unteren Totpunkt und bewegen sich nicht gegen die Förderkolben 1. Damit fördert die Pumpe über die federbelasteten Saugventile 6 und die Druckventile 7 gegen ein einstellbares Druckbegrenzungsventil 31. Dies gilt bei einer Anwendung als Bremspumpe. Bei anderen Anwen­ dungen ist an dieser Stelle stellvertretend ein Verbraucher angeordnet. Über eine Leitung 37, ein Druckminderventil 33, eine Leitung 38 und ein Speicherladeventil 34 wird ein Spei­ cher 35 geladen. Das Druckminderventil reduziert den Hoch­ druck in der Leitung 37 auf den zulässigen Speicherladedruck des Niederdruckspeichers. Ein Pumpenschaltventil 30 steht dabei noch in Stellung "EIN". In diesem Falle ist die Lei­ tung 36 mit dem Behälter 9 verbunden. Bei Erreichen eines bestimmten Ladedruckes schaltet das Speicherladeventil 34 den Speicher 35 ab.

Wird nun über das Schaltventil 30 die Pumpe ausgeschaltet, so wird in Stellung "AUS" des Schaltventiles 30 der Speicher 35 über die Leitungen 39 und 36 mit dem Ringraum 13 in der Pumpe verbunden. In der Zeichnung ist das Schaltventil 30 in der Position "AUS" dargestellt. Der Speicher stellt dabei die erforderliche Ölmenge, d.h. die Verstelleistung zur schnellen Verstellung aller Verdrängerkörper 4 zur Anlage jeweils an den Kolbenboden des zugeordneten Förderkolbens 1 zur Verfügung. Die Verdrängerkörper 4 bewegen sich dabei mit den Förderkolben 1 synchron. Die Stellung der Verdrängerkörper bei abgeschalteter Pumpe ist in der Zeichnung gestrichelt dargestellt. Wie ersichtlich verbleibt damit in den Hubräumen 3 ein Ringraum frei der sich aus den unterschiedlichen Durchmessern D 1/D 2 ergibt. Dieser Ringraum dient zur Aufrechterhaltung des gewünschten Steuerdruckes. Damit werden die oszillierenden Förderkolben durch den geringen Durchmesserunterschied ohne Erhöhung der Ver­ lustleistung als Füllpumpen benützt. Der am Druckanschluß 19 zur Verfügung stehende Druck ist dabei der Steuerdruck und wird bei einer Stellung des Pumpenschaltventiles 30 in Stel­ lung "AUS" über das Druckminderventil 33, das Speicherlade­ ventil 34 und die Leitungen 38 und 36 direkt den Druckflä­ chen 11 der Verdrängerkörper 4 zugeführt. Bei dem geringen Ölbedarf ist auch eine ständige Aktivierung des Speichers bzw. nach dem Einschaltvorgang der Pumpe ein Laden des Spei­ chers gegeben.

Claims (9)

1. Kolbenpumpe mit einer Taumelscheibe oder einem Exzenter zur Steuerung von mehreren mit Rückstellfedern versehenen Förderkolben in Hubräumen, mit Ansaugleitungen zu den För­ derkolben, mit einer Druckausgangsleitung und mit Rück­ schlagventilen, dadurch gekennzeichnet, daß in die Hubräume (3) der Förderkolben (1) Verdrängerkörper (4) einschiebbar sind, die Druckräume (12) mit Druckflächen (11) aufweisen, welche in Richtung auf die Förderkolben (1) gerichtete Druckkräfte erzeugen, wobei die wirksamen Kolbenflächen der Förderkolben (1) größer sind, als die der Druckflächen (11) und die Druckräume (12) über Ver­ bindungsleitungen (13, 36, 38, 37) mit einem Pumpenschaltventil (30) mit der Druckausgangsleitung (19) zur Verschiebung der Verdrängerkörper (4) in Richtung auf eine Anlage an den För­ derkolben (1) verbindbar ist.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerkörper (4) koaxial zu den Förderkolben (1) an­ geordnet sind und zwischen die Verdrängerkörper (4) und die Förderkolben (1) Federn (2) gespannt sind.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn die Rückstellfedern (2) der Förderkolben (1) sind.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser (D ₁) der Förderkolben (1) und die Durch­ messer (D ₂) der Verdrängerkörper (4) im Bereich der Druckflächen (11) ungleich groß sind.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser (D ₁) der Förderkolben (1) größer sind als die Durchmesser (D ₂) der Verdrängerkörper (4) im Bereich der Druckflächen (11).

6. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckausgangsleitung (19) ein einstellbares Druckbe­ grenzungsventil (31) angeordnet ist.

7. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsleitungen (37, 38) ein Druckminderventil (33) angeordnet ist.

8. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsleitungen (37, 38) ein Druckspeicher (35) mit einem Speicherladeventil (34) angeordnet ist.

9. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (12) der Verdrängerkörper (4) über einen ge­ meinsamen Ringkolbenraum (13) miteinander verbunden sind, in den eine der Verbindungsleitungen (36) mündet.