DE4010550C2 - Axialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine Axialkolbenpumpe mit einer Anzahl auf einem äußeren und einem inneren Kreis um eine Taumelscheibenachse angeordneten Kolbensätzen ist bereits aus der DE-OS 37 27 853 (Fig. 6) bekannt. Auf dem äußeren Kreis arbeiten zwei Kolben mit einem verhältnismäßig großen Hub in zugehörigen Zylinderbohrungen, welche an einen ersten Verbraucher, in vorliegendem Falle an einen Lenkungskreis, angeschlossen sind. Auf dem inneren Kreis liegen sechs weitere Kolben, die in ihren Zylinderräumen mit einem kleineren Hub arbeiten, und mit einem zweiten Verbraucher, beispielsweise einer Bremse, verbunden sind. Die beiden Kolbensätze saugen das Öl aus einem Taumelscheibenraum ein, der über eine Saugbohrung mit einem Tank Verbindung hat. Zur Einleitung des Drucköls in die Zylinderräume sind in der unteren Totpunktlage der Kolben geöffnete Radialbohrungen vorgesehen, die über Axialbohrungen an den Taumelscheibenraum anschließen. In der bekannten Anordnung strebt man an, den Lenkungskreis bei höheren Drehzahlen mit einer kleineren Ölmenge zu versorgen, weil bei höheren Fahrgeschwindigkeiten eine geringere Lenkunterstützung erforderlich ist. Auf diese Weise erhält man eine sogenannte fallende Kennlinie, die bei höheren Fahrgeschwindigkeiten für ein strafferes Lenkverhalten verantwortlich ist. Um eine bei höherer Drehzahl kleinere Ölmenge mit dem außenliegenden Kolbensatz bereitstellen zu können, liegen die Axialbohrungen des Saugsystems in einem Bereich niedrigen Saugdruckes, d. h., die an den Taumelscheibenraum angeschlossenen Axialbohrungen sind radial nach innen versetzt. Da das Ansaugöl im Taumelscheibenraum durch die Rotation eine druckmäßige Schichtung annimmt, entnimmt man also das Öl aus einem Bereich, der vom größten Durchmesser des Drehelements (Taumelscheibe) am weitesten entfernt ist.

Die Versorgung des Bremskreises durch den innenliegenden Kolbensatz erfolgt hingegen durch Axialbohrungen, die im Bereich höheren Druckes, also radial weiter außen liegen, so daß man eine bessere Kolbenfüllung erzielt. Auf diese Weise kann eine einzige Pumpe den Förderstrombedarf an zwei Verbraucher mit unterschiedlichen Betriebserfordernissen anpassen. Hierbei ist jedoch der drehzahlabhängige Regelbereich, in dem der außenliegende Kolbensatz auf die Hilfskraftlenkung arbeitet, verhältnismäßig eng. Dies bedeutet, daß die Kennlinie über einem breiten Drehzahlband nur wenig abfällt. Eine solche Charakteristik ist z. B. für Hydroantriebe, die eine große Spannbreite des Regelstromes benötigen, ungeeignet. Da die Kolbensätze beider Ölkreise aus dem gemeinsamen Taumelscheibenraum ansaugen, läßt sich eine unterschiedliche Befüllung der einzelnen Kolben, insbesondere bei höheren Drehzahlen, nicht ganz vermeiden. Dies ist auf das abwechselnde Eintauchen der Kolben in den Taumelscheibenraum zurückzuführen, wobei Druckschwingungen entstehen. Diese Druckschwingungen sind außerdem die Ursache für Geräusche.

Aus der DE 32 31 878 C1 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt, bei der eine mit einer Welle umlaufende Scheibe bei angetriebener Pumpe einen örtlichen Zirkularstrom er­ zeugt. Dieser Zirkularstrom verstärkt sich drehzahlabhängig und behindert den Saugstrom der Förderkolben. Außerdem ist aus der DE-OS 21 03 645 eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Radialkolbenpumpe, bekannt, bei der jede Zylinderbohrung von einem federbelasteten, als Rückschlagventil wirkenden Auslaßventil verschlossen wird. Eine Einrichtung zum Dosie­ ren der Fördermenge an Kolbenpumpen ist aus der DD-PS 31 175 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenpumpe für die Versorgung von zwei voneinander unabhängigen Verbrauchern so auszugestalten, daß sich der eine Kolbensatz in einem möglichst großen Regelbereich, d. h. zwischen einem Mindest- und einem Höchststrom, betreiben läßt. Außerdem sollen beide Kolbensätze in jedem Betriebszustand mit einem gleichmäßigen Füllungsgrad arbeiten. Diese Forderungen sollen mit geringem Bauaufwand und nur unwesentlich veränderten Außenabmessungen der Pumpe verwirklicht werden.

Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Axialkolbenpumpe gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Die Lösung der Aufgabe besteht hauptsächlich darin, daß für die Ölversorgung der beiden Kolbensätze voneinander getrennte Saugbohrungen vorgesehen sind und in die Saugbohrung des einen Kolbensatzes ein den Ölzulauf bestimmendes Regelventil eingesetzt ist. Durch die aufgeteilte Zufuhr des Drucköls bereits im Saugbereich läßt sich eine nachteilige Beeinflussung der Kolbensätze untereinander vermeiden. Außerdem steht im Ölkreis des einen Pumpensatzes ein Regelstrom mit großer Spannbreite zur Verfügung. Auf diese Weise kann man z. B. einen Hydromotor zum Antrieb eines Kühlerlüfters, je nach Anforderung, mit einem Regelstrom von 0,3 bis 10,0 dm³/min betreiben. Die Pumpenleistung läßt sich also dem jeweils erforderlichen Kühlbedarf anpassen.

Baut man das Regelventil in die Saugbohrung des außenliegenden Kolbensatzes ein, so kann der Regelstrom unmittelbar auf die in den Taumelscheibenraum eintauchenden Kolbenfüße bzw. ihre Einlaßöffnungen gelenkt werden. Außerdem ist stromaufwärts des Regelventils eine von der Saugbohrung abzweigende, über eine Ringnut und Radialbohrungen an die Zylinderräume angeschlossene Konstantstrombohrung vorgesehen. Auf diese Weise lassen sich die Zylinderräume durch zwei verschiedene Ströme füllen, nämlich durch einen Regelstrom und einen Konstantstrom. Dies begünstigt eine gleichmäßige Aufladung und einen ruhigen Pumpenlauf. Sollte das Regelventil den Ölstrom in den Taumelscheibenraum unterbrechen, so bleibt der Konstantstrom erhalten, der jeden Zylinderraum mit der gleichen kleinen Ölmenge versorgt. Damit läßt sich ein Trockenlaufen des Regelkreises vermeiden.

Die Saugbohrung des innenliegenden Kolbensatzes ist an eine Ringnut angeschlossen, die über Radialbohrungen zu den einzelnen Zylinderräumen Verbindung hat. Das Zuführen des Öls geschieht im unteren Totpunkt der Kolben im Bereich der Kolbenstirnseiten. Diese Ölverteilung hat den Vorteil der Unabhängigkeit von der Versorgung des außenliegenden Kolbensatzes. Da die von der Ringnut abgehenden Radialbohrungen zwischen den Kolben des außenliegenden Kolbensatzes liegen, ergibt sich eine raumsparende und preisgünstige Anordnung. Über den innenliegenden Kolbensatz läßt sich z. B. eine Niveauregelung versorgen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, zur Versorgung nur eines Verbrauches beispielsweise den inneren Kolbensatz fortfallen zu lassen, um nur einen Verbraucher mit einem Regelstrom und einem Konstantstrom zu betreiben.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht schließlich noch darin, daß der Förderstrom des außenliegenden und über das Regelventil versorgten Kolbensatzes drehzahlunabhängig, der innenliegende Kolbensatz dagegen drehzahlabhängig arbeitet. Eine solche Vereinigung von zwei Förderstromcharakteristiken innerhalb eines Pumpengehäuses läßt sich mit dem verwendeten Regelventil auf einfache Weise durchführen und eignet sich zum Betrieb eines Verbrauchers mit stark schwankender Förderstrommenge und einem weiteren Verbraucher mit einer fest eingestellten Förderstrom-Kennlinie bei kleinerem Ölstrom. Diese Eigenschaften lassen sich auf engstem Bauraum, ohne die Verwendung einer teueren Verstellpumpe, verwirklichen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem in der Zeichnung dargestellten Querschnitt einer Axialkolbenpumpe für zwei getrennte Verbraucher.

Eine in einem Lager 1 abgestützte Welle 2 trägt eine Taumelscheibe 3. Die Taumelscheibe 3 dreht sich in einem Taumelscheibenraum 4. An der Taumelscheibe 3 liegen in verschiedenen Kreisebenen ein aus mehreren Kolben 5 bestehender Kolbensatz 6 und ein weiterer aus mehreren Kolben 7 bestehender Kolbensatz 8 an. Die Kolben 5 des äußeren Kolbensatzes sind in Zylinderbohrungen 5A und die Kolben 7 des innenliegenden Kolbensatzes 8 in Zylinderbohrungen 7A eines Kolbenträgers 10 geführt. Sobald die Taumelscheibe 3 dreht, versetzt diese die Kolben 5 und 7 in Hubbewegungen. Eine mit einem nicht gezeichneten Tank verbundene Ansaugleitung bzw. Saugbohrung 11 führt über ein Regelventil 12 zum ölgefüllten Taumelscheibenraum 4, in welchen die Kolben 5 des außenliegenden Kolbensatzes 6 mit ihren Einlaßbohrungen 5B eintauchen. Die Kolben 5 drücken das angesaugte Hydrauliköl über ein Auslaßventil 13, welches Druckkanäle 13A verschließt in einem gemeinsamen Ringkanal 14. Dieser Ringkanal 14 steht über einen Auslaß 15 mit einem einen Kühlerlüfter antreibenden Hydromotor in Verbindung.

Das Regelventil 12 sitzt in einer die Saugbohrung 11 senkrecht schneidenden Bohrung 16 und ist in einem Gewinde 17 verschraubt. Es besteht im wesentlichen aus einem Ventilkegel 18, einem Ventilsitz 20 und einem mit einem Anker (nicht sichtbar) eines Elektromagnets 21 verbundenen Schaft 22. Das Regelventil 12 kann jedoch wahlweise auch mit einem hydraulischen oder mechanischen Verstellmechanismus gekoppelt sein. Das Hydrauliköl strömt über Öffnungen 9 ins Innere einer den Ventilsitz 20 bildenden Buchse 12A und von dort im Bereich des Ventilkegels 18 in den Taumelscheibenraum 4. Das Regelventil 12 läßt sich über ein elektronisches Schaltgerät (nicht dargestellt) in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur ansteuern. Entsprechend dem Temperatursignal steuert der Elektromagnet 21 das Sitzventil 18, 20 gegen Federkraft mehr oder weniger auf oder zu, so daß man über den veränderlichen Ölstrom eine zur Kühlwassertemperatur proportionale Lüfterdrehzahl erhält.

Bei noch kalter Kühlwassertemperatur ist das Sitzventil 18, 20 geschlossen. Damit bis zur ausreichenden Erwärmung des Kühlwassers kein Trockenlauf des Kolbensatzes 6 stattfinden kann, muß noch eine zweite Versorgungsmöglichkeit vorgesehen sein. Zu diesem Zweck zweigt von der Saugbohrung 11 vor dem Regelventil 12 eine Konstantstrombohrung 23 ab, die in eine Ringnut 24 mündet. Von dieser Ringnut 24 führen Radialbohrungen 25 zu jeder Zylinderbohrung 5A des Kolbensatzes 6. Im unteren Totpunkt der Kolben 5 läßt sich daher eine kleine Ölmenge einspritzen, die für eine ausreichende Schmierung der Pumpe und des Hydromotors ausreicht. Bei geöffnetem Regelventil 12 vereinigt sich die kleine Konstantstrommenge mit dem aus dem Taumelscheibenraum 4 angesaugten größeren Ölstrom in den Zylinderräumen 5A. Bei geschlossenem Regelventil 12 sichern die Radialbohrungen 25 außerdem eine gleichmäßige Teilbefüllung der Zylinderbohrungen 7A, so daß sich die Druckpulsation und damit auch die Geräusche verringern.

Der innenliegende Kolbensatz 8 hat eine Saugbohrung 26 und versorgt die Niveauregelung. Durch die Trennung der Saugbohrungen 11 und 26 kann man die Ölversorgung der Niveauregelung unabhängig vom Betriebszustand des Hydromotors jederzeit aufrechterhalten. Die Saugbohrung 26 mündet in einen Ringkanal 27, von dem Radialbohrungen 28 zu den Zylinderräumen 7A der Kolben 7 abzweigen. Ordnet man die. Kolben 7 auf ihrem Kreis versetzt zu dem außenliegenden Kolben 5 an, so bleibt zwischen letzterem Kolben 5 genügend Raum für das Einarbeiten der Radialbohrungen 28 in den Kolbenträger 11. Die Radialbohrungen 28 läßt man in der unteren Totpunktlage der Kolben 7 oberhalb ihrer Stirnfläche in die Zylinderräume 7A einmünden. Die Zylinderräume 7A stehen mit Druckkanälen 30A in Verbindung, die alle ein Auslaßventil 30 abdeckt. Das Auslaßventil 30 öffnet in einen Ringraum 31, der mit einem an die Niveauregelung angeschlossenen Auslaß 32 in Verbindung steht. Beide Auslaßventile 13, 30 für den Kolbensatz 6 bzw. 8 haben dieselbe Bauform und dichten mit einer Ringplatte 33 bzw. 34 gegen eine gemeinsame Dichtfläche 35 des Kolbenträgers 10. Ein in einem rückseitigen Gehäuseteil 40 abgestützter elastischer Ring 36, 37 hält die Ringplatte 33 bzw. 34 in Anlage. Beim Druckhub der Kolben 5, 7 hebt die Ringplatte 33 bzw. 34 im Bereich des zugehörigen Druckkanals 13A bzw. 30A partiell so weit von der Dichtfläche 35 ab, daß das Drucköl in den Ringkanal 14 bzw. 31 und zum zugehörigen Verbraucher abfließen kann. Die beiden Kolbensätze 6 und 8 sind durch einen O-Ring 38 gegeneinander abgedichtet. Die beschriebene Anordnung der Auslaßventie 13 und 30 hat den Vorteil, daß sich die Dichtfläche 35 für beide Ölkreise am Kolbenträger 10 gleichzeitig bearbeiten läßt. Außerdem können die Ringnuten 14 und 31 sowie die zugehörigen Auslaßkanäle alle in das rückseitige Gehäuseteil 40 eingearbeitet werden.

Die Konstantstrombohrung 23 kann man vorteilhaft so groß wählen, daß die Durchtrittsmenge ausreicht, um den Hydromotor in seiner Grunddrehzahl laufen zu lassen. Durch diese Maßnahme kann das Regelventil 12 bereits früher schließen und muß in diesem Betriebszustand des Hydromotors nicht in Schwimmstellung verharren.

Durch ein konzentrisch zur Taumelscheibe 3 in den Taumelscheibenraum 4 eingesetztes, zylinderförmiges Prallblech 41 läßt sich das aus dem Regelventil 12 ausströmende Öl gezielt auf die Einlaßbohrungen 5B des außenliegenden Kolbensatzes 6 lenken. Diese Maßnahme bewirkt eine gute Aufladung der Kolben 5.

Da im Taumelscheibenraum 4 durch die saugseitige Regelung ein Unterdruck entstehen kann, muß eine auf der Rückseite des Lagers 1 gelegene Kammer 42 wegen des dort vorhandenen Wellendichtringes 43 druckentlastet sein. Aus diesem Grunde verbindet man vorteilhaft die Kammer 42 über Bohrungen 44 und 45 mit der Saugbohrung 11. Weiter ist ein Druckentlastungsring 46 vorgesehen, der über eine Drosselstelle 47 genügend Öl für die Lagerschmierung durchläßt.

Bezugszeichenliste

1

Lager

2

Welle

3

Taumelscheibe

4

Taumelscheibenraum

5

Kolben

5

AZylinderbohrungen

5

BEinlaßbohrungen

6

außenliegender Kolbensatz

7

Kolben

7

AZylinderbohrungen

8

innenliegender Kolbensatz

9

Öffnungen

10

Kolbenträger

11

Saugbohrung

12

Regelventil

12

ABuchse

13

Auslaßventil

13

ADruckkanäle

14

Ringkanal

15

Auslaßbohrung

16

Bohrung

17

Gewinde

18

Ventilkegel

19

-

20

Ventilsitz

21

Elektromagnet

22

Schaft

23

Konstantstrombohrung

24

Ringnut

25

Radialbohrungen

26

Saugbohrung

27

Ringkanal

28

Radialbohrungen

29

-

30

Auslaßventil

30

ADruckkanäle

31

Ringraum

32

Auslaßbohrung

33

Ringplatte

34

Ringplatte

35

Dichtfläche

36

gummielastischer Ring

37

gummielastischer Ring

38

O-Ring

39

-

40

rückseitiges Gehäuseteil

41

Prallblech

42

Kammer

43

Wellendichtring

44

Bohrung

45

Bohrung

46

Druckentlastungsring

Claims (11)

1. Axialkolbenpumpe mit folgenden Merkmalen:

• 1. Eine Taumelscheibe betätigt eine Anzahl auf einem äu­ ßeren und einem inneren Kreis um eine Taumeischeiben­ achse angeordnete Kolben;
• 2. ein Taumelscheibenraum steht mit einer Ansaugleitung in Verbindung;
• 3. die Kolben saugen das Hydrauliköl über Radialbohrungen an ihrer der Taumelscheibe abgewandten Stirnfläche an;
• 4. der auf dem äußeren Kreis angeordnete Kolbensatz för­ dert das Öl über Auslaßventile zu einem ersten Ver­ braucher;
• 5. der auf dem inneren Kreis liegende Kolbensatz fördert eine verhältnismäßig kleine Ölmenge über Auslaßventile zu einem zweiten Verbraucher,

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Radialbohrungen der beiden Kolbensätze (6, 8) mit jeweils separaten Ansaugleitungen (11 bzw. 26) verbun­ den sind und
• 2. in der Ansaugleitung (11) des einen Kolbensatzes (16) ein den Ölstrom begrenzendes Regelventil (12) einge­ setzt ist.

2. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. Das Regelventil (12) sitzt in der Ansaugleitung (11) des außenliegenden Kolbensatzes (6);
• 2. stromaufwärts des Regelventils (12) zweigt von der Ansaugleitung (11) eine unmittelbar mit Zylinderräu­ men (5A) dieses Kolbensatzes (6) verbindbare Konstant­ strombohrung (23) ab, so daß
• 3. in der Ansaugleitung eine Stromteilung in einen Regel­ strom und in einen Konstantstrom erfolgt.

3. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der außenliegende Kolbensatz (6) einen Hydromotor (z. B. eines Kühlerlüfters) mit schwankendem Förderstrom und der innenliegende Kolbensatz (8) z. B. eine Niveauregelung mit nahezu gleichbleibendem kleinerem Förderstrom versorgt.

4. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. Der Regelstrom fließt aus dem Taumelscheibenraum (4) über in der Nähe des der Taumelscheibe (3) zugewandten Kolbenfußes vorgesehene Einlaßöffnungen (5B) in den zugehörigen Kolbenraum (5A) und
• 2. die Konstantstrombohrung (23) mündet in eine Ringnut (24) ein, von der Bohrungen (25) abzweigen, die unmittelbar an der Kolbenstirnseite zu den Zylinderräumen (5A) führen.

5. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugleitung (26) des innenliegenden Kolbensatzes (8) an eine Ringnut (27) angeschlossen ist, die über Radialbohrungen (28) im Bereich der Kolbenstirnseite in die zugehörigen Zylinderräume (7A) einmünden.

6. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. Das Auslaßventil (13, 30) des außen- und des innenliegenden Kolbensatzes (6 bzw. 8) dichtet gegen eine gemeinsame Dichtfläche (35) und
• 2. als Auslaßventil (13, 30) sieht man ringförmige Dichtscheiben (33, 34) mit gummielastischen Andrückringen (36 bzw. 37) vor.

7. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (13, 30) in Ringnuten (14 bzw. 31) liegen und die Ringnuten und Auslaßbohrungen (15, 32) in einen Gehäusedeckel (40) eingearbeitet sind.

8. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Saugbohrung (11) sitzende Regelventil (12) durch einen Elektromagnet (21) betätigbar ist.

9. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Taumelscheibenraum (4) ein zylindrisches, konzentrisch zur Taumelscheibe (3) verlaufendes Prallblech (41) eingesetzt ist, welches das am Regelventil (12) einströmende Öl auf die in der Nähe des Kolbenfußes befindlichen Einlaßöffnungen (5B) des außenliegenden Kolbensatzes (6) leitet.

10. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. Eine zwischen einem Lager (1) und einem Wellendichtring (43) gelegene Kammer (42) steht über Bohrungen (44 und 45) mit der Saugbohrung (11) in Verbindung und
• 2. in die Kammer (42) ist ein eine Drosselstelle (47) bildender Entlastungsring (46) eingebaut.

11. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstrombohrung (23) bei geschlossenem Regelventil (12) in ihrem Querschnitt auf die Grunddrehzahl eines Hydromotors abgestimmt ist.