DE8406908U1 - Hydraulikpumpe - Google Patents

Description

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STRASSB & STOFPRBOBN

Patentanwälte · European Patent Attorneys Dipl.-Ing. .Toaohim Stresse. Manchen · DIpI,-Phye, Dr. Hans-Herbert Stoffregen. Hanau

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Auf dem Schafberg 4-6 T¹"'.⁰" ^lee? J¹! ¹J? ^M

6230 Frankfurt/Main 80 " ' * " " "" ^0e4

Am Markt II, Postfaoh Sl 44 D - 84B0 Hanau 1 Telefon (0Θ 181) fl 46 SS Telex 4 184 TBB

Hydraulikpumpe

Die Neuerung bezieht sich auf eine Hydraulikpumpe, die von einem Verbrennungsmotor betätigbar ist und mehrere die Hydraulikflüssigkeit fördernde mit Kolbenfedern wechselwirkende Pumpenkolben umfaßt.

Unter Hydraulik versteht man technische Verfahren und Anlagen zur Kraftübertragung mittels Flüssigkeiten in geschlossenen Leitungssystemen i Diese Kraftübertragung und ihre Vorrichtungen sind als hydraulische oder hydrostatische Antriebe zu bezeichnen. Dabei werden wegen der korrosiven Eigenschaften von Wasser spezielle Hydraulikflüssigkeiten wie zum Beispiel Öl als Übertragungsmedien benutzt. K. Jeder hydraulische oder hydrostatische Antrieb baut sich grundsätzlich

aus den zu einem Kreislauf geschalteten Grundelementen wie Pumpe, Druckleitungen, Steuer- und Regelorgane und Verbraucher sowie Hilfsgeräte auf. Zur Erzeugung hyraulischer Energie und ihrer Rücktransformation in mechanische dienen Verdrängerpumpen vielfältiger Bauart, überwiegend Zahnrad-, Fiügel-, Radial- und Axialkolben, Pumpen- und Hydromotoren sowie Hydraulikzylinder. Viele dieser Bauarten gestatten ein stufenloses Verstellen des Volumenstroms. Dabei ist jedoch immer wieder festgestellt worden, daß die Hydraulikflüssigkeit von der Hydropumpe nicht stetig genug gefördert werden kann. Häufig

stellt man daher eine stoßweise Förderung der Hydraulikflüssigkeit fest, die beim Betätigen des der Hydraulikpumpe nachgeschalteten Hydraulikmotors zu einer nicht hinreichenden Gleichförmigkeit der Bewegung führt.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es eine Hydraulikpumpe der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau und Antrieb sichergestellt ist, daß eine hinreichend stetige Förderung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt, wodurch die der hydraulischen Energie entnommene geradlinige, schwenkende oder rotierend wirkende mechanische Energie die gewünschte Stetigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbrennungsmotor ein Kolbenmotor mit symmetrisch freifliegenden Stufenkolben ist, deren äußere Kolbenstufen zumindest jeweils drei Zylinderabschnitte unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, bei denen der innsre den größten und der mittlere Abschnitt den kleinsten Durchmesser zeigen, daß die den Kolben umgebenden Wandungen im Bereich der drei Zylinderabschnitte zumindest eine Stufe aufweist, wodurch bei Hin- und Herbewegen des Stufenkolbens das zwischen den einander zugewandten Stirnwänden des inneren und äußeren Zylinderabschnitts eingeschlossene Volumen veränderbar ist, und daß in der den Stufenkolben umgebenden Wandung im Bereich des äußeren Zylinderabschnitts (..) Öffnungen vorhanden sind, in denen die von den Kolbenfedern beaufschlagten Pumpenkolben verschiebbar angeordnet sind. Durch die neuerungsgemäße Lehre wird demzufolge mit einfachen Mitteln eine Hydraulikpumpe zur Verfügung gestellt, die eine Vielzahl von die Hydraulikflüssigkeit in einem Kreislauf fördernden Pumpenkolben umfaßt, die Ihrerseits auf einer Schraubenlinie in der den Stufenkolben umgebenden Wandung eingelassen sind und in Abhängigkeit von dem Hub des Stufenkolben hin- bzw. herbewegbar sind, wodurch auch eine Regelung der Fluidstrommenge erfolgt.

Durch das axial versetzte Anordnen der Pumpenkolben ist sichergestellt, daß diese nacheinander mit einem Fluid, vorzugsweise

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ebenfalls einer Hydraulikflüssigkeit wie Öl beaufschlagt werden, so daß sich ein gleichmäßiges Fördern der Hydraulikflüssigkeit ergibt. Ferner sind die zu den einzelnen Pumpenkolben führenden Zu- bzw. Ablaufleitungen der Hydraulikflüssigkeit untereinander verbunden, wodurch sich vom Aufbau her konstruktive Vorteile ergeben.

Vorzugsweise befindet sich in der den Stufenkolben umgebenden Wandung eine Stufe im Bereich des mittleren Zylinderabschnitts, wodurch sich im gewünschten Umfang eine Änderung des zwischen den Stirnflächen befindlichen Volumens ergibt.

Die Pumpenkolben werden dann radial nach außen gedrückt, wenn die zwischen den Stirnflächen befindliche Flüssigkeit in die dem jeweiligen Pumpenkolben zugeordnete Öffnung hineingedrückt werden kann. Mit anderen Worten muß die Stufe zwischen dem mittleren und äußeren Zylinderabschnitt im Bereich einer jeweiligen Öffnung gelangen, um so eine Fluidverbindung herzustellen. Wird demzufolge der Stufenkolben nach außen bewegt, so erfolgt dadurch gleichzeitig eine sukzessive radial nach außen gerichtete Bewegung der Stufenkolben. Wird dieser nach innen bewegt, so wird aufgrund der Vergrößerung des Volumens zwischen den Stirnflächen ein Unterdruck im Bereich der die Pumpenkolben aufweisenden Öffnung erzeugt, wodurch jene radial nach innen bewegt werden. Dadurch ist letztlich sichergestellt, daß die Hydraulikflüssigkeit, die zum Antreiben eines Motors oder ähnliches bestimmt ist, gleichmäßig von dem Pumpenkolben gefördert wird.

Durch die Verwendung eines Freiflugkolbenmotors ist neben einem einfachen Aufbau sichergestellt, daß ein verschleißfreier Betrieb möglieh ist, bei dem zudem weitgehend Leckverluste ausgeschlossen sind. Ferner kann durch den Hub des Kolbens die Betätigung der Anzahl der Pumpenkolben und damit die Menge der Hydraulikflüssigkeit gesteuert werden. Vorzugsweise wird die neuerungsgemäße Hydraulikpumpe von einem Freiflugkolbenmotor betätigt, der einen symmetrischen freifliegenden Stufenkolben umfaßt, der drei Stufenkolben aufweist,

von denen die äußeren Kolbenstufen je in einer Brennkammer und die mittlere Kolbenstufe in einer weiteren diese in zwei gesonderte Vorverdichterräume unterteilende Kammer angeordnet sind, und daß in Abhängigkeit von der Stufenkolbensteilung zwischen einem Vorverdichterraum und der angrenzenden Brennkammer entlang des zwischen den Kolbenstufen vorhandenen (mittleren) Kolbenabschnitts ein Verbindung skanal für Kraftstoffgemische verläuft.

Weitere Einzelheite, Vorteile und Merkmale der Neuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Hydraulikpumpe mit Freiflugkolbenmotor in perspektivischer Darstellung und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 1.

In den Figuren ist rein schematisch ein Motor 10 in Form einer Zweitakt-Brennkraftmaschine dargestellt, die einen in einem Motorblock 12 freifliegenden Stufenkolben 14 umfaßt, der axial frei bewegbar ist. Der Stufenkolben 14 weist eine mittlere Kolbenstufe 16 sowie zwei symmetrisch dazu angeordnete äußere Kolbenstufen, von denen nur die äußere linke (Bezugszeichen 18) dargestellt ist. Die äußeren Kolbenstufen haben gleiche Durchmesser, wohingegen die mittlere Kolbenstufen 16 einen größeren Durchmesser zeigen kann. Zwischen der Kolbenstufe 18 und der Kolbenstufe 16 befindet sich ein Kolbenabschnitt 20, der eine Stufe und/oder Kolbenringe 22 aufweisen kann. Ferner umfaßt der Freiflugkolbenmotor 10 zwei Brennkammern, von denen im Ausführungsbeispiel nur die linke Brennkammer angedeutet und mit dem Bezugszelchen 24 versehen ist. Die Brennkammern sind axial Innen bei den äußeren Kolbettstufen angeordnet. Die mittlere Kolbenstufe 16 befindet eich in einer weiteren Kammer 26, die von jener in zwei getrennte Vorverdichterräume 28 und 30 unterteilt ist.

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Die in dem Motorblock 12 angeordneten Kolbenstufen 16 und 18 mit der dargestellten Brennkammer 24 sowie dem Vorverdichterräumen 28 und 30 stellen demzufolge eine Antriebsmaschine in Form des Freiflugkolbenmotors 10 dar, wie er grundsätzlich in der Deutschen Offenlegungsschrift 30 29 287 beschrieben ist. Dabei besteht dann eine Verbindung zwischen dem Vorverdichterraum 26 und der Brennkammer 28, wenn sich die Kolbenstufe 18 in der unteren Totpunktlage (ganz links) befindet. Die Verbindung wird dadurch ermöglicht, daß ein um den Kolbenabschnitt 20 zylindrisch angeordneter nich näher bezeichneter Kanal nicht mehr von der Stufe bzw. dem Kolbenring 22 versperrt ist. Befindet sich die Kolbenstufe 18 in der unteren Totpunktlage, so liegt die gegenüberliegende symmetrisch angeordnete Kolbenstufe in der oberen Totpunktlage, also in der Kompressionsstellung. In diesem Fall ist der gleichfalls dort vorhandene Kanal verschlossen. Erst wenn die Kolbenstufe 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach rechts bewegt wird, wird der Kanal zwischen dem Vorverdichterraum 30 und der nicht dargestellten rechten Brennkammer geöffnet.

Das Ansaugen des Kraftstoffgemisches wird durch die Stellung der mittleren Kolbenstufe 16 gesteuert, die in Abhängigkeit von der Lage des Stufenkolbens 14 eine Verbindung zwischen einer in der Motorblockwandung vorhandenen Öffnung 32 mit einem der Vorverdichterräume 28 bzw. 30 herstellt. Dabei befindet sich die Öffnung 32 mittig zwischen den Stirnwandungen der mittleren Kammer 26. Die Zündung in den Brennkammern 24 selbst kann über eine Zündkerze 34 oder einen nicht dargestellten Glühstrumpf erfolgen. Die Brennkammern 24 weisen schließlich Auspuffkanäle 36 auf, die von im wesentlichen tangential in die Brennkammern 24 einmündende Auslaßschlitze ausgehen.

Neuerungsgemäß setzen sich die äußeren Kolbenstufe (im Ausführungsbeispiel die äußere Kolbenstufe 18) über den Motorblock 12 hinausgehend fort und weist dabei drei zylindrische Endabschnitte 38, 40 und 42 auf, die unterschiedliche Durchmesser zeigen. Dabei ist der

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Durchmesser des inneren Zylinderabschnitts 38 am größten, der des mittleren Zylinderab Schnitts 40 am kleinsten gewählt. Schließlich weist die die Zylinderab schnitte 38, 40, 42 umgebende Wandung eine Stufe 44 auf, die den Übergang zwischen zylindrisch verlaufenden Wandabschnitten 46 und 48 besitzt, die ihrerseits dem Durchmesser des Abschnitts 38 bzw. des Abschnitti 42 angepaßt sind. Die Stufe 44 befindet sich dabei im Bereich des mittleren Zylinderabschnitts 40, unabhängig davon, ob sich der Stufenkolben 14 in der oberen oder unterer» Totpunktlage befindet. Durch die Stufe 44 wird erkennbar erreicht, daß das Volumen V, das zwischen den einander zugewandten / ) Stirnflächen 50 und 52 des inneren und äußeren Zylinderabschnitts 38

und 42 umschlossen wird, in Abhängigkeit von der Stellung des Stufenkolbens 14 verändert wird. Befindet sich der Stufenkolben 14 in der rechten Endstellung, so ist das Volumen V maximal, wohingegen das Volumen um so mehr abnimmt, wie der Stufenkolben 14 nach links bewegt wird (eine entsprechende Geometrie und Ausbildung des rechten Stufenkolbens, der in den zeichnerischen Darstellungen nicht dargestellt ist, ist ebenfalls gegeben, so daß sich ein vollständig symmetrischer Aufbau der neuerungsgemäßen Anordnung ergibt).

In dem Volumen V befindet sich nun vorzugsweise eine Hydraulikflüssigkeit, die auf einer Schraubenlinie angeordnete Pumpenkolben 54 bis 62 beaufschlagt. Diese Pumpenkolben 56 bis 62 befinden sich in ' ' radial verlaufenden Öffnungen 64, 66, die von der Innenwandung 48,

dessen Durchmesser dem des äußeren Zylinderabschnitts 42 angepaßt ist, ausgehen. Dabei kann dieser Abschnitt 68 an den Motorblock 10 durch Schrauben oder ähnliches befestigt sein. Bewegt sich demzufolge der Stufenkolben 14 und damit der Abschnitt 42 nach links, so wird sukzessiv -mit dem innersten Pumpenkolben 54 beginnend- jeder Pumpenkolben mit der Hydraulikflüssigkeit, die sich zwischen den Stirnwänden 50 und 52 befindet, beaufschlagt. Infolgedessen werden die Pumpenkolben 54 bis 62 entgegen der auf sie wirkenden Federkraft, die durch Sehraubenfedern 70 bis 78 oder ähnlieh wirkende Elemente hervorgerufen wird, bewegt werden.

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Oberhalb der Pumpenkolben befindet sich nun eine Hydraulikflüssig-

'\f keit, die in Abhängigkeit von der Pumpenkolbenbewegung ein Antriebs-

aggregat wie zum Beispiel Hydromotor im geschlossenen Kreislauf

J zugeführt oder entnommen wird. Zu diesem Zweck gehen oberhalb eines

jeden Pumpenkolbens eine Zu- bzw. Ablaufleitung 80, 84 bzw. 82, 86

aus, die über in dem Abschnitt 68 verlaufende Ringkanäle 88 bzw. 90

' miteinander verbunden sind, um so über die Hauptzu- bzw. -ablauf-

leitungen 92 bzw. 94 zu dem erwähnten Aggregat, das auch als Sekundärteil einer Hydraulikanlage zu bezeichnen ist, zugeführt wird, um über diese die hydraulische Energie in gradlinige, schwenkende oder rotierend wirkende mechanische Energie umzuwandeln. Wird nun der Stufenkolben 14 nach rechts bewegt, so vergrößert sich das

£ Volumen V zwischen den Stirnwänden 50 und 52, so daß infolgedessen

die Pumpenkolben radial nach innen gezogen werden. Durch diese Anordnung wird demzufolge in den Leitungen 92, 94 kontinuierlich Hydraulikflüssigkeit im Kreislauf gefördert, wobei aufgrund der Anordnung der Pumpenkolben 54 bis 62 auf einer Schraubenlinie sichergestellt ist, daß die Hydraulikförderung überaus gleichmäßig erfolgt.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß selbstverständlici in den Zu-ί bzv. Ablaufleitungen 80, 84 bzw. 82, 86 Einweg ventile 96, 98, 100

und 102 Einwegventile angeordnet sind, über die die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit vorgegeben ist.

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Claims (7)

1. Hydraulikpumpe, die von einem Verbrennungsmotor betätigbar ist und mehrere die Hydraulikflüssigkeit fördernde mit Kolbenfedern wechselwirkende Pumpenkolben umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Verbrennungsmotor (10) ein Kolbenmotor mit symmetrischem freifliegendem Stufenkolben (14) ist, dessen äußere Kolbenstufen (18) zumindest jeweils drei Zylinderabschnitte (38, 40, 42) unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, von denen der i,nnere (38) den größten und der mittlere Abschnitt (40) den kleinsten Durchmesser aufweisen, daß die die Zylinderabschnitte (38, 40, 42) umgebende Wandung (46, 48) in diesem Bereich zumindest eine Stufe (44) aufweist, wodurch bei Hin- und Herbewegung des Stufenkolbens (14) das zwischen den einander zugewandten Stirnwänden (50, 52) des inneren und äußeren Zylinderabschnitts (38, 42) eingeschlossene Volumen (V) veränderbar ist, und daß in der den Stufenkolben (14) im Bereich des äußeren Zylinderabschnitts (42) umgebenden Wandung (48) Öffnungen (64, 66) vorhanden sind, in denen die von den Kolbenfedern (70, 72, 74, 76, 78) beaufschlagten Pumpenkolben (54, 56, 58, 60, 62) verschiebbar angeordnet sind.

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2, Hydraulikpumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Stufe (44) zwischen den Stirnwänden (50, 52) angeordnet

\ , 1st.

,;

3. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Öffnungen (64f 66) auf einer Schraubenlinie angeordnet

(, sind.

4· Hydraulikpumpe nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß die zu den einzelnen Pumpenkolben (54, 56, 58, 60, 62)

j führenden Zu- bzw. Ablaufleitungen (80, 82, 84, 86) für die

Hydraulikflüssigkeit untereinander verbunden sind.

5- Hydraulikpumpe nach zumindest Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß zur Druckbeaufschlagung der Pumpenkolben (54, 56, 58, 60, 62) eine Verbindung zwischen der zugeordneten Öffnung (64, 66) und dem Raum zwischen den Stirnwänden (50, 52) der Zylinderabschnitte (38, 42) besteht.

6. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1,

) dadurch gekennzeichnet,

daß der Raum zwischen den Stirnflächen (50, 52) mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist.

7. Hydraulikpumpe, die von einem Verbrennungsmotor betätigbar und mehrere die Hydraulikflüssigkeit fördernde mit Kolbenfedern wechselwirkende Pumpenkolben umfaßt,

dadurch gekennzeichnet,

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daß der Verbrennungsmotor eine Zweitaktbrennkraftmaschine (10) ist, die einen symmetrischen freifliegenden Stufenkolben (14) umfaßt, der drei Stufenkolben (16, 18) aufweist, von denen die j äußeren Kolbenstufen (18) je in einer Brennkammer (24) und die mittlere Kolbenstufe (16) in einer weiteren diese in zwei gesonderte Vorverdichterräume (28, 30) unterteilende Kammer (26) angeordnet sind, daß in Abhängigkeit von der Stufenkolben- \ stellung zwischen einem Vorverdichterraum (28 bzw# 30) und der angrenzenden Brennkammer (24) entlang des zwischen den Kolben- , stufen vorhandenen mittleren Kolbenabschnitts (20) ein Verbindungskanal für Kraftstoffgemische verläuft, daß die äußeren /'

V Kolbenstufen (18) zumindest jeweils drei Zylinderabschnitte (38,

40, 42) unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, von denen der '

innere (38) den größten und der mittlere Abschnitt (40) den kleinsten Durchmesser aufweisen, daß die die ZyPnderabschnitte (38, 40, 42) umgebende Wandung (46, 46) in diesem Bereich zumindet eine Stufe (44) aufweist, wodurch bei Hin- und Herbewegen des Stufenkölbens (14) das zwischen den einander zugewandten Stirnwänden (50, 52) des inneren und äußeren Zylinderabschnitts (38, 42) eingeschlossene Volumen (V) veränderbar ist, und daß ^n der die Zylinderabschnitte umgebenden Wandung im Bereich des äußeren Zylinderabschnitts (42) Öffnungen {64, 66) vorhanden sind, in denen die von den Kolbenfedern (70, 72, 74,

/■■ 76, 78) beaufschlagten Pumpenkolben (54, 56, 58, 60, 62) verschiebbar angeordnet sind. i

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