DE69501855T2

DE69501855T2 - Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE69501855T2
Application number: DE69501855T
Authority: DE
Inventors: Ellis H Born; Lawrence R Geise; Larey D Schaffner; Jack W Wilcox
Original assignee: Denison Hydraulics Inc
Current assignee: Denison Hydraulics Inc
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2015-04-28
Also published as: EP0691474A1; CA2151184A1; CA2151184C; EP0691474B1; DE69501855D1; JPH0821351A; EP0691474B2; DE69501855T3; US5538401A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es gibt einen Bedarf an verstellbaren Axialkolbenhydraulikpumpen, die eine erhöhte Leistung abgeben können, mit üblichen Elektromotordrehzahlen wie 1800 U/min arbeiten können, leise sind und mit Einlaßflüssigkeit mit Atmosphärendruck arbeiten. Einer der begrenzenden Hauptfaktoren hinsichtlich der Drehzahl, mit welcher eine Axialkolbenpumpe laufen kann, ist die Geschwindigkeit, mit welcher Flüssigkeit an dem Einlaßschlitz die Kolbenbohrungen während des Pumpbetriebes füllt. Wenn die Bohrungen nicht mit Flüssigkeit gefüllt werden, während sie an dem Einlaßschlitz vorbeigehen, tritt Kavitation auf, Leistung geht verloren und es kann zu einer starken Beschädigung der Pumpe kommen. Traditionell haben Benutzer Zusatzpumpen hinzugefügt oder sind auf andere Weise tätig geworden, um die Flüssigkeit an dem Pumpeneinlaß unter Druck zu setzen, um die Füllgeschwindigkeit der Pumpe zu erhöhen und dadurch die Drehzahl, mit welcher die Pumpe betrieben werden kann, zu erhöhen.
Ernste Nachteile können auftreten, wenn eine Zusatzpumpe oder eine andere Druckerhöhungseinrichtung benutzt wird, um den Druck der Flüssigkeit an dem Einlaßschlitz zu erhöhen. Diese Druckzusatzsysteme steigern den Energiebedarf des Hydrauliksystems und verringern dadurch den Gesamtwirkungsgrad des Systems. Zusatzsysteme haben auch einen nachteiligen Einfluß auf die Betriebsumgebung des Hydrauliksystems insofern, als sie den Gesamtgeräuschpegel des Systems erhöhen. In vielen industriellen Anwendungsfällen sind Zusatzsysteme wegen erhöhter Systemkosten, erhöhter Komplexität, erhöhten Wartungsaufwands, Einbauschwierigkeit und Geräusch nicht erwünscht.
In dem Aufsatz "Piston Pump Runs Fast and Quiet", veröffentlicht in "Machine Design", 10. Dezember 1993 (worauf die zweiteilige Form der unabhängigen Ansprüche 1 und 3 beruht) ist eine Axialkolbenpumpe beschrieben, die mit einem reduzierten Geräuschpegel arbeitet, obgleich sie mit relativ hohen Elektromotordrehzahlen angetrieben wird und mit Einlaßflüssigkeit mit Atmosphärendruck arbeitet. Damit die Einlaßflüssigkeit in die Kolbenbohrungen einer Kolbenpumpe gelangt, muß die Flüssigkeit auf die Vektorsumme der Geschwindigkeit der Pumpeneinlaßschlitze, die sich längs eines Schlitzanordnungskreises drehen (Tangentialgeschwindigkeit), plus die Axialgeschwindigkeit in den Pumpenschlitz beschleunigt werden. Die Tangentialgeschwindigkeitkomponente (in Meter pro Sekunde) kann berechnet werden, indem die Formel N (U/min) dividiert durch 60 und multipliziert mit dem Bohrungskreisdurchmesser (mm) und multipliziert mit pi (3,14159) benutzt wird. In dieser Formel ist der Kolbenbohrungskreisdurchmesser gleich dem Durchmesser des Schlitzanordnungskreises. Bei der Axialkolbenpumpe nach dem vorgenannten Aufsatz ist die Geschwindigkeit, die durch ankommende Pumpflüssigkeit erreicht werden muß, reduziert worden, indem die Tangentialgeschwindigkeitskomponente derselben reduziert worden ist. Das ist durch wirksames Reduzieren des Durchmessers des Schlitzanordnungskreises erreicht worden. Darüber hinaus sorgt die Pumpe nach dem vorgenannten Aufsatz auf besondere Weise für eine Geschwindigkeitserhöhung der ankommenden Pumpflüssigkeit durch Ausnutzen der Zentrifugalkraft zum weiteren Steigern der Geschwindigkeit, mit welcher die ankommende Flüssigkeit die Geschwindigkeit des Kolbenkreises erreicht. Darüber hinaus hat die Pumpe nach dem vorgenannten Aufsatz eine Schlitzplatte, die dafür vorgesehen ist, den Flüssigkeitsstoß und davon begleitetes Geräusch zu reduzieren, das auftritt, wenn sich eine Kolbenbohrung von einem Einlaßschlitz zu einem Auslaßschlitz und von einem Auslaßschlitz zu einem Einlaßschlitz bewegt.
Bei der Axialkolbenpumpe nach dem Aufsatz "Machine Design" ist die Trommel durch ein Trommellager, das an der äußeren Oberfläche der Trommel befestigt ist, in dem Pumpengehäuse drehbar gelagert. Bei dieser Konstruktion werden radiale Belastungen, die notwendigerweise in einer Axialkolbenpumpe aufgrund der Pumpkräfte auftreten, durch das Trommellager aufgenommen. Im Gegensatz zu dieser Konstruktion wird bei anderen Axialkolbenpumpen eine große, steife, an jedem Ende durch Lager abgestützte Welle benutzt, die sich durch das Zentrum der Zylindertrommel erstreckt, um diese abzustützen. Bei dieser Konstruktion werden radiale Belastungen und Drehmomentbelastungen, die von dem Antrieb der Trommel herrühren, auf die Welle ausgeübt. Das verlangt, daß die Welle einen relativ großen Durchmesser hat. Das Entfernen der Trommelabstützung von der Welle durch die Verwendung eines Trommellagers gestattet die Verwendung einer Antriebswelle kleineren Durchmessers, was wiederum erlaubt, den Kolbenkreis, d.h. den Kreis, der die gleichabständigen Kolbenzylinderbohrungen in der Zylindertrommel enthält, im Durchmesser zu verkleinern. Wenn der Kolbenkreis gleich dem Schlitzanordnungskreis ist, verringert der verkleinerte Kolbenkreisdurchmesser die Tangentialgeschwindigkeitskomponente, die für die ankommende Flüssigkeit erforderlich ist, und gestattet so, die Pumpe mit einer höheren Drehgeschwindigkeit zu füllen.
Bei der Pumpe, die in dem Aufsatz "Machine Design" beschrieben ist, ist die verlangte Tangentialgeschwindigkeitskomponente der ankommenden Flüssigkeit reduziert worden, indem der effektive Schlitzanordnungskreisdurchmesser durch die Verwendung von einwärts abgewinkelten Füllschlitzen reduziert worden ist. Die Schlitze stehen in Strömungsverbindung mit den Kolbenbohrungen und haben ein Füllende, das in die Arbeitsseite der Trommel längs eines Füllkreises mündet, der einen kleineren Durchmesser als der Kolbenkreis hat. Weil der Schlitzanordnungskreis und der Kolbenkreis unterschiedliche Durchmesser haben, wird ein unausgeglichenes Kraftmoment erzeugt, das bestrebt ist, die Trommel zu neigen. Dieses Moment erzeugt eine radiale Kraft, die durch das Trommellager aufgenommen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Zum Erzielen von weiteren Verbesserungen bei der Geräuschverringerung schafft die Erfindung gemäß einem Aspekt eine verstellbare Axialkolbenhydraulikmaschine mit einem Körper; einer Trommel, die eine konkave Arbeitsseite hat; einem Trommellager, das in dem Körper angebracht ist, die Trommel in dem Körper umgibt und drehbar lagert; einer Antriebswelle, die in einer Antriebswellenbohrung gelagert ist, welche in der Trommel gebildet ist, zum Drehen der Trommel; mehreren Kolbenbohrungen, die in der Trommel gebildet und längs des Umfangs eines Kolbenkreises positioniert sind; mehreren Kolben, von denen einer in jeder Kolbenbohrung gelagert ist; einem Nockenträger, der in dem Körper gebildet ist; einem Nocken, der in dem Nockenträger drehbar gelagert ist; einer Schubplatte, die an dem Nocken angebracht ist; einem Schuh, der an jedem Kolben schwenkbar befestigt und auf der Schubplatte verschiebbar ist, um die Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen hin- und herzubewegen, wenn die Trommel gedreht wird; einer Schwenkeinrichtung zum Schwenken des Nockens zwischen einer Position minimaler Flüssigkeitsverdrängung der Maschine und einer Position maximaler Flüssigkeitsverdrängung der Maschine; mehreren abgewinkelten Füllschlitzen, die in der Trommel gebildet sind, wobei jeder Füllschlitz ein erstes Ende in Strömungsverbindung mit einer Kolbenbohrung und ein Füllende hat, das in der Arbeitsseite der Trommel mündet; wobei die Füllenden der Füllschlitze längs des Umfangs eines Füllkreises angeordnet sind, der innerhalb des Kolbenkreises liegt; einem Schlitzblock, der einen Flüssigkeitseinlaß und einen Flüssigkeitsauslaß hat und an dem Körper befestigt ist; und einer Schlitzplatte, die zwischen der Arbeitsseite der Trommel und dem Schlitzblock angeordnet ist und eine konvexe Schlitzseite hat, die benachbart zu der Trommelarbeitsseite angeordnet ist; wobei die Schlitzplatte einen bogenförmigen Einlaßschlitz und einen bogenförmigen Auslaßschlitz hat, die längs des Umfangs eines Kreises angeordnet sind und mit dem Flüssigkeitseinlaß bzw. dem Flüssigkeitsauslaß des Schlitzblockes ausgerichtet sind; und wobei der Einlaß- und der Auslaßschlitz der Schlitzplatte längs des Umfangs des Füllkreises gebildet sind und mit den Füllenden der Füllschlitze ausgerichtet sind; gekennzeichnet durch ein Paar Abzapfbohrungen, die in der Schlitzplatte zwischen dem Flüssigkeitseinlaßschlitz und dem Flüssigkeitsauslaßschlitz gebildet sind und ein Ende haben, das in die Schlitzseite mündet, und ein weiteres Ende, das mit dem Flüssigkeitsauslaßschlitz in Strömungsverbindung ist, wobei die Füllschlitze die Abzapfbohrungen überqueren, nachdem sie den Flüssigkeitseinlaßschlitz überquert haben und bevor sie den Flüssigkeitsauslaßschlitz überqueren, um für einen stufenweisen Übergang für Flüssigkeit in den Füllschlitzen zu sorgen, wenn sich die Füllschlitze aus der Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitseinlaßschlitz zu der Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitsauslaßschlitz bewegen.
Vorzugsweise werden die Länge und der Durchmesser der Abzapfbohrungen so bemessen, daß die Beschleunigung und die Geschwindigkeit der durch sie hindurchgehenden Flüssigkeit begrenzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schafft diese zur weiteren Geräuschverringerung eine verstellbare Axialkolbenhydraulikmaschine mit einem Gehäuse, das einen Körper hat; einer Trommel, die eine konkave Arbeitsseite hat; einem Trommellager, das in dem Körper angebracht ist, die Trommel in dem Körper umgibt und drehbar lagert; einer Antriebswelle, die in einer Antriebswellenbohrung gelagert ist, welche in der Trommel gebildet ist, zum Drehen der Trommel; mehreren Kolbenbohrungen, die in der Trommel gebildet und längs des Umfangs eines Kolbenkreises angeordnet sind; mehreren Kolben, von denen einer in jeder Kolbenbohrung gelagert ist; einem Nockenträger, der in dem Körper gebildet ist; einem Nocken, der in dem Nockenträger drehbar gelagert ist; einer Schubplatte, die an dem Nocken angebracht ist; einem Schuh, der an jedem Kolben schwenkbar befestigt ist und auf der Schubplatte verschiebbar ist, um die Kolben in den Kolbenbohrungen hin- und herzubewegen, wenn die Trommel gedreht wird; einer Schwenkeinrichtung zum Schwenken des Nockens zwischen einer Position minimaler Flüssigkeitsverdrängung der Maschine und einer Position maximaler Flüssigkeitsverdrängung der Maschine; mehreren abgewinkelten Füllschlitzen, die in der Trommel gebildet sind, wobei jeder Füllschlitz ein erstes Ende in Strömungsverbindung mit der Kolbenbohrung und ein Füllende hat, das in der Arbeitsseite der Trommel mündet; wobei die Füllenden der Füllschlitze längs des Umfangs eines Fülikreises angeordnet sind, der innerhalb des Kolbenkreises liegt; einem Schlitzblock, der einen Flüssigkeitseinlaß und einen Flüssigkeitsauslaß hat und an dem Körper befestigt ist; und einer Schlitzplatte, die zwischen der Arbeitsseite der Trommel und dem Schlitzblock angeordnet ist und eine konvexe Schlitzseite hat, welche an der Trommelarbeitsseite positioniert ist; wobei die Schlitzplatte einen bogenförmigen Einlaßschlitz und einen bogenförmigen Auslaßschlitz hat, die längs des Umfangs eines Kreises angeordnet sind und mit dem Flüssigkeitseinlaß bzw. dem Flüssigkeitsauslaß des Schlitzblockes ausgerichtet sind; und wobei der Einlaß- und der Auslaßschlitz der Schlitzplatte längs des Umfangs des Füllkreises gebildet sind und mit den Füllenden der Füllschlitze ausgerichtet sind; dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abzapföffnung in der Schlitzplatte zwischen dem Flüssigkeitseinlaßschlitz und dem Flüssigkeitsauslaßschlitz gebildet ist und ein Ende hat, das in die Schlitzseite mündet, und ein weiteres Ende, das mit dem Flüssigkeitsauslaßschlitz in Strömungsverbindung ist, und eine zweite Abzapföffnung, die in der Schlitzplatte stromabwärts der ersten Abzapföffnung gebildet ist und ein Ende hat, das in die Arbeitsseite mündet, und ein weiteres Ende, das in das Gehäuse mündet, wobei die Füllschlitze über die erste und die zweite Abzapföffnung der Reihe nach hinweggehen, nachdem sie über den Flüssigkeitsauslaßschlitz hinweggegangen sind und bevor sie über den Flüssigkeitseinlaßschlitz hinweggehen, um die Turbulenz in den Füllschlitzen zu reduzieren, wenn sich die Füllschlitze aus der Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitsauslaßschlitz in die Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitseinlaßschlitz bewegen.
Vorzugsweise werden die Länge und der Durchmesser der ersten und der zweiten Abzapföffnung so bemessen, daß die Beschleunigung und die Geschwindigkeit der durch sie hindurchströmenden Flüssigkeit begrenzt werden.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die Axialkolbenpumpe nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Ansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Ansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 ist eine Ansicht der Trommelseite der Schlitzplatte;
Fig. 6 ist eine Ansicht des Schlitzblockes;
Fig. 7 ist eine Ansicht nach der Linie 7-7 in Fig. 6;
Fig. 8 ist eine Ansicht nach der Linie 8-8 in Fig. 6;
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Position eines Kolbens in seiner Bohrung in bezug auf die Schlitze in der Schlitzplatte für eine Umdrehung der Trommel zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In den Fig. 1 bis 4, auf die nun Bezug genommen wird, ist zu erkennen, daß die Axialkolbenpumpe (10) nach der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse (12) hat, das aus einem zentralen zylindrischen Körper (14), einer Endkappe (16), die an einem Ende des Körpers (14) befestigt ist, und einem Schlitzblock (18), der an dem entgegengesetzten Ende des Körpers (14) befestigt ist, besteht. Das Gehäuse (12) begrenzt einen inneren Hohlraum (20), in welchem der Betätigungsmechanismus der Pumpe (10) untergebracht ist, der im folgenden beschrieben wird.
In den Fig. 3 und 4 ist zu erkennen, daß eine Trommel (22) eine zylindrische äußere Oberfläche (24) hat, die in dem inneren Laufring einer Rollenlagervorrichtung (26) angebracht ist, der seinerseits in dem Körperteil (14) angebracht ist. Die Lagervorrichtung (26) wird in dem Körperteil (14) durch eine Schulter (28) auf einer Seite des Lagers und durch einen Haltering, nicht gezeigt, auf der entgegengesetzten Seite der Vorrichtung gehalten.
Die Trommel (22) enthält mehrere parallele zylindrische Kolbenbohrungen (32), die gleichabständig umfangsmäßig auf einem Kolben- oder Bohrungskreis angeordnet und mit der Drehachse der Trommel (22) parallel ausgerichtet sind. Die Pumpe (10) nach der vorliegenden Erfindung enthält sieben Kolbenbohrungen (32). Die vorliegende Erfindung gilt gleichermaßen für Pumpen, die mehr oder weniger Kolbenbohrungen haben.
Ein Kolben (34) befindet sich in jeder Kolbenbohrung (32). Jeder Kolben hat einen sphärischen Kopf (36) an einem Ende, der zur Schwenkbefestigung an einem Schuh (38) in einem komplementären Hohlraum in dem Schuh aufgenommen ist. Jeder Schuh (38) hat außerdem eine ebene Gleitfläche (40), die dafür vorgesehen ist, gegen eine komplementäre ebene Fläche (42) gedrückt zu werden, die auf der Oberfläche einer Trommeischeibe (44) gebildet ist. Die Schuhe (38) werden durch eine Haltevorrichtung (46) gegen die Trommelscheibe (44) gedrückt. Die Haltevorrichtung umfaßt eine Schuhhalteplatte (48), die mehrere Öffnungen (50) hat, welche groß genug sind, um über die äußere Oberfläche der Kolben (34) hinwegzugehen, und klein genug sind, um eine Schulter (52) zu erfassen, die an jedem Schuh (38) gebildet ist. Mehrere Schrauben (54) sind durch die Halteplatte (48) hindurch in einen Kippnocken (56) eingeführt und ziehen die Platte gegen die Taumelscheibe (44), um die Kolbenschuhe (38) dazwischen auf bekannte Art und Weise einzuspannen.
Die Taumelscheibe (44) ist auf dem Kippnocken (56) angebracht, der in der Endkappe (16) schwenkbar angebracht ist. Der Kippnocken (56) hat eine halbzylindrische hintere Oberfläche (58), die in einer komplementär geformten Oberfläche (60) einer Kippnockenwiege (61) aufgenommen ist, welche in der Endkappe (16) gebildet ist.
Eine Schulter (62 und 64) steht von jeder Seitenwand (66 bzw. 68) des Kippnockens (56) lateral vor. Halter (70 und 72) erfassen die Schultern (62 bzw. 64), um die hintere Oberfläche (58) des Kippnockens (56) an der komplementären Oberfläche (60) zu positionieren, die in der Kippnockenwiege (61) gebildet ist. Es ist herausgefunden worden, daß es zu einer Verringerung des Pumpengeräusches kommt, wenn die Halter (70) und (72) aus einem harten Kunststoff statt aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Selbstverständlich sind sie in jedem Fall in der Lage, den Kippnocken (56) an der Kippnockenwiege (61) zu positionieren.
Eine Antriebswelle (80) ist in einer sphärischen Rollenlager- Vorrichtung (82), die in der Endkappe (16) angebracht ist, drehbar gelagert. Ein keilverzahntes Ende (84) der Welle (80) ragt in eine komplementäre keilverzahnte zentrale Bohrung (86) vor, die in der Trommel (22) gebildet ist. Das äußere Ende (88) der Antriebswelle (80) ist dafür ausgebildet, an einem Antriebsmotor wie einem Elektromotor befestigt zu werden, der die Antriebswelle (80) in dem sphärischen Lager (82) und der Trommel (22) innerhalb der Rollenlagervorrichtung (26) in Drehung versetzt. Wenn das erfolgt, gleiten die Schuhe (38) an jedem Ende der Kolben (34) über die Oberfläche der Taumelscheibe (44), wodurch die Kolben in den Bohrungen (32) hinund herbewegt werden, sofern die Taumelscheibe (44) nicht zu der Drehachse der Trommel (22) rechtwinkelig ist. Der Kippnoc ken (56) ist zwischen einer Position minimaler Flüssigkeitsverdrängung, die sich ergibt, wenn die Taumelscheibe (44) zu der Drehachse der Trommel (22) rechtwinkelig ist, und einer Position maximaler Flüssigkeitsverdrängung, die sich ergibt, wenn sie einen maximalen Winkel mit der Drehachse der Trommel (22) bildet, drehbar.
Ein Druckkompensatormechanismus (90), der in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, stellt die Verdrängung der Pumpe (10) auf bekannte Art und Weise ein. Der Kompensatormechanismus (90) hat einen Steuerkolben (92), der mit dem Kippnocken (56) durch einen Stift (94) verbunden ist. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Axialbewegung des Steuerkolbens (92) eine entsprechende Drehbewegung des Kippnockens (56) hervorruft. Eine Feder (96) in dem Kompensatormechanismus (90) spannt den Steuerkolben (92) in eine Extremposition vor, in welcher der Kippnocken in die Position maximaler Fluidverdrängung geschwenkt ist, welche in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn der Druck in dem Pumpenauslaß die Einstellung des Druckkompensatormechanismus (90) übersteigt, leitet der Mechanismus Hochdruckflüssigkeit zu einem Flüssigkeitsdurchlaß (98), wo er auf daß Ende (100) des Steuerkolbens (92) einwirkt, um die Kraft der Feder (96) zu überwinden und den Kolben aus der einen Extremposition wegzubewegen. Ein gleichzeitiges Drehen des Kippnockens (56) zu einem flacheren Winkel und in eine Position geringerer Fluidverdrängung erfolgt, wenn sich der Steuerkolben (92) aus der einen Extremposition wegbewegt. Die Feder (96) drückt wieder den Steuerkolben (92) in Richtung zu der einen Extremposition erhöhter Flüssigkeitsverdrängung auf bekannte Art und Weise, wenn der Arbeitsflüssigkeitsdruck unter die Einstellung des Kompensatormechanismus (90) sinkt.
In Fig. 3, auf die nun wieder Bezug genommen wird, ist zu erkennen, daß der Schlitzblock (18) zwei Durchlässe hat, von denen einer einen Einlaß- oder Saugschlitz S bildet, über den Einlaßflüssigkeit mit Atmosphärendruck in die Pumpe gelangt, und der andere einen Auslaß- oder Druckschlitz P, der unter Druck stehende Flüssigkeit aus der Pumpe entfernt. Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß eine Schlitzplatte (106) zwischen dem Schlitzblock (18) und einer konkaven Arbeitsseite (108) der Trommel (22) angeordnet ist. In den Fig. 3 und 6 ist zu erkennen, daß die Schlitzplatte (106) eine konvexe Schlitzseite (110) hat, die einen bogenförmigen Saugschlitz (112) und einen bogenförmigen Druckschlitz (114) enthält, welche längs des Umfangs des Kreises angeordnet sind, der mit dem Flüssigkeitseinlaßschlitz S und dem Flüssigkeitsauslaßschlitz P des Schlitzblockes (18) ausgerichtet ist. Die Schlitzplattenseite (110), die mit der Arbeitsseite (108) der Trommel (22) in Berührung ist, hat eine konvexe Oberfläche.
Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß der bogenförmige Saugschlitz und der bogenförmige Druckschlitz (112 bzw. 114), die in der Schlitzplatte (106) gebildet sind&sub1; innerhalb des Umfangs eines Füllkreises enthalten sind, der einen Durchmesser hat, welcher etwas kleiner als der des Kreises ist, der die Kolbenbohrungen (32) enthält, die in der Trommel (22) gebildet sind. Offenbar müssen die Kolbenbohrungen (32) mit dem bogenförmigen Saugschlitz und dem bogenförmigen Druckschlitz (112 bzw. 114) in Strömungsverbindung sein, damit die Pumpe arbeiten kann. Wiederum aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß mehrere abgewinkelte Füllschlitze, deren Anzahl der Anzahl der Kolbenbohrungen (32) entspricht, in der Trommel (22) gebildet sind. Jeder Füllschlitz (120) hat ein Ende (122) in Strömungsverbindung mit einer Kolbenbohrung (32) und ein Füllende (124), das in die Arbeitsseite (108) der Trommel (22) mündet. Die Füllschlitze (120) sind einwärts von dem Ende (122) zu dem Füllende (124) in Richtung zu der Antriebswelle (80) abgewinkelt. Infolgedessen werden die Kolbenbohrungen (32) mit den Saug- und Drucköffnungen (112 und 114) in der Schlitzplatte (106) in Strömungsverbindung gebracht, die sich längs des Umfangs eines Füllkreises erstrecken, welcher einwärts des Kolbenkreises der Kolbenbohrungen (32) liegt.
Die Pumpkräfte, die während des Betriebes der Pumpe (10) auftreten, sind in Fig. 3 durch Pfeile gezeigt. Wenn der Kolben (34) in Richtung zu der Arbeitsseite (108) der Trommel (22) getrieben wird, um unter Druck stehende Flüssigkeit in den Füllschlitz (120) und in die Drucköf fnungen (114 und P) auszustoßen, wird eine Kraft längs der Achse des Kolbens, die durch einen Pfeil (126) gezeigt ist, auf die Schlitzplatte (106) ausgeübt. Dieser Kraft wirkt eine Kraft längs der Achse des Füllschlitzes (120) entgegen, die eine Richtung hat, welche durch einen Pfeil (128) gezeigt ist. Die konvexe Schlitzseite (110), die Schlitzplatte (106) und die konkave Arbeitsseite (108) der Trommel (22) legen die Richtung der Reaktionskraft fest, die durch den Pfeil (128) gezeigt ist. Weil die Kraft in dem Füllschlitz (120) von der Kolbenachse (34) versetzt ist, wird ein resultierender lateraler Schub auf den Kolben (34) ausgeübt, der über die Achse des sphärischen Kopfes (36) des Kolbens (34) wirkt. Diese laterale Kraftkomponente ist durch einen Pfeil (130) gezeigt und wird direkt in einer Linie mit dem Zentrum der Trommellagervorrichtung (26) ausgeübt. Daraus ist zu erkennen, daß alle lateralen Pumpkräfte durch die Lagervorrichtung (26) aufgenommen werden.
Aus den Fig. 6, 8 und 9 ist zu erkennen, daß zwei eng beabstandete Abzapfbohrungen (132 und 134) kleinen Durchmessers, die mit einem abgewinkelten Durchlaß (136) verbunden sind, in der Schlitzplatte (106) gebildet sind. Die Abzapfbohrungen (132 und 134) sind mit den Füllenden (124) der Füllschlitze (120) der Pumpe ausgerichtet. Der Durchlaß (136) mündet in den Druckschlitz (114). Die Abzapfbohrungen (132 und 134) kleinen Durchmessers bilden einen stufenweisen Übergang für die Flüssigkeit in den Kolbenbohrungen (32), wenn sich die Bohrungen von dem Saugschlitz (112), wo sie Einlaßflüssigkeit empfangen, zu dem Druckschlitz (114) bewegen, wo sie mit der Arbeitsdruckflüssigkeit beaufschlagt werden.
Es ist herausgefunden worden, daß die Verwendung von abgestuften Abzapfbohrungen im Gegensatz zu den traditionellen langgestreckten Abzapfschlitzen die Erosion der Trommelarbeitsseite verhindert, die gegenüber dem Raum üblich gewesen ist, wo Abzapfschlitze benutzt worden sind. Es ist eine Theorie entwickelt worden, nach der die Erosion der Trommelarbeitsseite nicht auftritt, wo abgestufte Abzapfbohrungen benutzt werden, weil die Beschleunigung der Flüssigkeit nicht augenblicklich erfolgt, wenn die Bohrungen freigelegt werden, wenn die Kolbenbohrungen über sie hinweggehen, und daß daher eine Erosion der Trommelarbeitsseite nicht erfolgt. Wir haben herausgefunden, daß die Zeit, die die Druckflüssigkeit benötigt, um über die Abzapfbohrungen (132 und 134) in die Kolbenbohrungen einzutreten, und die Beschleunigung der Flüssigkeit gesteuert werden können, indem die Länge und der Durchmesser der Bohrungen eingestellt werden. Das Beaufschlagen der Kolbenbohrungen (32) mit Arbeitsdruckflüssigkeit unter Verwendung der benachbarten abgestuften Abzapfbohrungen (132 und 134) während des Übergangs von der Beaufschlagung mit Einlaßdruckflüssigkeit zu der Beaufschlagung mit Arbeitsdruckflüssigkeit führt zu einer merklichen Verringerung des Pumpengeräusches bei wenig oder keinem Verlust an Pumpenwirkungsgrad.
Aus den Fig. 6 und 9, auf die nun wieder Bezug genommen wird, ist zu erkennen, daß zwei Bohrungen (138 und 140) in der Schlitzplatte zwischen dem Druck- und dem Saugschlitz (114 und 112) gegenüber der Plazierung der Bohrungen (132 und 134) gebildet sind. Die Bohrung (138) mündet in den Druckschlitz (114), wogegen die Bohrung (140) in das Gehäuse mündet (Atmosphärendruck). Auf den ersten Blick scheint es, daß die Bohrung (138) einfach dazu dient, die Zeit zu verlängern, während der der Füllschlitz (120) mit dem Druckschlitz (114) in Strömungsverbindung ist. Dazu kommt es tatsächlich. Außerdem sind die Bohrungen (138 und 140) in der Schlitzplatte (106) so zeitgesteuert, daß der Füllschlitz (120) in Strömungsverbindung mit der Bohrung (138) zu derselben Zeit bleibt, zu der er sich zu der Bohrung (140) hin öffnet. Das erfolgt, wenn der Kolben (34) seinen Einwärtshub weg von dem Füllschlitz (120) unmittelbar vor dem Öffnen in den Einlaßschlitz (112) beginnt. Da sich die Bohrung (140) zu dem Gehäuse hin öffnet, wird jedweder Stoß oder jedwede Energie in dem Schlitz (120) verbraucht, bevor sich der Füllschlitz (120) zu dem Einlaß- oder Saugschlitz S hin öffnet. Es wird angenommen, daß das Beaufschlagen des Füllschlitzes (120) gleichzeitig mit der Bohrung (138), die Arbeitsdruckflüssigkeit enthält, und mit der Bohrung (140), die zu dem Gehäuse hin offen ist, zu einem Vermischen der ankommenden und abgehenden Flüssigkeit führt, wodurch Turbulenz innerhalb des Schlitzes (120) wesentlich reduziert wird. Es hat sich infolgedessen gezeigt, daß das Hinzufügen dieser Schlitze zu der Schlitzplatte (106) zu einer wesentlichen Reduzierung des Geräuschpegels der Pumpe (10) führt. In einigen Fällen hat die Geräuschverminderung bis zu 3 Dezibel betragen.
Die obige bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt zwar eine druckkompensierte, verstellbare Axialkolbenpumpe, es ist jedoch klar, daß die vorliegende Erfindung auch in Verbindung mit verstellbaren Pumpen arbeitet, die durch einen Mechanismus gesteuert werden, bei dem es sich nicht um einen Druckkompensator handelt, und bei Pumpen mit fester Verdrängung, bei denen die Taumelscheibe auf einen festen Winkel in dem Pumpenkörper eingestellt oder unter einem festen Winkel innerhalb des Pumpenkörpers montiert ist. Bei einer Pumpe mit fester Verdrängung gibt es keinen schwenkbaren Kippnocken, der sich innerhalb des Pumpenkörpers bewegt, um den Winkel der Taumelscheibe zu ändern und dadurch die Verdrängung der Pumpe zu ändern.
Da gewisse Änderungen an dem oben beschriebenen Aufbau und dem oben beschriebenen Verfahren vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, soll alles das, was in der Beschreibung der Erfindung enthalten oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, als illustrativ und nicht in einem einschränkenden Sinne interpretiert werden.

Claims

1. Verstellbare Axialkolbenhydraulikmaschine mit:

einem Körper (14);

einer Trommel (22), die eine konkave Arbeitsseite hat;

einem Trommellager (26), das in dem Körper (14) angebracht ist, die Trommel (22) in dem Körper (14) umgibt und drehbar lagert;

einer Antriebswelle (80), die in einer Antriebswellenbohrung (86) gelagert ist, welche in der Trommel (22) gebildet ist, zum Drehen der Trommel (22);

mehreren Kolbenbohrungen (32), die in der Trommel (22) gebildet und längs des Umfangs eines Kolbenkreises positioniert sind;

mehreren Kolben (34), von denen einer in jeder Kolbenbohrung (32) gelagert ist;

einem Nockenträger (61), der in dem Körper (14) gebildet ist;

einem Nocken (56), der in dem Nockenträger (61) drehbar gelagert ist;

einer Schubplatte (44), die an dem Nocken (56) angebracht ist;

einem Schuh (38), der an jedem Kolben (34) schwenkbar befestigt und auf der Schubplatte (44) verschiebbar ist, um die Kolben (34) innerhalb der Kolbenbohrungen (32) hin- und herzubewegen, wenn die Trommel (22) gedreht wird;

einer Schwenkeinrichtung zum Schwenken des Nockens (56) zwischen einer Position minimaler Flüssigkeitsverdrängung der Maschine und einer Position maximaler Flüssigkeitsverdrängung der Maschine;

mehreren abgewinkelten Füllschlitzen (120), die in der Trommel (22) gebildet sind, wobei jeder Füllschlitz (120) ein erstes Ende (122) in Strömungsverbindung mit einer Kolbenbohrung (32) und ein Füllende (124) hat, das in der Arbeitsseite der Trommel (22) mündet;

wobei die Füllenden (124) der Füllschlitze (120) längs des Umfangs eines Füllkreises angeordnet sind, der innerhalb des Kolbenkreises liegt;

einem Schlitzblock (18), der einen Flüssigkeitseinlaß (S) und einen Flüssigkeitsauslaß (P) hat und an dem Körper (14) befestigt ist; und

einer Schlitzplatte (106), die zwischen der Arbeitsseite der Trommel (22) und dem Schlitzblock (18) angeordnet ist und eine konvexe Schlitzseite hat, die benachbart zu der Trommelarbeitsseite angeordnet ist;

wobei die Schlitzplatte (106) einen bogenförmigen Einlaßschlitz (112) und einen bogenformigen Auslaßschlitz (114) hat, die längs des Umfangs eines Kreises angeordnet sind und mit dem Flüssigkeitseinlaß (S) bzw. dem Flüssigkeitsauslaß (P) des Schlitzblockes (18) ausgerichtet sind; und

wobei der Einlaß- und der Auslaßschlitz (112, 114) der Schlitzplatte (106) längs des Umfangs des Füllkreises gebildet sind und mit den Füllenden (124) der Füllschlitze (120) ausgerichtet sind;

gekennzeichnet durch ein Paar Abzapfbohrungen (132, 134), die in der Schlitzplatte (106) zwischen dem Flüssigkeitseinlaßschlitz (112) und dem Flüssigkeitsauslaßschlitz (114) gebildet sind und ein Ende haben, das in die Schlitzseite mündet, und ein weiteres Ende, das mit dem Flüssigkeitsauslaßschlitz (114) in Strömungsverbindung ist, wobei die Füllschlitze (120) die Abzapfbohrungen (132, 134) überqueren, nachdem sie den Flüssigkeitseinlaßschlitz (112) überquert haben und bevor sie den Flüssigkeitsauslaßschlitz (114) überqueren, um für einen stufenweisen Übergang für Flüssigkeit in den Füllschlitzen (120) zu sorgen, wenn sich die Füllschlitze (120) aus der Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitseinlaßschlitz (112) zu der Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitsauslaßschlitz (114) bewegen.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und der Durchmesser der Abzapfbohrungen (132, 134) so bemessen sind, daß sie die Beschleunigung und die Geschwindigkeit der durch sie hindurchgehenden Flüssigkeitsströmung begrenzen.

3. Verstellbare Axialkolbenhydraulikmaschine mit:

einem Gehäuse (12), das einen Körper (14) hat;

einer Trommel (22), die eine konkave Arbeitsseite hat;

mehreren Kolbenbohrungen (32), die in der Trommel (22) gebildet und längs des Umfangs eines Kolbenkreises angeordnet sind; mehreren Kolben (34), von denen einer in jeder Kolbenbohrung (32) gelagert ist;

einem Nockenträger (61), der in dem Körper (34) gebildet ist;

einem Nocken (56), der in dem Nockenträger (61) drehbar gelagert ist;

einer Schubplatte (44), die an dem Nocken (56) angebracht ist;

einem Schuh (38), der an jedem Kolben (34) schwenkbar befestigt ist und auf der Schubplatte (44) verschiebbar ist, um die Kolben (34) in den Kolbenbohrungen (32) hin- und herzubewegen, wenn die Trommel (22) gedreht wird;

mehreren abgewinkelten Füllschlitzen (120), die in der Trommel (22) gebildet sind, wobei jeder Füllschlitz (120) ein erstes Ende (122) in Strömungsverbindung mit der Kolbenbohrung (32) und ein Füllende (124) hat, das in der Arbeitsseite der Trommel (22) mündet;

einer Schlitzplatte (106), die zwischen der Arbeitsseite der Trommel (22) und dem Schlitzblock (18) angeordnet ist und eine konvexe Schlitzseite hat, welche an der Trommelarbeitsseite positioniert ist;

wobei die Schlitzplatte (106) einen bogenförmigen Einlaßschlitz (112) und einen bogenförmigen Auslaßschlitz (114) hat, die längs des Umfangs eines Kreises angeordnet sind und mit dem Flüssigkeitseinlaß (S) bzw. dem Flüssigkeitsauslaß (P) des Schlitzblockes (18) ausgerichtet sind; und

dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abzapföffnung (138) in der Schlitzplatte (106) zwischen dem Flüssigkeitseinlaßschlitz (112) und dem Flüssigkeitsauslaßschlitz (114) gebildet ist und ein Ende hat, das in die Schlitzseite mündet, und ein weiteres Ende, das mit dem Flüssigkeitsauslaßschlitz (114) in Strömungsverbindung ist, und eine zweite Abzapföffnung (140), die in der Schlitzplatte (106) stromabwärts der ersten Abzapföffnung (138) gebildet ist und ein Ende hat, das in die Arbeitsseite mündet, und ein weiteres Ende, das in das Gehäuse mündet, wobei die Füllschlitze (120) über die erste und die zweite Abzapföffnung (138, 140) der Reihe nach hinweggehen, nachdem sie über den Flüssigkeitsauslaßschlitz (114) hinweggegangen sind und bevor sie über den Flüssigkeitseinlaßschlitz (112) hinweggehen, um die Turbulenz in den Füllschlitzen (120) zu reduzieren, wenn sich die Füllschlitze (120) aus der Strömungsverbindung mit dem Flüssigskeitsauslaßschlitz (114) in die Strömungsverbindung mit dem Flüssigkeitseinlaßschlitz (112) bewegen.

4. Axialkolbenhydraulikmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und der Durchmesser der ersten und der zweiten Abzapföffnung (138, 140) so bemessen sind, daß sie die Beschleunigung und die Geschwindigkeit der durch diese hindurchgehenden Flüssigkeitsströmung begrenzen.