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Hydraulische Kolbenpumpe, insbesondere für stufenlose Kraftübertragung
Die Erfindung bezieht sich auf :eine hydraulische Kolbenpumpe, die besonders für
stufenlose Kraftübertragung geeignet ist.
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Hydraulische Kolbenpumpen mit sternförmig angeordneten Arbeitszylindern
und dem Arbeitszylinderstern zugeordnetem Verteiler, bestehend aus ebenfalls in
Sternform neben dem Stern der Arbeitszylinder angeordneten, zylindrischen Ventilen
- wie dies auch im Rahmen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausbildung einer solchen
Pumpe vorgesehen ist -, sind bekannt.
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Der Antrieb der zur Steuerung dienenden zylindrischen Ventile erfolgte
dabei bei einer dieser bekannten Bauaren ebenso wie der der Arbeitskolben von innen
her mittels eines Exzenters, wobei die Ventile durch. Federn in Wirkverbindung mit
dem Exzenter gehalten wurden.
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Andererseits wurde der Antrieb der zylindrischen Ventile einer hydraulischen
Pumpe, auf die sich auch die vorliegende Erfindung bezieht, schon derart bewerkstelligt,
daß diese zylindrischen Ventile ihren Antrieb von außen her erfuhren.
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Es geschah dies dadurch, daß diese in dem Pumpenzylinderkörper geführten
Ventile nach außen aus dem Pumpenzylinderkörper herausragten und von einem feststehenden,
zum Pumpenzylinder exzentrisch angeordneten, glockenförmig ausgehildeten, als Gleitbahn
für die außenliegenden Enden.
der zylindrischen Ventile dienenden.
Bauteile umfaßt wurden.
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An dieser exzentrischen Gleitbahn werden die zylindrischen Ventile
durch die auf sie wirkende Fliehkraft angedrückt. Um das ordnungsgemäße Arbeiten
der Steuerventile, und zwar bei jeder Arbeitsdrehzahl der Pumpe und den naturgemäß
unterschiedlichen, auf diese wirkenden Fliehkräften, zu gewährleisten, wurden zusätzliche
bauliche Vorkehrungen getroffen, um die Ventile zwangläufig in Wirkverbindung mit
ihrer exzentrischen Gleitbahn zu halten. Es wurde dies durch Vorsehen eines mit
der exzentrischen Gleitbahn konzentrischen Ringes, in den die zylindrischen Ventile
mit ihren pilzförmig ausgebildeten äußeren Enden eingehängt wurden., bewerkstelligt.
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Sowohl die eine als auch die andere dieser bekannten Steuerungsarten
der Ventile des Verteilers der hydraulischen Kolbenpumpe befriedigen im Dauerbetrieb
nicht in vollem Maße.
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Werden als Rückstellkraft für die Ventile Federn verwendet, so ist
dies mit dem Nachteil verbunden, daß bei höheren Drehzahlen der Pumpe die Gefahr
des Auftretens von Schwingungen vorhanden ist, die die ordnungsgemäße Steuerung
beeinträchtigen, eine Erscheinung, die bekanntlich auch als sogenanntes Ventilflattern,
beispielsweise bei federbelasteten Tellerventilen, auftritt und nur sehr schwer
beherrschbar ist.
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Der Antrieb der Steuerventile von außen her mit einem diese ebenfalls
von außen zwangläufig führenden Ring hat einmal den einen Nachteil, daß diese Bauart
eine große Anzahl von Verschleißstellen aufweist, so daß hierdurch nach gewisser
Betriebsdauer die Steuergenauigkeit wesentlich beeinträchtigt wird.
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Es kommt hier des weiteren dazu, daß die zylindrischen Ventile infolge
der stets im Winkel zu ihrer eigenen Bewegungsrichtung sich auswirkenden Kräfte
zum Verkanten neigen; wodurch ungleichmäßige Abnutzung der zylindrischen Führungen
der Ventile mit allen daran geknüpften nachteiligen Folgen unvermeidbar ist.
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Diese nachteiligen Erscheinungen sind durch die erfindungsgemäße Pumpenbauart
beseitigt, indem die von innen her mittels eines Exzenters betätigten zylindrischen
Ventile zur Steuerung ihres Rücklaufes an ihren äußeren Enden von einem vorzugsweise
ringförmigen, frei drehbeweglichen Bauteil umfaßt sind; der, in dem Pumpenzylinderkörper
in axialer Richtung festliegend, in zur Wellenachse der Pumpe senkrechter Ebene
frei verschieblich gelagert ist. Dabei sind in an sich bekannter Weise die beiden
Enden der Ventile mit kugeligen Kuppen versehen; um ihr Gleiten sowohl auf dem innenliegenden
Exzenter als auch auf dem äußeren Steuerring zu erleichtern und unter möglichst
geringem Verschleiß herbeizuführen.
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Diese Art der Ausbildung der Ventilsteuerung stellt gegenüber dem
Bekannten einen wesentlich einfacheren baulichen Weg dar, die Ventile arbeiten hierbei
völlig frei von Seitenkräften, indem sie stets nur in axialer Richtung betätigt
werden. Durch diese Art des Antriebes der zylindrischen Steuerventile ist über eine
wesentlich längere Betriebsdauer Gewähr für eine einwandfreie und vor allem spielfreie
Steuerung der Ventile geboten, ohne die Gefahr einer Veränderung des Ventilspiels.
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Als weitere vorteilhafte Ausbildung der hydraulischen Kolbenpumpe
der fraglichen Art schlägt die Erfindung vor, die als Druck- und Saugleitung dienenden
ringförmigen Kammern der Pumpe an der Stirnseite ihres Zylinderkörpers als offene
Kanäle auszubilden:.
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Es ermöglicht dies, das Pumpenaggregat durch Verschließen dieser Kammern
mittels einer Verschlußplatte als Einzelpumpe zu betreiben, andererseits aber die
Pumpe auch zur stufenlosen Kraftübertragung mit einer zweiten Pumpe der gleichen
Aufbauform derart zu vereinigen, daß bei der Vereinigung der beiden Pumpenaggregate
durch stirnseitige, starre Verbindung ihrer Pumpenzylinderkörper für beide Pumpen
gemeinsame, geschlossene, ringförmige Saug- und. Druckkammern gebildet werden.
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Bei einer solchen Tandemanordnung zweier Pumpen wird erfindungsgemäß
eine der Wellen der miteinander fluchtenden Wellen der beiden Pumpenaggregate mit
dem Pumpenzylinderkörper zwischen den beiden Antriebsexzentern für die Steuerventile
drehsteif verbunden.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung
nachstehend: näher beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel der nach der Erfindung
ausgebildeten Pumpe darstellt.
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Fig. I zeigt im Längsschnitt eine Einrichtung zur stufenlosen hydraulischen
Kraftübertragung mit zwei Pumpen gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt der
Fig. I nach der Linie II-II und Fig.3 einen Teillängsschnitt einer Einrichtung zur
stufenlosen. hydraulischen Kraftübertragung in einer abgewandelten Ausführungsform.
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Wie in den Fig. I und 2 gezeigt, .bezieht sich die Erfindung im wesentlichen
auf solche Pumpen, die besonders zur stufenlosen hydraulischen Kraftübertragung
geeignet sind, wobei eine solche Einrichtung zweckmäßig von zwei gleichartigen Pumpen
mit gleichachsigen Wellen I und 2 gebildet wird. Die Welle I betätigt die gleichachsig
mit der Welle angeordneten Pumpenkolben 3 (in Fig. I ist jeweils nur ein Kolben
jeder Pumpe dargestellt), und zwar mittels des Ringes 5, der zu den Wellen I und
2 ,gleichachsig und schräg zur Wellenachse angeordnet ist,. während die Welle a
die Pumpenzylindergruppen 13 und: 15 unmittelbar antreibt.
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Der Ring 5 der Pumpe von unveränderlicher Leistung ist von dem äußeren
Ring eines WälG-lagers 7 getragen. Das Wälzlager 7 selbst sitzt mit zur Wellenachse
schräger Sitzfläche auf dem mittels :des Keiles 9 auf der Welle i aufgekeilten Bauteil
8, der zusammen mit dem Wälzlager 7 und dem Ring 5 eine zum Antrieb der Pumpenkolben
3 dienende Taumelscheibe bildet.
Der die Kolben 4 der Pumpe mit
veränderlicher Leistung antreibende Ring 6 ist mittels eines Wälzlagers Io mit einem
zweiten Ring II verbunden, der um eine zur Welle 2 senkrechte Achse verschwenkt
werden kann, wobei die Schwenkzapfen I2 vom Maschinengehäuse getragen sind. In Fig.
I ist die Lage des Ringes 6 diejenige der Nulleistung der Pumpe, da dieser Ring
senkrecht zur Wellenachse steht. Der Pumpenzylinderkörper I3 ist mittels durchgehender
Bolzen I4 mit dem Pumpenzylinderkörper 15 der Pumpe mit veränderlicher Leistung
starr verbunden. Die beiden Pumpenzylinderkörper I3 und I5 sind mittels des Wälzlagers
I6 auf der Welle I gelagert, und das Lager I7 des rohrförmigen Bauteils I9 ist mit
dem Gehäuse A fest verbunden. Die Pumpenzylinderkörper können sich somit um die
gemeinsame Achse der beiden Wellen I und 2 drehen. Die letzteren sind im Gehäuse
A mit Hilfe der Wälzlager 2o bzw. 2I gelagert.
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Jeder Zylinder des Pumpenzylinderkörpers der Pumpe mit veränderlicher
Leistung weist einen Endkanal 22 auf; der in eine radiale zylindrische Bohrung 23
mündet, in welcher sich ein zylindrisches, als Steuerschieber arbeitendes Ventil
24 hin und her bewegen kann. Die Bohrungen 23 stehen durch Öffnungen 25 nach außen
mit einer ringförmigen Kammer 26 und nach innen durch die Öffnungen 27 mit einer
zweiten ringförmigen Kammer 28 in Verbindung.
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Die Ventile 24 sind derart bemessen., däß, wenn sich (das Ventil an.
seinem. Hubende in Richtung zur Achse befindet, die Bohrungen 22 des jeweils gesteuerten.
Zylinders durch die Bohrung 27 mit der ringförmigen Kammer 28 in Verbindung stehen,
während, wenn das Ventil umgekehrt an seinem äußeren Hubende sich befindet, die
Bohrungen. 22 des entsprechenden Pumpenzylinders durch die Bohrung 25 mit der ringförmigen
Kammer 26 in. Verbindung stehen.
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Beide ringförmigen Kammern 26 und 28 liegen zur gemeinsamen Achse
der Wellen I. und 2 konzentrisch. Eine gleiche Verteilungseinrichtung mit zylindrischen
Ventilen 29 ist für die Pumpe mit veränderlicher Leistung vorgesehen, wobei jeder
Zylinder dieser Pumpe durch die Bohrung 3o mit dem radial stehenden. Zylinder 3I,
in-. dem das zylindrische Ventil 29 geführt ist, in Verbindung steht. Der Zylinder
3I steht außen durch die Bohrung 32 mit der ringförmigen Kammer 26 und innen durch
.die Bohrung 33 mit der ring= förmigen Kammer 28 in Verbindung.
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Die ringförmige Kammer 26 dient als Druckkammer, die ringförmige Kammer
28 als Saugkammer und, steht durch die Bohrungen 34 mit der inneren Kammer B der
Pumpenzylinderkörper in Verbindung. In diese Kammer B mündet über die radialen Bohrungen
35 des Teiles I9 und die .der Welle 2 vorgesehene ringförmige Kammer 27 die Saugleitung
36.
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Die Ventile 24 der Pumpe mit gleichbleibender Leistung, die im richtigen
Arbeitstakt zu der Bewegung :der mit ihnen zusammenarbeitenden Pumpenkolben 3 angetrieben
werden müssen, sind von einem mit der Welle I, von der aus auch die Pumpenkolben
3 über die Taumelscheibe 5, 7, 8 betätigt werden, starr verbundenen, radial stehenden
Nockenorgan angetrieben. Dieses Bauglied, das mit Nocken versehen ist, besteht in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer mittels des Keiles 39 auf der Welle
I befestigten Exzenterscheibe 38 und ist mit einem Gegengewicht 40 versehen. Der
Exzenter 38 wirkt auf die inneren Enden der Ventile 24 über das zur Verringerung
der Reibung zwischen der Exzenterscheibe und den Ventilen 24 angeordnete Wälzlager
4I. Die Ventile werden durch den Exzenter 38 nach außen bewegt, während die zum
Mittelpunkt gerichtete Rückbewegung der Ventile erfindungsgemäß durch einen: zylindrischen,
ringförmigen, die äußeren Enden der Ventile umfassenden Bauteil 42 herbeigeführt
wird. -Der Ring 42 ist in axialer Richtung zwischen den Schultern 43 und 44 geführt,
wobei die Schulter 44 von einem auf den Pumpenzylinderkörpern I3, I5 befestigten
ringförmigen Bauteil gebildet wird.
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Der Ring 42 ist somit für eine Drehbewegung um seine eigene Achse
frei und kann sich in zur gemeinsamen Achse der Wellen I und 2 senkrechter Ebene
ebenfalls frei verschieben.
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Seine Stellung in jedem Augenblick ist deshalb von der Lage des Ezxenters
38 abhängig, da die gegenseitige radiale Stellung der Ventile 24, deren gemeinsame
Länge dem Längenunterschied der beiden Radien zwischen der wirksamen Oberfläche
des antreibenden Ezxenters 38 und des Rückholringes 42 entspricht, die Lage des
auf den äußeren.' Enden der Ventile aufliegenden Ringes 42 bestimmt. Die von dem
Ring 42 auf einen Teil der Ventile 24 ausgeübte Rückholwirkung wird' im wesentlichen
durch die Wirkung derjenigen Ventile 24 auf den Ring 42 herbeigeführt, die in dem
gegebenen Augenblick während des Umlaufes des Exzenters 38. nach außen bewegt werden.
Die dem Ring 42 durch seine Anordnung verliehene Bewegungsfreiheit ermöglicht es,
nachteilige Reibung zwischen dem Ring und' den Ventilen 24 zu vermeiden.
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Eine gleichartige bauliche Lösung ist für die Pumpe mit veränderlicher
Leistung vorgesehen. Hier werden die Ventile 29 von dem auf dem zylindrischem Bauteil
I9 vorgesehenen und vom Gehäuse A getragenenen Exzenter 45 über das Wälzlager 46
betätigt, während der äußere, in gleicher Weise wie der Ring 42 angeordnete Ring
47 für die erforderliche Rückholbewegung in Richtung zum Mittelpunkt zu sorgt. Der
Exzenter 45 ist selbstverständlich mit dem Gehäuse A fest verbunden, denn er muß
ebenso wie die mit dem Gehäuse fest verbundene Schwenkachse des für die Betätigung
der Pumpenkolben 4 dienenden Ringes i i stillstehen.. Die Einstellung dies Ringes
i i und damit der Leitung der Pumpe wird in bekannter Weise eingeregelt, indem der
Stellhebel 48 verschwenkt wird, c.er die äußersten Regelstellungen
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und 5o, die mit gestrichelten Linien angedeutet sind, einnehmen kann.
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Es ist bekannt, daß mit Veränderung der Leistung der Pumpe, bei der
eine derartige Regelmöglichkeit vorgesehen ist, das Übertragungsverhältnis zwischen
den Wellen I und 2 verändert wird.
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Die Welle I ist mit den Pumpenzylinderkörpern I3 und' 15 mittels der
Zahnkupplung 51 in der Mitte der zusammengeschraubten beiden Pumpenzylinderkörper
zwischen den Exzentern 38 und 45 drehfest gekuppelt. Die inneren Enden der Wellen.
I und 2 sind mit Hilfe der Stützlager 52 ineinandergelagert. Um den Zusammenbau
zu ermöglichen, ist das Wälzlager I7 von einer mittels Außengewinde mit dem Pumpenzylinderkörper
I5 fest verbundenen Hülse getragen. Die Bewegung der Welle I wird durch einen auf
ihr aufgekeilten Flansch übertragen. Selbstverständlich könnte die Einrichtung auch
von zwei Pumpen mit gleichbleibender Leistung gebildet sein, um ein festes, und
zwar ein vorbestimmtes Übertragungsverhältnis zu erzielen, oder es können auch zwei
Pumpen mit veränderlicher Leistung miteinander vereinigt werden, um beliebige Übertragungsverhältnisse
zu ermöglichen.
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Die Kammer B steht mit der Saugleitung 36 auch durch, die axialen
Bohrungen 55 und 56 der Wellen: I und 2 über die radialen Bohrungen 57 der Welle
2 und die Bohrungen 58 der Welle I in Verbindung.
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In der baulichen Lösung nach Fig. 3, in welcher die den bereits beschriebenen
Teilen entsprechenden Teile mit den gleichen, mit einem ' versehenen Bezugszeichen
bezeichnet sind, sind die Pumpenzylinderkörper I3' und I5' mit dem mit der Welle
2' starr verbundenen Flansch 6o' gekuppelt. Die Welle I', die die für die Pumpe
mit gleichbleibender Leistung bestimmte Taumelscheibe 5', 7' und 8' trägt, durchsetzt
die besagten Pumpenzylinderkörper und ragt auf der entgegengesetzten Seite des in
der Fig. I dargestellten Ausführungsbeispiels heraus. Die Pumpenzylinderkörper IS'
und I5' sind somit voI außen her anstatt von innen aus angetrieben, wie dies in
der Ausführungsform nach Fig. I vorgesehen ist. Die mit dem Pumpenzylinderkörper
I3' fest verbundene Welle 2' erstreckt sich im Vergleich zu dem vorher beschriebenen
Ausführungsbeispiel nach der gegenüberliegenden Richtung. In der vorliegenden Bauform
kann im Falle der Verwendung der Einrichtung bei einem Kraftwagen der Flansch 6a'
als Schwungrad des Motors dienen, der für diesen Fall einen Zahnkranz 6I' für das
Anlassen des Motors tragen würde.