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Pumpe mit im Kreise angeordneten parallelen Kolben und mit variabler
Fördermenge, die durch Öffnungen in den Zylinderwänden mittels der Kolben gesteuert
wird Die Erfindung bezieht sich auf eine Axi!alkolbenpumpe mit variabler Fördermenge,
bei der die Kolben durch eine Taumelscheibe konstanter Neigung angetrieben sind
und bei: der eine axiale Verschiebung der Taumelschqibe mitsamt denKolben relativ
zu an den Zylindern vorgesehenen Steueröffnungen eine Änderung des für diel Förderung
wirksamen Kolbenhubes bewirkt und damit eine Änderung der Fördermenge ergibt. Wird
eine solche Pumpe (nach Fig. 2 der schweizerischen Patentschrift 251984) mit einer
gegen die hydraulischen Drücke der Kolben wirkenden Hauptfeder versehen, so. nimmt
automatisch mit steigendem Arbeitsdruck die Fördermenge der Pumpe ab. Es, bereitet
die Ausbildung dieser Hauptfeder keine Schwierigkeit, solange der Arbeitsdruck bei
vollem Arbeitshub der Kolben, also bei Maximalfüllung, relativ niedrig, z. B. io
bis 2o at, und bei: der minimalen Fördermenge, z. B. beij io bis 2o°/o Füllung,
relativ hoch, z. B. bei 25o bis 3oo at, liegt. Soll aberbei der maximalen Füllung
ein höherer Druck von 5o bis 6o at und bei der Minimalfüllung ein relativ niedriger
Druck von z. B. 200 at erreicht werden, so wird der Unterschied der gegen die Hauptfeder
wirkenden-hydraulischen Drücke der Förderkolben in der untersten und der obersten
Stellung der Scheibe nur klein ,
je eventuell sogar negativ; im
ersten Fall müßte daher eine sehr lange und weiche Hauptfeder eingebaut werden,
wozu das Pumpengehäuse unangeneihm lang oder groß im Durchmesser gemacht werden
müßte. Im zweäen Fall ist eine Regulierung mit so einfachen Mitteln überhaupt nicht
möglich. Die gleichen Schwierigkeiten treten bei( Pumpen auf, teil denen (nach der
schweizerischen Patentschrift 26g288) einerseits beii maximaler Fördermenge
große und kleitne Kolben: gleichzeitig und andererseits bei mihimaler Fördermenge
und maximalem Druck nur diel kleinen Kolben fördern, wobei naturgemäß der gegen
die Hauptfeder gerichtete hydraulische Druck der kleinen Kolben relativ klein sein
wird.
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Um diesem Übelstand abzuhelfen, wird nach der Erfindung wenigstens
ein Hilfskolben vorgesehen;, der im Pumpengehäuse milb zu den Arbeütskolb,en etwa
paralleler Achse angeordnet und durch den Druck des Arbeeitsmittelss der Pumpe axial
verschiebbar ist, wobei .er in gleichem Sinn gegen- die Hauptfeder wirkt wie die
zur Druokmittelförderumg dienenden Kolben.
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In der Zeichnung ist ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes- dargesitellt,
und zwar zeigt Fig. i eine Pumpe im Längsschnitt, Fig. 2 eine Variante, Fig. 3 und
4 die Details verschiedener Anordnungen des Hilfskolbens:.
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In dem Zylinderblock i siind mehrere, z. B. zwölf Zylinderbohrungen
2, 3 vorgesehen, in denen die Kolben 4, 5 arbeiten. Diese Bohrungen sihd im Kreise
um die Achse 6 angeordnet und- verlaufen parallel zu dieser. Deie Kolben 4, 5 werden
mittels Federn 8 gegen :den Tragring 9 gedrückt, der mittels Kugellager io und i
i an der mit der Antriebswelle i8 drehfest, aber längs verschiebbar verbundenen
Taumelscheiibe 13 in schieferStellung drehbar gelagert ist. Die Federn 8 sitzen
mit ihrem unteren Ende auf einer Büchse 15 auf, die mild ihrem eingezogenen Teil
16 in der Bohrung 17 des. Gehäuses geführt eist. Die Welle 18 der Pumpe ist in den
Kugellagern 2o und 21 im Gehäwse gelagert und! wird an ihrem oberen Ende von dem
nicht näher dargestellten Antriebsmotor i9 mittels dessen ih die Pumpenwelle gestecktem,
durch Keil 22 verbundenem jATeillenende angetrieben. Die Taumelseheibe 13 liegt
mittels, des Axiallagersi 2i3 an; der Verstollbüchse 24 an, welche durch die am
Deckel 25 anliegende Hauptfedier 27 nach abwärts gedrückt wird.
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Zu den ZylLndern 2, 3 führen von außen. her die radialen Bohrungen
28,:29, die zum Steuern des Füllungsabschlussesi und bei den Zylindern 3e auch zum
Ansaugen der Arbeitsflüssigkeit diienen. (Die Kolben; arbeieten, wie es in den schweilzerischen
Patentschriften 251 984 und 269 2,e88 beschrieben ist.) Die Zylinder 2 sind. überdies:
mit einem Saugventl 7 versehen, so daß der Kolben 4 auch ansaugt,, wenn die höher
angeordneten Öffnungen 28 der Zy leind'er 2 von den, Kolben 4 niecht geöffnet werden.
Die von den Kolben 4, 5 ausi dem Behälter 26 angesaugte Flüssigkeit tritt durch
die federbelasteten Druckventile 30, 31 in den Druckraum 32 der Pumpe ein, von dem
aus sie über die Leitung 33 der Verbrauchsstelle zugeführt, wird.
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Unterhalb dies unteren Lagers 21 der Welle 18 ist -in Fig. i und 2
eine Scheibe 14 eingelegt, gegen deren Mitte der Hilfskolben 34 anliegt und welche
durch die Feder 35 nach oben gedrückt wird. Die Feder 35 muß in der gezeichneten
Stellung eine Kraft nach oben ausüben, die größer ist als die Summe der Kräfte der
Federn 8, die auf die Büchse 15 nach unten wirken.
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Bei der Bauart nach Fig. i ist zwischen die Nabe 36 der Taumelscheibe
13 und die Büchse 16 ein Axiallager 37 eingelegt. Durch diese Anordnung des. Lagers:
37 und der genannten Bemessung der Feder 35 wird erreicht, daß die Teiille 15, 16,
37 und: 13 sich stets. miteiinander nach oben oder unten verschieben.
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Der Kolben 34 von F.ig. i und 2 ist pilzförmig und trägt einen; Kopf
39, der ih einenn Zylinder 4o geführt isst,, welcher einen größeren Durchmesser
hat als der Kolbenschaft 34. In dsem Zylindeir sind zweii Querbohrungen 41 und 42
vorgesehen, von denen die erste in den Druckraum 32, die letztere aber i=n den drucklosen
Raum 38 führt. Abweichend von dieser Anordnung können der Zylihder 40- und die Bohrungen
41, 42 weggelassen werden, wobei, dann ebenfalls der Kopf 39 in seiner ostersten
Stellung an der Fläche 44 zum Anliegen kommt.
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Die Arbeitsweise der Regulierung der Pumpe nach Fig. i und 2 ist die
folgende: Steikt der Druck im Druckraum 32, so steigt auch der auf die Kolben 4
und 5 wirkende Druck jeweils, während des Ausstoßen, der Flüssigkeit durch die Druckventile
30 und 31. Da dito Taumelscheeibe 13 auf der Pumpenwelle 18 axial verschiebbar gelagert
isst, wird die Feder 27 mehr zusammengedrückt und der wirksame Hub wenigstens der
Kolben 5 und damit die Fördermenge vermindert. Die Wirkung leer Kolben 4, 5 wird
dabei unterstützt durch den hydraulischen Druck, leer auf den Kolben 34 ausgeübt
wird. Bei einem bestimmten Druck kommt der Kolbenkopf 39 auf dem Boden 44 des! Zylinders
4o zum Anliegen und begrenzt damit die Aufwärtsbeswegung dieses, Kolbens sowie des
ganzen Systems der Taumelscheibe mit den Büchsen: 15 und 24. Die Bohrungen 41 und
42 sollen dabei so angeordnet sein, daß in dem Moment, wenn die Kante 45 des, Kopfes
39 diie Bohrung 41 abschließt, die Kante 46 des. Kolbens 34 die Bohrung 42 öffnet.
Damit wird der Raum 47 über dem Kalben 39 drucklose, und letzterer wird rrii!t grosßiem
Überdruck, der nunmehr auf den großen Durchmesser des Kopfes 39 wirkt, rasch in
die oeb.erste Stellung, d. h. an den Anschlag, 44 geschoben. Durch. eine
Anordnung der beeiden Bohrungen, 41 und 42 in, eihser höheren oder tieferen Lage
kann die Stellung des, ganzen Systems, in welcher dessen plötzliche Aufwärtsbewegung
beginnt, zum voraus bestimmt werden.
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Fehlen der Zylinder 40 und die Öffnungen 41, 42, so findet eine plötzliche
Umstellung des. Kolbens 34, 39 nicht statt, und die obere Fläche 45 des
Kolbens
39 kommt lediglich in der obersten Stellung an der Fläche 44 zum Anliegen, wie oben
bereits erwähnt. Ist dabei die Anlage gegen die Fläche 44 gut dichtend, so verursacht
der Kolben 39 keinerlei Leckv erluste mehr.
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Bei der in Fig. i gezeigten Anordnung wird der Druck des Hilfskolbens
34, 39 über die! Scheibe 14 auf die Büchse 16 und von dort über das Lager 37 zur
Taumelscheibe und über Lager 23 zur Verstellhülse 24 geleitet, um im gleichen Sinn
wie die Kolben .4 und 5 gegen die Hauptfeder 27 zu wirken.
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Die Anordnung nach Fig.2 unterscheidet sich von jener nach Fig. i
nur dadurch, daß die Kraft des Hilfskolbens 34, 39, von dem nur der obere Teil gezeigt
ist, von der Büchse 15, 16 aus nicht über zwei Axialkugellager 37 und 23, sondern
direkt über einen Kragen 5o der Büchse 15, 16 auf die Verstellbüchse 24 einwirkt.
Dies. erspart ein Lager 37 und ergibt eine Schonung des Axiallagers 23.
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In Fig. 3 Ist eine andere Anordnung von Hilfskolben gezeigt. Der Hilfskolben
51 ist. seitlich im Gehäuse i eingebaut und wirkt mit seinem oberen Ende 52 direkt
auf die. Büchse 15, von wo, aus, seine Kraft über das Lager 37 wie, in Fig. i nach
oben übertragen wird, oder über den Kragen 50, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt; zur
Zuleitung des Druckes vom Druckraum 32 zur Unterseite: des. Kolbens. 51 ist der
Kanal 54 vorgesehen. Vorteilhaft wird symmetriisch mit Bezug auf die Achse 6 der
Pumpe ein zweiter gleich großer Kolben 51 angeordnet, so daß die Resultierende der
Drücke beider Kolben in der Pumpenmittellinie 6 liegt; es können aber auch drei
oder mehr gle;ichmäß'ig über den Umfang verteilte Hilfskolben vorgesehen sein. Bei
der Bauart der Hilfskolben 51 nach Fig. 3 soll die Büchse 24 in ihrer obersten Stellung
mit ihrem oberen Ende am Deckel 25 anliegen, so daß die Feder 27 nicht mehr weiter
zusammengedrückt werden. kann. Bei dieser Anordnung sind die Kolben 51 ständig unter
dem gleichen Druck wie der Druckraum 32.
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Statt den Raum unter dem Kolben 51 mit dem Druckraum zu verbinden,
kann man ersteren Raum mittels des gestrichelten Kanals 53 mit einem benachbarten
Zylinderraum 2 verbinden. Auf diese Weise drückt der Hilfskolben. 51 nur während
des Druckhubes des Kolbens 4 nach oben. Besonders vorteilhaft wird diese Art von
Hilfskolben dann angewendet, wenn die Pumpe kleine und große Kolben 4 und 5 aufweist,
also z. B. drei kleine Kolben 4, woben mit jedem der drei kleinen Zylinder 2 der
Raum unterhalb je eines Hilfskolbens51 verbunden wird; dabei wird am besten der
Durchmesser des Hilfskolbens 51 so bemessen, da.ß die Summe der Fläche des kleinen
Kolbens 4 und. des Hilfskolbens 5.1 gleich der Fläche des: großen Kolbens 5 isst.
Bezügliich der auf die Hauptfeder 27 einwirkeinden Drücke der Kolben und Hilfskolben
arbeitet in letzterem Fall diese Pumpe ebenso wie eine Pumpe mit lauter gleich großen
Kolben. Bei einer solchen Anordnung ist eine Feder 68 vorgesehen, durch welche der
Kolben 51 -während des Saughubes des Kolbens 4 am Abheben, von der Büchse 15 verhindert
wird. Man kann d@e,n. seitlich angeordneten Hilfskolben auch als Stufenkolben ausbilden
ähnlich dem Kolben 34, 39 der Fig. i und 2, um eine plötzliche Aufwärtsbewegung
des Systems bzw. eine, Umschaltung bei iirgendei:n.er vorbesitimmten Zwi,schen.stellung
der Verstellbüchse 24 zu erreichen. Diese Anordnung ist in Fig. 2 auf der linken
Seite des; Gehäuses angedeutet. Die Druckölzufuhr erfolgt dabei über den gestrichelten
Kanal 69 vom Druckraum 321 aus.
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Man kann diese plötzliche Aufwärtsbewegung bei einer bestimmten. Stellung
der Verstellbüchse 24 auch in der Weise bewerkstelligen, daß man zwei Hilfskolben
55 vorsieht, wie in Fig. 4 iln etwasgrößerem Maßstab im Schnitt; gezeigt .ist. Diesem
Hilfskolben wird Drucköl aus dem Druckraum 32 über den Kanal 56 zugeführt, sobald
der Kolben. unter dem Druck der Feder 57 der Büchse 15 so weit gefolgt ist, daß
sein: unterer Rand den Kanal 56 öffnet. Während bis; zu dieser Stellung der Raum
unter .dem Kolben über die Bohrungen 58, 59 und 6o eine Verbindung nach außen hatte,
also drucklos war, kommt von dieser Stellung an die Kante 62 des Kolbens über die
obere Kante 63 der Ausnehmung im Gehäuse zu stehen, so daß diese Verbindung nach
außen: abgeschnitten und der Kolben 55 unter den gleiche Druck wie der Druckraum
32 zu stehen kommt. Infolge dieser plötzlich auftretenden zusätzlichen. Kraft der
beiden Hilfskolben 55 wird die Büchse 24 unvermittelt in ihre oberste Lage gedrückt.
Es können Hilfskolben nach Fig. 4 allein oder auch neben solchen nach Fig. 3 vorgesehen
sein.
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Wenn die Kolbenfedern sich nicht auf die Büchse 15, sondern den Boden
65 des Gehäuses i stützen, wobei, der Absatz 67 wegfällt, ändert sich im wesentlichen
nichts an der Wirkungsweise der geschilderten Einrichtung.
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Das Axiallager 37 kann weggelassen sein: und der Druck des Hilfskolbens
34 über die Kugeln des Lagers 21 und eine Hülse 66 auf die Taumelscheibe 36, 13
übertragen werden.