DE4207566A1 - Taumelscheibenpumpe mit variabler foerderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung, die hydraulische Vorrichtungen antreibt, und auf ein Spezialfahrzeug, in das diese Pumpe eingebaut ist.

Taumelscheibenpumpen mit variabler Förderleistung werden in hohem Maße in verschiedenen industriellen Maschinen und Fahrzeugen verwendet. Die japanische, ungeprüfte Gebrauchmusterveröffentlichung Nr. 60-19 776 beschreibt beispielsweise eine solche variable Taumelscheibenpumpe. Diese Pumpe wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 erklärt.

In der beschriebenen Pumpe wird das sich öffnende Ende eines tassenförmigen Gehäuses 101 von einer Endplatte 102 abgedeckt und bildet dadurch ein Kurbelgehäuse 103. Eine Antriebswelle 104, die sich in das Kurbelgehäuse 103 hinein erstreckt, wird durch das Gehäuse 101 und die Endplatte 102 über Lager 105 gelagert. Eine Vielzahl von Zylinderblöcken 106 werden durch die Antriebswelle 104 so getragen, daß sie sich parallel zur Antriebswelle 104 erstrecken. Folglich rotieren die Zylinderblöcke 106 einheitlich mit der Antriebswelle 104 im Kurbelgehäuse 103. Jeder Zylinderblock 106 weist eine darin ausgebildete Bohrung 107 auf. Jede Bohrung 107 ist mit einem hin- und herbewegbaren Kolben 110 versehen. Diese Kolben 110 sind durch Schuhe 108 mit einer Taumelscheibe 109 gekoppelt.

Eine Ventilplatte 111 ist, angrenzend an das offene Ende der Bohrungen 107, an der Endplatte 102 befestigt. Die Ventilplatte 111 enthält einen Einlaßkanal 112a und einen Auslaßkanal 112b, die entlang der rotierenden geometrischen Orte der Öffnungen 107a der Bohrungen 107 angeordnet sind. Der Einlaßkanal 112a und der Auslaßkanal 112b stehen durch einen in der Endplatte 102 ausgebildeten Einlaßkanal 113a und einen Auslaßkanal 113b mit außenliegenden Hydraulikkreisläufen in Verbindung. Die Kolben 110 werden durch die Rotation der Zylinderblöcke 106 hin- und herbewegt. Wenn sich der Kolben 110 von der Endplatte wegbewegt (in Fig. 5 nach links), vergrößert er das Volumen des abgedichteten Raumes der Bohrung 107. Folglich wird eine Arbeitsflüssigkeit durch den Einlaßkanal 112a in die Bohrungen 107 angesaugt. Wenn sich die Kolben 110 andererseits zur Endplatte 102 hinbewegen, reduzieren sie das Volumen der abgedichteten Räume der jeweiligen Bohrungen 107 und lassen dadurch Arbeitsflüssigkeit aus den Bohrungen 107 durch die Auslaßkanäle 112b ausströmen.

Die Taumelscheibe 109 wird mittels einer (nicht gezeigten) Stützwelle gehalten und durch eine Vorspannfeder 114 in eine Richtung zur Vergrößerung des Neigungswinkels gedrängt. Im Betrieb neigen die Bewegungen der Kolben 110 selbst dazu, die Taumelscheibe 109 in eine Richtung zu drängen, die den Neigungswinkel verringert. Zusätzlich bringt ein Hydraulikzylinder 115, der gegenüber der Taumelscheibe 109 um 180° gedreht angeordnet ist, eine hydraulische Positionierkraft gegen die Taumelscheibe 109 auf. Entsprechend wird der tatsächliche Neigungswinkel der Taumelscheibe 109 durch mehrere, kombinierte Kräfte bestimmt.

In der voranstehend beschriebenen Pumpe drängt die Feder 114 die Taumelscheibe 109 in eine Richtung zur Vergrößerung des Neigungswinkels. Wenn der Pumpenbetrieb gestoppt wird, leckt komprimierte Flüssigkeit durch Spalte, die vorgesehen sind, um es den Kolben 110 zu erlauben, in den Zylinderblöcken 106 zu gleiten und/oder komprimierte Flüssigkeit fließt aus einer Flüssigkeitskreislauf-Ausflußöffnung, mit denen der Zylinder 115 versehen ist, oder aus dem Steuerkreis, wobei der Flüssigkeits-Ausflußdruck gesenkt wird. Folglich verliert der Zylinder 115 an Widerstandskraft, und die Taumelscheibe 109 wird aufgrund der drängenden Kraft der Feder 114 am maximalen Winkel ruhig gehalten. Wenn die Pumpe wieder angetrieben wird, wird sie in den Betrieb an ihrer Maximalleistung beginnen, was bedeutet, daß ihre Anlaufdrehkraft sehr groß sein wird. Folglich wird der anfängliche Leistungsbedarf relativ groß sein, und die Pumpe besitzt eine schlechte Reaktion in bezug auf große Belastungswechsel.

Die aus der Pumpe ausfließende Flüssigkeitsmenge muß bei "0" oder fast "0" gehalten werden, wenn die komprimierte Flüssigkeit nicht zur Versorgung von hydraulischen Vorrichtungen benötigt wird. Jedoch hat die vorstehend beschriebene Pumpe einen begrenzten Druckbereich der Arbeitsflüssigkeit, der auf den Zylinder 115 wirkt, und kann nicht den Flüssigkeitsdruck erreichen, der dem Winkel der Taumelscheibe 109 um 0° entspricht. Aus diesem Grund kann mit einer um 0° gehaltenen Taumelscheibe 109 und einer fast auf "0" gesetzten Ausflußmenge der Betrieb der Pumpe nicht weitergehen. Deshalb ist es notwendig eine Kupplung zwischen der Pumpe und ihrer Einlaßseite so vorzusehen, daß man die Pumpe von der Einlaßseite abtrennt, wenn die Pumpe lastfrei ist.

Fig. 4 erläutert an einem Beispiel das Übertragungssystem einer Pumpe, die auf einem Spezialfahrzeug montiert ist, wie beispielsweise einem Kippwagen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird Kraft von einem Motor 120 über ein Getriebe 121 auf eine Kraftanstellvorrichtung (PTO) (122) übertragen und dann durch eine Getriebewelle 123 und eine elektrische Kupplung 124 geleitet, um eine Pumpe 125 zu betreiben. Der Aufbau, einschließlich der Getriebewelle 123 und der Kupplung 124, macht die Anlage kompliziert und erhöht die Herstellungskosten.

Fig. 5 erläutert ein anderes Übertragungssystem, in dem die elekrische Kupplung 124 eliminiert ist und die Pumpe 125 durch An- und Ausschalten der Kraftanstellvorrichtung 122 betrieben wird. Dieses System erfordert zwangsläufig eine komplizierte Bedienung zum An- oder Ausschalten der Kraftanstellvorrichtung 122. Genauer gesagt erfordert es der Reihenfolge nach folgende Schritte:

• (a) Schalten des Fahrbereichs eines Schalthebels durch Betätigen einer Fußbremse,
• (b) Anschalten der Kraftanstellvorrichtung 122 (Aktivieren der Pumpe 125),
• (c) Schalten des Parkbereichs des Schalthebels,
• (d) Betreiben eines Kippwagens (während einer Arbeitsperiode vom Arbeitsbeginn bis zum Arbeitsende),
• (e) Schalten des Fahrbereichs des Schalthebels durch Betätigen der Fußbremse und
• (f) Abschalten der Kraftanstellvorrichtung 122 (Abschalten der Pumpe 125).

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung zu schaffen, die die Anfahrdrehkraft reduziert, um Kraft zu sparen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung zu schaffen, die die Zeit für den Übergang von Minimalleistung auf Maximalleistung verkürzt, um dadurch ein hervorragendes Ansprechverhalten auf eine Last zu haben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung zu schaffen, die die Anzahl an erforderlichen Bauteilen reduzieren kann, um den Aufbau zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu senken.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spezialfahrzeug zu schaffen, in das die vorher genannte Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung eingebaut ist, mit der Absicht eine Pumpenantriebseinheit zu vereinfachen und die Betriebseigenschaften zu verbessern.

Um diese Aufgaben erfindungsgemäß zu lösen, ist eine Pumpe mit variabler Förderleistung vorgesehen, die eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Taumelscheibe aufweist, und in der die Taumelscheibe aus einer fast senkrechten Position zur Antriebsachse der Pumpe in eine antriebsachsenseitige Position versetzt ist, um einen Neigungswinkel der Taumelscheibe von fast 0° auf einen Maximalneigungswinkel zu erhöhen. Die Leistung der Pumpe steigt aufgrund des Neigungswinkelanstiegs. Die Pumpe enthält ein Element, das die Taumelscheibe ständig in eine Richtung drängt, um den Neigungswinkel zu verringern, und ein Einstellelement zum Verstzen der Taumelscheibe in den Neigungswinkel entsprechend einer auf die Pumpe aufgebrachten Last, hervorgerufen durch eine Widerstandskraft gegen eine drängende Kraft des drängenden Elements, und um allmählich die Widerstandskraft gegen die Kraft eines drängenden Elements zu beseitigen, um langsam den Neigungswinkel auf 0° zu verändern.

Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Spezialfahrzeug vorgesehen, wie der vorstehend genannte Kippwagen oder ein mobiler Mischer, das die oben beschriebene Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung als eine hydraulische Pumpe verwendet, auf die eine Motorkraft über eine Kraftanstellvorrichtung übertragen wird und somit die Notwendigkeit einer Verwendung einer Kupplung beseitigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein bildlicher Querschnitt, der nur den variablen Verstellmechanismus einer erfindungsgemäßen Pumpe mit variabler Förderleistung zeigt; und

Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung, die das Übertragungssystem einer erfindungsgemäßen Pumpe mit variabler Förderleistung erläutert, die auf einem Spezialfahrzeug montiert ist;

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer herkömmlichen Kolbenpumpe mit variabler Förderleistung;

Fig. 4 ist eine schematische Zeichnung, die das Übertragungssystem der herkömmlichen Pumpe erläutert, die auf einem Spezialfahrzeug montiert ist;

Fig. 5 ist eine schematische Zeichnung, die ein anderes herkömmliches Übertragungssystem erläutert.

Fig. 1 ist ein bildlicher Querschnitt, der einen Mechanismus zum Verstellen des Neigungswinkels einer Taumelscheibe in einer Kolbenpumpe mit variabler Förderleistung zeigt.

Die Pumpe weist ein tassenförmiges Gehäuse 21 auf, dessen offenes Ende eine Endplatte 22 abdeckt. Dies bildet im Gehäuse 21 ein luftdichtes Kurbelgehäuse 23. Eine Taumelscheibe 24 zum Regeln der Ausflußmenge der Pumpe im Kurbelgehäuse 23 ist durch das Gehäuse 21 auf solche Weise gehalten, daß ein Drehpunkt 24a mit einem vorbestimmten Wert H bezüglich einer Antriebsachse S exzentrisch zu einem oberen Totpunkt liegt (oben in der Zeichnung). Eine Vorspannfeder 25 drängt die Taumelscheibe 24 in die Richtung eines sich verkleinernden Neigungswinkels. Ein Hydraulikzylinder 26 erstreckt sich von der Endplatte 22 parallel zur Antriebsachse S. Der Hydraulikzylinder enthält eine hydraulisch gesteuerte Kolbenstange 27, die die Taumelscheibe 24 in eine Richtung drängt, daß ihr Neigungswinkel entgegen der Kraft der Feder 25 anwächst. In der in Fig. 1 gezeigten Position ist die Kolbenstange 27 den gesamten Weg in den Zylinder 26 eingefahren und am Ende ihres Hubs gestoppt. Diese vollständig eingezogene Position hält die Taumelscheibe 24 im minimalen Neigungswinkel R (um 1°). Der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 24 ist durch einen Stopper 50 bestimmt.

Ein Durchlaß 28 für komprimierte Flüssigkeit ist mit einer Bohrung 26a des Zylinders 26 verbunden. In der Endplatte 22 ist ein Auslaßkanal 29 ausgebildet, um komprimierte Flüssigkeit aus dem Kompressor auszulassen. Die Auslaßöffnung 29 steht mit einem kleinen Durchlaß 30 für komprimierte Flüssigkeit in Verbindung. Die Durchlässe 28 und 30 können mittels eines elektrischen Ventils 40 miteinander in Verbindung stehen. Dieses Ventil 40 wird nachfolgend erklärt.

Das Ventil 40 weist eine Spule 41 auf, die wahlweise eine Verbindung zwischen den Durchlässen 28 und 30 zuläßt. Die Spule 41 ist normalerweise mittels einer Feder 42 zwangsweise in einer geschlossenen Position (Unterbrechung) gehalten. Wenn ein elektrischer Schalter 43 angeschaltet wird, wird ein Solenoid 44 betrieben, um die Spule 41 entgegen der Kraft der Feder 42 zu der offenen Position (Verbindung) zu versetzen. Ein Flüssigkeits-Ablaßdurchlaß 51 erlaubt dem Durchlaß 28 mit dem Kurbelgehäuse 23 in Verbindung zu stehen.

Fig. 2 erläutert eine Pumpe 57 mit variabler Förderleistung, die auf ein Spezialfahrzeug, wie beispielsweise ein Kippwagen, montiert ist. In diesem Fall ist die Pumpe 57 direkt mit einer Kraftanstellvorrichtung 56 verbunden, die an ein Getriebe angebracht ist. Die Kraftanstellvorrichtung 56 ist normalerweise in einen EIN-Zustand gesetzt, und der Schalter 43 wird an- und ausgeschaltet, ineinandergreifend mit dem Betrieb eines Belastungshebels wie beispielsweise einem Kipphebel 59, der sich in einer Fahrerkabine befindet.

Wenn ein Stellglied nicht betrieben ist (d. h., es gibt keine Last), ist das Ventil 40 gemäß Fig. 1 geschlossen. Sogar wenn die Pumpe 57 durch die sich im üblichen EIN-Zustand befindende Kraftanstellvorrichtung 56 betrieben wird, hält die Taumelscheibe 24 den Minimalwinkel R (um 1°), was einer Nulleistung entspricht, und dient folglich (im AUS- Zustand) als Kupplung. Wenn der Schalter 43 auf "EIN" geschaltet wird, um das Ventil 40 zu öffnen, wird die Ausflußflüssigkeit allmählich vom Durchlaß 29 durch das Ventil 40 und den Durchlaß 28 zum Zylinder 26 geliefert. Folglich wird die Kolbenstange 27 aus dem Zylinder 26 gestoßen, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 24 zu vergrößern. Die Pumpe 57 beginnt deshalb mit dem Betrieb bei einer Minimalleistung, die gleich "0" ist. Auf diese Weise wird der Leistungsverbrauch der Pumpe reduziert.

Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 24 den Maximalwert erreicht, nachdem die Pumpe 57 mit der Minimalleistung allmählich zu arbeiten beginnt, wird der Betrieb der Pumpe 57 auf einen beständigen Betrieb mit der Maximalleistung verschoben. Es ist deshalb möglich einen drastischen Lastwechsel zu verhindern und einen beständigen Betrieb zu garantieren.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Pumpe so konstruiert, daß der Drehpunkt 24a der Taumelscheibe 24 mit dem vorbestimmten Wert H bezüglich der Antriebsachse S exzentrisch zu einem oberen Totpunkt liegt. Verglichen mit dem Aufbau, an dem der Drehpunkt der Taumelscheibe auf der Antriebsachse der Taumelscheibe festgesetzt ist, vergrößert die Kompressions-Abstoßkraft den Neigungswinkel der Taumelscheibe 24 schneller, sobald der Druck in der Bohrung des Zylinders 26 steigt. Die Pumpe mit variabler Förderleistung dieses Ausführungsbeispiels kann daher ohne Verzögerung starten und garantiert ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten. Ferner kann der minimale Neigungswinkel auf einen kleineren Wert als im Stand der Technik gesetzt werden, weil der Neigungswinkel der Taumelscheibe 24 schnell geändert werden kann.

Wenn beispielsweise der Ladebetrieb eines Kippwagens abgeschlossen ist und der Schalter 43 auf "AUS" geschaltet ist, ist das Ventil 40 geschlossen. Die komprimierte Flüssigkeit leckt dann durch den Flüssigkeits- Ablaßdurchlaß 51 und reduziert dadurch den Druck, der die Taumelscheibe 24 in eine Richtung gedrängt hat, um ihren Neigungswinkel zu vergrößern. Entsprechend drängt die Vorspannfeder 25 allmählich die Taumelscheibe 24 in Richtung kleinerer Neigungswinkel. Dies wiederum reduziert die Pumpenleistung auf ein Minimum (in diesem Fall um "0"). Folglich rotiert die Pumpe weiter, aber sie stoppt das Ausströmen von komprimierter Flüssigkeit. Die Kraft, die vom Motor 58 über das Getriebe 55 zur Kraftanstellvorrichtung 56 übertragen wurde, ist deshalb von der Pumpe 57 abgetrennt, wodurch der Betrieb der verschiedenen hydraulischen Vorrichtungen gestoppt ist. Daher ist es möglich ein Bauteil wie eine Kupplung wegzulassen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden und der Aufbau vereinfacht wird.

Es ist eine Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung offenbart. Die Pumpe weist folgende Bauteile auf; eine Feder, die eine Taumelscheibe in einer Richtung vorspannt, in der der Neigungswinkel abnimmt, einen hydraulischen Zylinder, der die Taumelscheibe auf einen Winkel, entsprechend einer Last auf die Pumpe durch eine Widerstandskraft, gegen die Vorspannkraft der Feder, steuert, ein Ventil, das es einer komprimierten Flüssigkeit erlaubt, in den hydraulischen Zylinder zu fließen, wenn es geöffnet ist, und die komprimierte Flüssigkeit daran hindert, aus dem hydraulischen Zylinder zu kommen, wenn es geschlossen ist, und einen Flüssigkeitsdurchlaß, der allmählich die Widerstandskraft des hydraulischen Zylinders gegen die Feder abfallen läßt, um langsam den Neigungswinkel der Taumelscheibe auf 0° zu verschieben.

Claims (2)

1. Pumpe mit variabler Förderleistung, die eine drehbar in einem Gehäuse gelagerte Taumelscheibe aufweist, die aus einer zur Antriebsachse der Pumpe fast senkrechten Position in eine antriebsachsenseitige Position versetzbar ist, um einen Neigungswinkel der Taumelscheibe von fast 0° auf einen maximalen Neigungswinkel zu erhöhen, damit die Leistung der Pumpe aufgrund des Neigungswinkelanstiegs steigt, gekennzeichnet durch eine Feder (25), die die Taumelscheibe (24) in eine Richtung drängt, so daß der Neigungswinkel reduziert ist, einen hydraulischen Zylinder (26) zum Aufbringen einer der Drängkraft der Feder (25) widerstehenden Kraft auf die Taumelscheibe (24) durch eine komprimierte Flüssigkeit, ein Ventil (40), das es der komprimierten Flüssigkeit erlaubt, in den hydraulischen Zylinder (26) zu fließen, wenn es geöffnet ist, und die komprimierte Flüssigkeit daran hindert, aus dem hydraulischen Zylinder (26) zu fließen, wenn es geschlossen ist, und ein Flüssigkeits-Ablaßdurchlaß (51), damit die komprimierte Flüssigkeit im hydraulischen Zylinder (26) allmählich leckt.

2. Pumpe gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drehpunkt (24a) der Taumelscheibe (24), der exzentrisch zur Antriebsachse (S) der Pumpe in einer von den Bewegungspunkten der Feder (25) und des hydraulischen Zylinders (26) abgewandten Richtung auf der Taumelscheibe (24) gesetzt ist.