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Drehkolbenpumpe mit veränderlichem Hub Die Erfindung bezieht sich
auf eine Drehkolbenpumpe mit veränderlichem Hub, bei der die Hubanderung durch Verschiebung
des Stators gegenüber dem Rotor erfolgt, deren Lage zueinander durch die Kraft einer
Feder und den der Federkraft entgegenwirkenden, auf eine Fläche am Stator ausgeübten
Druck der geförderten Flüssigkeit bestimmt wird, wobei in den zu den Steuerräumen
für die Verschiebung des Stators führenden Leitungen ein unter dem Einfluß einer
Feder und der Druckflüssigkeit stehendes Regelventil angeordnet ist, das abhängig
vom Ansteigen des Förderdruckes der Flüssigkeit diesen regelt, wobei der Stator
gegen die Federkraft zwecks Verminderung des Hubes verschoben wird.
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Bei einer bekannten Drelikolbenpumpe mit veränderlichern Hub erfolgt
die Hubänderung durch Verschiebung eines Gleitstückes, dessen Lage durch auf Flächen
des Gleitstückes ausgeübten Differenzdruck der geförderten Flüssigkeit im Saug-
und Druckanschluß bestimmt wird. Diesem Steuervorgang wird bei weiterem Druckanstieg
ein weiterer Steuerimpuls überlagert, indem ein unter dem Einfluß einer Feder und
der Druckflüssigkeit
stehendes Reglerventil den Druck der geförderten
Flüssigkeit in verstärktem Maße zur Verschiebung des Gleitstückes wirksam macht.
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Eine andere bekannte Pumpe erzeugt einen be-
stimmten Höchstdruck,
und die maximale Pumpenfördermenge bleibt erhalten, bis dieser Druck erreicht wird.
Danach wird die Pumpenfördermenge auf einen Kleinstwert verringert.
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Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß in dem Gehäuse des Stators
einander gegenüberliegende Steuerräume als Kolbenräume für den StatGr dienen und
das Regelventil den Zufluß von Druckflüssigkeit zu beiden Steuerräumen regelt, wobei
der Pumpenförderdruck in dem einen Stegerraum anfänglich zusammen mit der Feder
auf den Stator wirkt, um den vollen Hub zu erhalten, jedoch bei steigendem Förderdruck
in den anderen Steuerraum geleitet wird und gegen die Kraft der Feder auf den Stator
wirkt, uni den Hub zu verringern.
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Die Pumpe nach der Erfindung erinö ' -licht, innerhalb eines
Druckbereiches zu liefern, an dessen unterer Grenze die Verminderung der Pumpenfördermenge
beginnt. Diese Verringerung der Fördermenge setzt sich mit ansteigendem Förderdruck
fort, bis beim Höchstdruck innerhalb des Druckbereiches der Pumpenhub auf eine Mindestmenge
verringert ist. Die größte Fördermenge der Pumpe, die die größte Antriebsleitung
erfordert, wird also nur bis zum niedrigsten Arbeitsdruck der Pumpe gefördert. Danach
wird die Fördermen ' ge der Pumpe geändert, um einen Druck zu erhalten, der
mit der Drehzahl der Pumpe ansteigt. Die erfindungsgemäße Bauart regelt also den
Hub allein in Abhängigkeit von dem Druck der geförderten Flüssigkeit, der
auf den Stator selbst einwirkt. Hierdurch wird eine gedrängte Bauart der Pumpe einschließlich
der Regeleinrichtun,-en erreicht, da diese ohne Schwierigkeit in die Pumpe eingegliedert
werden können.
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Diese Eigenschaft ist bei dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung-
von Wichtigkeit.
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Pumpen gemäß der Erfindung können vorteilhaft z. B. bei einem Kraftübertragungsgetriebe
für Motorfahrzeuge Anwendung finden, bei dem die Vorrichtungen zur Änderung des
Übersetzungsverhältnisses durch Flüssigkeitsservo- und Steuersysterrie in Tätigkeit
gesetzt werden.
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Eine Pumpe nach der Erfindung ist hierbei in einem großen Bereich
von Geschwindigkeiten und Antriebsverhältnissen brauchbar, ihr Bedarf an Druckflüssigkeit
paßt sich Änderungen der Antriebsverhältnisse bei im wesentlichen gleichbleibenden
Drücken für die Servosysteme so-
fort an.
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Ausführung,sbeispiele der Erfindung sind unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beschrieben: Fi ' g. i und :2 der Zeichnung sind Schnitte in
verschiedenen Ebenen der Pumpe; Fig. 3 ist ein Gesamtbild der Pumpe bei Ansicht
der Fig. i und 2 von unten her mit den Teillinien x-x, v-y für die Fig. i und 2;
Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 2 mit den Schnittlinien i-i und 2-2
für die Fig. i und 2; Fig. 5 ist ein Schnitt nach Linie 5-5 der Fig.
2: Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungsgetriebes
für ein Nlotorfahrzeug, das eine Pumpe nach der Erfindung enthält.
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Fig. 7 ist eine Einzelheit eines Teiles der Fig.
6
im Schnitt; Fig. 8 ist ein Schnitt einer Abänderung der Fig.
7.
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Das Gehäuse der Pumpe setzt sich aus dein Gehäuse iooa für den Rotor
12 und dem Gehäuse ioo für das Reglerventil zusammen. Die Welle i des Rotors 12
ist durch das Gehäuse hindurchgeführt und nur in Fig.:2 dargestellt. Die Pumpenschaufeln
ii sind im Rotor 12 verschiebbar und liegen an ihren Außenkanten dicht an der Innenwandung
eines Stators io an, der in dem Gehäuse iooa diametral verschiebbar ist. Der Stator
ist zu diesem Zweck mit zwei ebenen Gleitflächen 13, 14 versehen, die mit entsprechenden
Gleitflächen 15
bzw. 16 der Innenwand des Gehäuses iooa in Berührung sind.
Der Stat&r hat ferner eine ebene Fläche 17, auf die eine in einer Tasche des
Gehäuses iooa untergebrachte Feder 18 einwirkt. Diese Feder bringt eine auf der
geIgenüberliegenden Seite an ' geordnete ebene Fläche des Stators mit einer
ebenen, Fläche des Gehäuses iooa zur Anlage. Der Stator kann sich längs der Führungen
z# 15, 16 auch aus der in Fig. 2 dargestellten Stellung in eine andere Stellung
bewegen, in der die ebene Fläche 17 mit der benachbarten Innenwand des Gehäuses
ioo a. in Berührung tritt. Auf diese Weise kann die Exzentrizität der Innenfläche
des Stators io, die die Außenwand der sichelförmig gestalteten Pumpenkammer io8'
bildet, zur Welle i und dem Rotor 12 und damit auch der effektive Hub der Pumpe
geändert werden.
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Die Änderung der Exzentrizität zur Änderung des Pumpenhubes wird durch
Flüssigkeitsdruck bewirkt. Dieser Druck wirkt auf der der Feder 18 gegenüberliegenden
Seite dem Druck der Feder 18 entgegen und wird durch Druckflüssigkeit ausgeübt,
die dem bogenförmigen Raum 122 und dem Spalt ig (Fig. 2 und 4) durch Leitung 123
zugeführt wird, was später beschrieben wird. Die hierdurch bewirkte Verschiebung
des Stators sucht den Hub der Pumpe zu verringern. Auf der ande ren Seite kann dem
bogenförmigen Raum 124 (Fig.:2) durch die Bohrungen:2i und 125 und die Leitung 22
(Fig. i) in später erläuterter Weise Druckflüssigkeit zugeführt werden, die mit
der Feder zusammenwirkt und bestrebt ist, den Hub zu vergrößern. Die Leitung 22
wird durch eine Auskehlung des Gehäuses ioo gebildet, die durch einen Ring ioi abgedeckt
ist (Fig. 1, 4 und 5).
Wenn also Druckflüssigkeit einem der Räume 122 und
124 zugeführt wird, ist der wirksame Pumpenhub durch die Restiltante der beiderseitigen
Drücke bestimmt.
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Die Pumpenkammer io8' in dem Pumpengehäuse ioo-a steht in der bogenförmigen
Sangzone
der Schaufeln i i mit einem bogenförmigen Kanal
107 im Reglerventilgehäuse ioo in offener Verbindung, dem die Flüssigkeit
durch die Einlaßöffnung io6 zugeführt wird, und ist in der Druck-Zone der Schaufeln
zu einem Kanal io8 im Reglerventilgehäuse ioo hin offen, der durch einen Kanal io4
an die Auslaßöffnung io5 angeschlossen ist. Das Ventilgehäuse ioo ist, wie Fig.
4 und 5
zeigen, bündig dem Pumpengehäuse iooa angepaßt, so daß die Saug- und
Druckkanäle voneinander getrennt und die Zwischenräume zwischen den Schaufeln ii
an den Seiten abgedichtet sind.
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Das Ventilgehibise ioo hat eine Bohrung 102 (Fig. i), die an dem einen
Ende zum Einlaßkanal 107, am anderen Ende zu dem Auslaßkanal io8 offen ist. In dieser
Bohrung sitzt ein Ventil iio, das an den Enden Büchsen i4o bzw. 143 mit komniunizierenden
Durchlässen trägt, die in Ringnuten 141 bzw. 142 einmünden (s. auch Fig. 4 und
5).
Der Ventilschaft liegt an dem einen Ende, normalerweise an dem geschlossenen
Ende der Bohrung 102 an (Fig. i, rechts), und an dem anderen Ende trägt er eine
Stange 1-15, auf der eine Schraubenf eder i i sitzt, die an einer Mutter iog abgestützt
ist, durch die der Ferderdruck auf das Ventil eingestellt werden kann.
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An der Ringnut 141 des Ventils liegt die Bohrung 2 1 an, so daß in
der Stellung des Ventils i 10 nach Fig. i Flüssigkeit unter Druck aus dem Auslaß-
oder Druckkanal io8 durch die Durchlässe i4o und die Ringnut 141 in die Bohrung
21 und von da über den Kanal 22 und die Bohrung 125 (Fig. .2) in den bogenförmigen
Raum 124 einströmen kann. Der in diesem auf diese Weise erzeugte Druck sucht dann,
wie bereits ausge#führt ist, den effektiven Pumpenhub zu vergrößern.
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An dem vollen Mittelteil des Ventils i i o mündet in der Stellung
nach Fig. i ein Kanal 123, der dazu dient, Flüssigkeit unter Druck dem Raum
122 (Fig. 2) zuzuführen, um den effektiven Pumpenhub zu verringern. Der Kanal 123
setzt sich aus miteinander ko#mmunizierenden Bohrungen der Geliäuse ioo und iooa
zusammen, wie aus den Fig. 4 und 5 zu erkennen ist.
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Die Nut 1.42 steht in der Stellung nach Fig. i vor einem Auslaßkanal
127, durch den in der Ventilbohrung 102 befindliche Flüssigkeit über die
Nut 142 entweichen kann. Die Büchse 143 schließt in der dargestellten Stellung einen
Kanal 126 ab, der mit dem bogenförmigen Kanal 22 in Verbindung steht, der von dem
Druckkanal 21 zu der Bohrung 125 und dem Raum 124 führt.
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Die Drehzahl der Welle i und das Volumen der Pumpenkammer und die
sonstigen Faktoren sind zu den Abmessungen des Ventils und der Kraft der Feder i
i i so abgestimmt, daß in einem bestimmten Druckbereich, z. B. zwischen
6 und 6,3 kg/cm2, die Leistung der Pumpe sich unter der Kontrolle
des Ventils iio vom Höchstwert auf den Mindestwert automatisch ändert. Der Mindestwert
könnte bei völlig konzentrischer Lage des Stators io Null sein. Auf diese Weise
wird der Pumpenhub auf den kleinstmöglichen Wert geregelt, um innerhalb des gegebenen
Druckbereiches den erforderlichen Leistungsdruck zu erzeugen.
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Dies wird in folgender Weise erreicht.
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Wenn die Welle i und der Rotor 12 mit den Schaufeln rotieren., wird
Flüssigkeit in den Einlaßkanal io7 gesaugt und in den Auslaßkanal io8 unter Druck
gefördert und von da in die Auslaßöffnung io4. Aus dem Kanal io8 strömt Flüssigkeit
durch die Durchlässe i4o des Ventils iio in die Kanäle 21, 22 und die Bohrung 125
in den Raum 124. Wenn dieser gefüllt ist, herrscht in den verschiedenen Kanälen
der gleiche Druck wie an dem Auslaß io4. Infolgedessen wird der Stator io durch
die Feder 18 und den Flüssigkeitsdruck im Raum 124 in der Lage nach Fig. 2 gehalten,
bei der die Pumpe ihren vollen Hub hat.
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Wenn der Druck einen vorgesehenen Mindestwert überschreitet, wird
das Ventil i io gegen seine Feder i i i verschoben. Dabei bewegt sich die linksseitige
Kante der Nut 141 über die Mündung des Kanals 123, so daß Druckflüssigkeit in den
Raum 122 eintritt ' während die linksseitige Kante der Nut I_t2 Sich über
den Kanal 126 schiebt, so daß der Kanal 22 und der Raum 124 mit dem Auslaß
127 in Verbindung kommen. Während dieser Zeit beginnt die rechtsseitige Kante
der Nut 141 sich über den Kanal 21 zu verschieben, so daß die Verbindung des Kanals
22 mit dem Auslaßkanal io8 gedrosselt und schließlich abgeschnitten wird. Dadurch
wird der Druck auf den Stator io im Raum 124 verringert und im Raum 122 vergrößert
mit der Folge, daß der Stator io gegen die Feder 18 um einen Betrag verschoben wird,
der von der Höhe des Druckes über dem gewünschten Mindestwert abhängig ist. Das
führt zu einer entsprechenden Verringerung des effektiven Pumpenhubes. Wenn der
Druck über den Höchstwert ansteigt, wird Kanal :21 völlig abgesperrt, der Kanal
22 völlig entleert und der volle Druck durch den Kanal 123 auf den Stator
io übertragen. Infolgedessen wird dieser gegen seine Feder 18 auf seinen Sitz gedrückt
und der Hub der Pumpe auf den Kleinstwert vermindert.
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Während so diese verschiedenen Kanäle ge-
schlossen und geöffnet
werden, bewegt sich die Nut 142 über den Auslaßkanal 127 hinaus und schließt ihn
ab.
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Wenn darauf der Druck fällt, treten die umgekehrten Bewegungen ein,
und der effektive Pumpenhub nimmt entsprechend dem Druckabfall wieder zu. Auf diese
Weise ändert sich der Hub der Pumpe entsprechend dein Druck innerhalb des verlangten
Druckbereichs.
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Eine Reduzierung der Drücke für eine zusätzliche Leitung wird mittels
eines Ventils 120 (Fig. i) erreicht, das in eine Bohrung 103 des Ventilgehäuses
ioo eingebaut ist. Das Ventil hat eine Bohrung 133, die durch Querbohrungen
13,5
mit einer Nut 134 des Gehäuses in Verbindung steht, die mit Druckflüssigkeit
von einem Kanal 132 gespeist wird. Die Bohrung 133 ist Offen zu einem Raum 128,
aus dem Flüssigkeit durch einen Auslaß 136 in die zusätzliche Leitung gelangt. Der
Kanal
132 wird unmittelbar von der Pumpenkammer io8' (Fig. 2) abseits des Auslaßkanals
io8 mit Druckflüssigkeit gespeist. Der Kanal 132 ist jedoch zur Pumpenkammer io8'
nur offen, wenn der Stator io bereits uni einen gewissen Betrag, etwa ein Drittel
seiner möglichen Gesamtverschiebung, verschoben ist. Wenn der Druck über dein Ventil
i2o im Raum 128 einen gewissen Wert, z. B. :2 kg/cm2, übersteigt, so wird das Ventil
i:2o (S -
gegen seine Feder verschoben und die Nut 134 ab gesperrt. Auf diese
Weise können die Grenzdrücke in der zusätzlichen Leitung niedriger gehalten werden.
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Die Fig. 6 zeigt schematisch die Anwendung der vorstehend beschriebenen
Pumpe P bei einem Kraftübertragungsgetriebe für Motorfahrzeuge. Vom Motor
E wird durch die Welle i eine Flüssigkeitskupplung,4 in einem Gehäuse W angetrieben,
die durch ein Getriebe T mit der Antriebswelle 0
verbunden ist. Ein Servoventiliiiechanismus
V
regelt das Drehzahlverhältnis des Getriebes T in bekannter Weise. Die Pumpenwelle
i' kann an einer geeigneten Stelle an den Antrieb arigeschlossen werden.
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Die Auslaßdruckleitung 105 der Pumpe ist an den Servoventilmechanismus
V gelegt. Die zusätzliche Leitung 150 für reduzierte Drücke ist zwischen dem Kanal
136 (Fig. i) und dem Gehäuse W der Kupplung A angeschlossen, so daß
letztere mit Druckflüssigt:eit von dem gewünschten Druck, z. B. 2 kg/cm2, gefüllt
gehalten wird.
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Der Auslaßdruck der Pumpe P zur Regelung des Geschwindigkeitsverhältnisses
durch den Servomechanismus kann in Übereinstimmung mit den Bewegungen des Gasfußhebels
(nicht dargestellt) durch ein Gelenkgestänge geändert werden, das aus einer Stange
155, einer Vorrichtung D mit totem Gang, einer Stange 154, einem um Zapfen
153 drehbaren Hebel 152 und einem Kolben 151 besteht, dessen inneres Ende
mit der Stange 115 des Ventils i io in Berührung steht (Fig. i).
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Die Anordnung ist derart, daß ein Druck auf den Gasfußhebel oder eine
gleichwertige Vorrichtung zur Beschleunigung der Maschine eine linksgerichtete Bewegung
der Stange 155 - durch einen Pfeil angedeutet - hervorruft, was eine
rechtsgerichtete Bewegung des Plungerkolbens 151 und des Ventils i io zur Folge
hat. Dadurch wird augenblicklich der Pumpendruck und der ganze Druckbereich erhöht.
Auf diese Weise wird jede Veränderung in der Stellung des Gashebels jede von dem
Servomechanismus 17 verlangte Bedingung, z. B. Änderung des Übersetzungsverhältnisses
oder allein schon den Versuch einer solchen Änderung, erfüllen. Der Servolnechanismus
V könnte z. B. von zwei Faktoren abhängig sein, der Motordrehzahl z# und der Stellung
des Gasfußhebels.
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Der Pumpendruck könnte zur Betätigung von Kupplungen und Bremsen oder
beider Organe in Umlaufrädergetrieben dienen, und der dazu erforderliche Druck könnte
in Übereinstimmung mit der Stellung des Gasfußhebels so geändert werden, daß er
in Beziehung zu dem übertragenen Drehmonient steht. Die Gelenkstange 155 kann unmittelbar
an der Ventilstange 115 angreifen oder in der in Fig. 7
dargestellten
Weise, indem die Stange i 15 a. mit einer Scheibe 11:2 versehen wird,
gegen die sich die Feder i i i abstützt. Das Gehäuse io:2 der Feder ist durch die
Schraube iog geschlossen. Auf diese Weise erfolgt die Einwirkung des Gasfüßhebels
auf die Ventilstange i 15 über' die Feder i i i, anstatt unmittelbar.
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Die Bewegung des Ventils iio zur Regelung des Flüssigkeitsdruckes
kann gemäß Fig. 8 auch in folgender Weise erfolgen. In dem Gehäuse wird mittels
eines Stiftes 162 ein Zylinder 16o festgehalten, in den ein Pfropfen iog eingeschraubt
ist. Die Zylinderbohrung 161 enthält einen Schwebekolben 163 und ist über eine Bohrung
164 mit dem Saugkanal 107 in offener Verbindung. Der Schwebekolben wird über
eine Leitung 165 mit Druckflüssigkeit beaufschlaigt, deren Druck z. B. durch die
Stellung des Gasfußhebels bestimmt werden kann, und überträgt seine Bewegung auf
die Stange 115 des Ventils iio. Der Kolben könnte auch zur Einwirkung auf die Stange
i 15 über eine Scheibe 112 gemäß Fig. 7 gebracht werden. In diesem
Falle wird der Druck durch die Feder i i i übertragen.