DE4207566C2 - Taumelscheibenpumpe mit variabler Förderleistung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstellvorrichtung für eine Pumpe mit variabler Förderleistung, die hydraulische Vorrichtungen antreibt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Schrägscheibenpumpen mit variabler Förderleistung werden in hohem Maße in verschiedenen industriellen Maschinen und Fahrzeugen verwendet. Die japanische, ungeprüfte Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 60-19776 beschreibt beispielsweise eine solche variable Schrägscheibenpumpe. 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 einen Innenraum der Pumpe 103. Eine Antriebswelle 104, die sich in den Pumpeninnenraum 103 hinein erstreckt, wird durch das Gehäuse 101 und die Endplatte 102 über das Lager 105 gelagert. Ein Zylinderblock 106 wird durch die Antriebswelle 104 so getragen, daß er sich parallel zur Antriebswelle 104 erstreckt. Folglich rotiert der Zylinderblock 106 einheitlich mit der Antriebswelle 104 im Pumpeninnenraum 103. Der Zylinderblock 106 weist eine Vielzahl darin ausgebildeter Bohrungen 107 auf. Jede Bohrung 107 ist mit einem hin- und herbewegbaren Kolben 110 versehen. Diese Kolben 110 sind durch Schuhe 108 mit einer Schrägscheibe 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 des Zylinderblocks 106 hin- und herbewegt. Wenn sich der Kolben 110 von der Endplatte wegbewegt (in Fig. 3 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 Schrägscheibe 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 Schrägscheibe 109 in eine Richtung zu drängen, die den Neigungswinkel verringert. Zusätzlich bringt ein Hydraulikzylinder 115, der gegenüber der Schrägscheibe 109 um 180° gedreht angeordnet ist, eine hydraulische Positionierkraft gegen die Schrägscheibe 109 auf. Entsprechend wird der tatsächliche Neigungswinkel der Schrägscheibe 109 durch mehrere kombinierte Kräfte bestimmt.

In der voranstehend beschriebenen Pumpe drängt die Feder 114 die Schrägscheibe 109 in eine Richtung zur Vergrößerung des Neigungswinkels. Wenn der Pumpenbetrieb gestoppt wird, leckt Druckflüssigkeit durch Spalte, die vorgesehen sind, um es den Kolben 110 zu erlauben, im Zylinderblock 106 zu gleiten und/oder Druckflüssigkeit 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 Schrägscheibe 109 wird aufgrund der drängenden Kraft der Feder 114 am maximalen Winkel ruhig gehalten. Wenn die Pumpe wieder angetrieben wird, wird sie den Betrieb an ihrer Maximalleistung beginnen, was bedeutet, daß ihre Anlaufdrehkraft sehr groß sein wird. Folglich ist der anfängliche Leistungsbedarf relativ groß und die Pumpe besitzt ein schlechtes Ansprechverhalten in bezug auf große Belastungswechsel.

Die aus der Pumpe ausfließende Flüssigkeitsmenge muß bei "0" oder fast "0" gehalten werden, wenn die Druckflüssigkeit 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 Schrägscheibe 109 um 0° Grad entspricht. Aus diesem Grund kann mit einer um 0° Grad gehaltenen Schrägscheibe 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 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 elektrische 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).

Aus der DD 293 866 A5 ist eine Schrägscheibenpumpe bekannt, die eine drehbar in einem Gehäuse gelagerte Schrägscheibe aufweist, deren Neigungswinkel zur Leistungseinstellung der Pumpe einstellbar ist, eine Feder, die auf die Schrägscheibe in einer Richtung wirkt, so daß der Neigungswinkel reduzierbar ist, einen hydraulischen Zylinder zum Aufbringen einer der Federvorspannung entgegenstehenden Kraft auf die Schrägscheibe durch eine Druckflüssigkeit, sowie ein Steuerventil, das es der Druckflüssigkeit im geöffneten Zustand erlaubt in den hydraulischen Zylinder zu strömen und die Druckflüssigkeit im geschlossenen Zustand daran hindert, aus dem hydraulischen Zylinder zu strömen.

Um die Leistung dieser Pumpe zu regeln, d. h. um den Neigungswinkel der Schrägscheibe zu verändern, wird eine Feder verwendet, die die Schrägscheibe in eine ungefähre Nullstellung drängt, sowie ein Stellkolben, mit dem der Neigungswinkel entgegen der Federkraft erhöht werden kann. Soll der Neigungswinkel vergrößert werden, ist es notwendig, die Federkraft zu reduzieren, bzw. die Stellkraft des Stellkolbens zu erhöhen. Andererseits muß bei einer gewünschten Reduzierung des Neigungswinkels die Federkraft erhöht werden, oder die Stellkraft des Stellkolbens vermindert werden. Dazu ist es notwendig, einen externen Steuerstrom vorzusehen, der aufgrund einer Kommandoeingabe mittels eines Fernstellventils den Stellkolben entweder mit Druck beaufschlagt oder freigibt. Dies erfordert jedoch eine separate Steuerung eines separaten Stellölstroms und ist mit erheblichem Konstruktionsaufwand und hohen Kosten verbunden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Verstellvorrichtung für eine Schrägscheibenpumpe mit variabler Förderleistung zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik einen einfacheren Aufbau aufweist und kostengünstiger herzustellen ist.

Ein Vorteil der Erfindung ist es, eine Schrägscheibenpumpe mit variabler Förderleistung zu schaffen, bei der die Zeit für den Übergang von Minimalleistung auf Maximalleistung verkürzt ist, um dadurch ein hervorragendes Lastansprechverhalten zu haben.

Noch ein Vorteil der Erfindung ist es, daß die vorher genannte Schrägscheibenpumpe mit variabler Förderleistung in ein Spezialfahrzeug eingebaut werden kann, mit der Absicht eine Pumpenantriebseinheit zu vereinfachen und die Betriebseigenschaften zu verbessern.

Um diese Aufgaben erfindungsgemäß zu lösen, ist eine Verstellvorrichtung für eine Schrägscheibenpumpe mit variabler Förderleistung vorgesehen, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Spezialfahrzeug vorgesehen, wie der vorstehend genannte Kippwagen oder ein mobiler Mischer, das die oben beschriebene Schrägscheibenpumpe 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 Schrägscheibe 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 einen luftdichten Pumpeninnenraum 23. Eine Schrägscheibe 24 zum Regeln der Ausflußmenge der Pumpe im Pumpeninnenraum 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 Schrägscheibe 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 Schrägscheibe 24 in eine Richtung drängt, so 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 Schrägscheibe 24 im minimalen Neigunswinkel Θ (um 1 Grad). Der maximale Neigungswinkel der Schrägscheibe 24 ist durch einen Stopper 50 bestimmt.

Ein Durchlaß 28 für Druckflüssigkeit ist mit einer Bohrung 26a des Zylinders 26 verbunden. In der Endplatte 22 ist ein Auslaßkanal 29 ausgebildet, um Druckflüssigkeit aus der Pumpe auszulassen. Die Auslaßöffnung 29 steht mit einem kleinen Durchlaß 30 für Druckflüssigkeit 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 einen Ventilschieber 41 auf, der wahlweise eine Verbindung zwischen den Durchlässen 28 und 30 zuläßt. Dieser Ventilschieber 41 ist normalerweise mittels einer Feder 42 zwangsweise in einer geschlossenen Position (Unterbrechung) gehalten. Wenn ein elektrischer Schalter angeschaltet wird, wird ein Elektromagnet 44 betrieben, um den Ventilschieber 41 entgegen der Kraft der Feder 42 zu der offenen Position (Verbindung) zu versetzen. Ein Flüssigkeits-Ablaßdurchlaß 51 erlaubt dem Durchlaß 28 mit dem Pumpeninnenraum 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 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 Schrägscheibe 24 den Minimalwinkel Θ (um 1 Grad), was einer Nulleistung entspricht, und dient folglich (im AUS- Zustand) als Kupplung. Wenn der Schalter auf "EIN" geschalten wird, um das Ventil 40 zu öffnen, wird die Ausflußflüssigkeit allmählich vom Durchlaß 29 durch das Ventil 40 und dem Durchlaß 28 zum Zylinder 26 geliefert. Folglich wird die Kolbenstange 27 aus dem Zylinder 26 gestoßen, um den Neigungswinkel der Schrägscheibe 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 Schrägscheibe 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 Schrägscheibe 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 Schrägscheibe auf der Antriebsachse der Schrägscheibe festgesetzt ist, vergrößert die Kompressions-Abstoßkraft den Neigungswinkel der Schrägscheibe 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 Schrägscheibe 24 schnell geändert werden kann.

Wenn beispielsweise der Ladebetrieb eines Kippwagens abgeschlossen ist und der Schalter 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 Schrägscheibe 24 in eine Richtung gedrängt hat, um ihren Neigungswinkel zu vergrößern. Entsprechend drängt die Vorspannfeder 25 allmählich die Schrägscheibe 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 Druckflüssigkeit. 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 Schrägscheibenpumpe mit variabler Förderleistung offenbart. Die Pumpe weist folgende Bauteile auf; eine Feder, die eine Schrägscheibe in einer Richtung vorspannt, in der der Neigungswinkel abnimmt, einen hydraulischen Zylinder, der die Schrägscheibe auf einen Winkel, entsprechend einer Last auf die Pumpe durch eine Widerstandskraft, gegen die Vorspannkraft der Feder, steuert, ein Ventil, das es einer Druckflüssigkeit erlaubt, in den hydraulischen Zylinder zu fließen, wenn es geöffnet ist, und die Druckflüssigkeit 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 Schrägscheibe auf 0 Grad zu verschieben.

Claims (3)

1. Verstellvorrichtung für eine Pumpe mit variabler Förderleistung, die eine drehbar in einem Gehäuse gelagerte Schrägscheibe (24) aufweist, deren Neigungswinkel zur Leistungseinstellung der Pumpe einstellbar ist, eine Feder (25), die auf die Schrägscheibe (24) in einer Richtung wirkt, so daß der Neigungswinkel reduzierbar ist, einen hydraulischen Zylinder (26) zum Aufbringen einer der Federvorspannung entgegenstehenden Kraft auf die Schrägscheibe (24) durch eine Druckflüssigkeit, sowie ein Ventil (40), das es der Druckflüssigkeit im geöffneten Zustand erlaubt, durch einen Durchlaß (28) in den hydraulischen Zylinder (26) zu strömen, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Flüssigkeits- Ablaßdurchlaß (51) eine ständige, direkte Verbindung zwischen dem Durchlaß (28) zum hydraulischen Zylinder (26) und dem Innenraum (23) der Pumpe hergestellt ist und daß die Druckflüssigkeit zur Verstellung des Neigungswinkels der Schrägscheibe von der Pumpe geliefert wird, wobei das Ventil (40) im geschlossenen Zustand die Beaufschlagung des Durchlasses (28) mit Druckflüssigkeit von der Pumpe unterbindet.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versorgung des hydraulischen Zylinders (26) mit Druckflüssigkeit der Auslaßkanal (29) der Pumpe durch einen Verbindungsdurchlaß (30) über das Ventil (40) mit dem Durchlaß (28) verbindbar ist.

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Drehpunkt (24a) der Schrägscheibe (24), der exzentrisch zur Antriebsachse (S) der Pumpe in einer der Feder (25) und dem hydraulischen Zylinder (26) abgewandten Richtung versetzt ist.