EP1672215A2 - Hydraulische Kolbenmaschine - Google Patents
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- EP1672215A2 EP1672215A2 EP05024333A EP05024333A EP1672215A2 EP 1672215 A2 EP1672215 A2 EP 1672215A2 EP 05024333 A EP05024333 A EP 05024333A EP 05024333 A EP05024333 A EP 05024333A EP 1672215 A2 EP1672215 A2 EP 1672215A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
- F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
- F04B53/12—Valves; Arrangement of valves arranged in or on pistons
- F04B53/125—Reciprocating valves
- F04B53/129—Poppet valves
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B1/14—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
- F04B1/18—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having self-acting distribution members, i.e. actuated by working fluid
- F04B1/182—Check valves
Definitions
- the invention relates to a hydraulic piston engine according to the preamble of patent claim 1.
- Such hydraulic piston machines are designed for example as a radial or axial piston machine.
- a double swashplate machine in which a plurality of pistons are accommodated in a fixed drum, which are each guided in pairs in opposite directions in the drum.
- the axial displacement of the counter-rotating piston via two arranged on both sides of the drum swash plates, which are rotatably connected to a drive shaft.
- Each piston is supported via a sliding block on its associated swash plate, said piston and the piston are penetrated by a pressure equalization bore, is guided over the pressure medium to the sliding surface of the shoe, so that it is hydrostatically supported.
- the pressure medium supply and pressure fluid discharge takes place via suction and pressure valves, which are designed as a slide whose slide sleeves are guided on the outer circumference of the piston and in the cylinder.
- US Pat. No. 3,183,848 discloses a swash-plate pump in which the supply and removal of pressure medium is carried out by means of a slot control which has a comparatively complex structure.
- DE 27 16 888 C3 discloses a radial piston pump in which the pistons are arranged in the radial direction about an eccentric shaft. In this solution, the suction valves are integrated into the piston, but there is no hydrostatic bearing of the shoes.
- the invention has for its object to provide a hydraulic piston machine that is compact and easy to manufacture.
- the hydraulic piston engine has a multiplicity of pistons displaceably guided in a cylinder, each defining a working space.
- This is inventively formed by a capillary tube which is inserted into the piston.
- This capillary tube is less susceptible to dirt because it has no radial shoulders and, moreover, the diameter of the capillary tube is larger than that part of the prior art stepped bore over which the nozzle of the pressure compensating pressure fluid flow path is formed.
- the production of this piston is particularly simple, since only the receiving bore for the capillary tube must be made as a through hole and this is then inserted into the receiving bore.
- the suction valve is inserted into a space on the working space side end portion, so that the axial length is minimal.
- the closing body of the suction valve is preferably designed as a cone, which against a on Inner circumference of the piston formed valve seat is biased.
- the closing body of the suction valve is displaceably guided in the piston and along the capillary tube.
- the weight of the piston engine can be minimized if the pistons and also the suction valve closing bodies integrated in them are made of a wear-resistant plastic, for example PEEK.
- the capillary tube is preferably designed as a metal tube and is extended at its working-side end portion in the radial direction to a support portion on which a closing spring of the suction valve is supported.
- the radially expanded region can be formed, for example, by crimping.
- the piston foot via a sliding shoe on a helical or swash plate.
- the piston engine is designed as a double swashplate machine or Doppelschrägkolben-machine, so that the axial forces are balanced.
- the weight of the piston engine can be further reduced even if the closing body of the pressure valves are made of plastic.
- a double swashplate pump 1 is shown in longitudinal section.
- Such a pump 1 has a rotatably received in a housing 2 cylinder 4, which is traversed axially parallel with a plurality of lying on a common pitch cylinder bores 6. These open in each case in the end faces of the cylinder 4 and each receive two oppositely movable pistons 8, 10. These protrude with a piston foot 12, 14 out of the respective end face of the cylinder 4.
- the piston 12, 14 is spherical and carries a shoe 16, 18.
- the two swash plates 20, 22 are each arranged in a suction chamber 28, 30, which each open into a suction port 32, 34, which is connected to a tank or the like.
- a working space 36 is limited in the axial direction, which increases by the opposite piston movement during the suction stroke and reduced during the compression stroke.
- the pressurized pressure medium is conveyed in the illustrated embodiment via a respectively a working space 36 associated, arranged radially in the housing 4 pressure valve 38 and a pressure port 40 to the connected consumer.
- the pressure fluid connection between the working chamber 36 and the suction chamber 28, 30 is controlled via a respective suction valve 42, 44, the closing body - as explained in more detail below - in the associated piston 8, 10, is mounted.
- each working space two suction valves 42, 44 and a pressure valve 38 are assigned. As further shown in FIG.
- FIG 2 shows a schematic partial representation of the swash plate pump 1 of Figure 1 with the two recorded in a cylinder bore 6 piston 8, 10 the common pressure valve 38 and the two suction valves 42, 44, which are shown in its inner dead center, while Figure 1 shows a position just before the inner dead center shows.
- Each piston 8, 10 has an approximately cylindrical piston skirt 56, which merges via a constriction 58 in the spherical piston 14 (the pistons of the other side are identically constructed, so that a separate description is omitted). This is in ball-joint-like engagement with the associated shoe 18, which in turn rests with its sliding surface 60 on the end face of the swash plate 22.
- a pressure medium flow path 22 which opens on the one hand in the working space 36 and on the other hand in the sliding surface 60.
- This pressure compensating pressure medium flow path is usually provided with a nozzle to dampen the pressure fluctuations during the working cycle.
- this nozzle which is usually formed by an inner shoulder of the piston, is omitted and instead a continuous capillary tube 64 is used, which will be explained in more detail with reference to FIG.
- the pressure chamber 30 is connected via oblique bores 66 of the constriction area 58 to a space 68 surrounded by the cylindrical portion 56 of the piston 10.
- FIG. 3 shows an enlarged view of those area in which the valve control with the suction valves 42, 44 and the pressure valve 38 are received.
- a valve seat 70 is formed on the inner, the receiving space 36 facing annular end face of each piston 8, 10, against which a closing body 72 of the suction valve 42, 44 is biased with its closing cone.
- longitudinal grooves 76 are formed, via the pressure medium from the space 68 to the valve seat 70, can pass.
- the maximum outer circumference of the cylindrical part 74 of the closing body 72 corresponds to the diameter of the inner circumferential wall of the space 68, so that the closing body is slidably guided along the inner circumferential wall radially bounding the space 68.
- the closing cone of the closing body 72 extends somewhat into the working space 36, but the maximum outside diameter of the closing cone is chosen to be slightly smaller than the diameter of the cylinder bore 6, so that the closing body 72 can dip into the cylinder bore 6 during the suction stroke.
- the closing body 72 is biased with its closing cone by means of a closing spring 80 (see also FIG. 1), which is supported on a radially projecting abutment shoulder 82 of the capillary tube 64 and acts on an inner shoulder 84 of the closing body 72.
- the capillary tube 64 is made of metal, wherein the abutment shoulder 82 can be formed for example by crimping.
- this abutment shoulder 82 is selected so that it can dive into the axially limited by the inner shoulder 84 of the closing body 72 at the inner dead center ( Figure 3).
- the capillary tube 64 passes through the closing body, so that it is slidingly guided on the capillary tube 68 and also protects it against lateral buckling.
- the closing body 72 of the suction valves 42, 44, the piston 8, 10 and the sliding blocks 16, 18 are made of fiber-reinforced plastic, preferably carbon fiber reinforced PEEK. These components are preferably produced by injection molding, wherein the sliding blocks 16, 18 can be molded directly to the associated piston 8, 10. This is described in the parallel filed application of the applicant (title: piston arrangement).
- the valve body 86 of the common pressure valve 38 is made of plastic, so that the double swashplate pump 1 is designed with minimal weight and minimal moving masses.
- the suction valves 42, 44 are respectively disposed at the inner end portion of the working piston 8, 10, so that the dead volume is reduced compared to solutions in which the suction valves are provided in the region of the piston foot.
- the inner diameter of the capillary tubes 64 used is chosen so that the hydrostatic support of the sliding shoes 18 is ensured during the suction and compression stroke.
- the constant capillary diameter and the smooth walls of the capillary tube 64 provide no attachment surfaces for contamination of the pressure medium, so that this pressure fluid flow path 62 is always open. In the conventional solutions, soiling can attach relatively easily to the necessary for the formation of the nozzle inner stages.
- the capillary tube 64 terminates in a funnel-shaped extension 87 of the pressure medium flow path 92.
- This extension 87 is required to maintain the pressure medium connection to the sliding surface 60 during the relative pivoting between the slide shoe 18 and the piston 10 shown in FIG.
- the capillary tube 64 has according to the above embodiments, a dual function, on the one hand it forms the pressure fluid flow path 62 and has a throttling effect to compensate for pressure fluctuations, on the other hand it acts as Ventilhubbegrenzung for the closing body 72, which then with its inner shoulder 84 on the abutment shoulder 82 on inner end of the capillary tube 68 runs and thus can not be moved axially.
- the pressure valve 38 is arranged in a radially extending through the housing 2 and the cylinder 4 pressure channel 88. This has a radial shoulder, which forms a valve seat 90, against which the plate-shaped valve body 86 is biased by a closing spring assembly 92 so that a return flow from a common pressure port to the working space 36 is prevented.
- a closing spring assembly 92 The construction of such plate-shaped valves is known, so that further explanations are unnecessary.
- valve control over the conventional constructions with a control plate is that the volumetric efficiency can be improved by eliminating the end control plates and the concomitant reduction of leakage losses. Furthermore, the friction forces are reduced by eliminating the control plate.
- the relatively soft switching valve elements allow noise reduction and minimizing the dead volume.
- the above double swashplate pump 1 can be operated without conversion in both directions of rotation, wherein the inventive design with pistons made of plastic 8, 10, valve body 86 and closing body 72 and sliding shoes 16, 18 Die Making the pump simplified, since these components virtually no reworking is required.
- FIG. 4 shows a variant of the concept explained with reference to FIGS. 1 to 3.
- the working space is subdivided by a thrust washer 94 inserted into the cylinder into two sub-work spaces 36a, 36b, to each of which a pressure valve 38a, 38b is assigned.
- Each pressure valve 38a, 38b has a valve body 86a, 86b biased against valve seats 90a, 90b by a common closing spring assembly 92.
- the pressure channel 88 then extends as in the above-described embodiment in the radial direction through the cylinder 4 and the housing 2 through to the common pressure port.
- each piston 8, 10 is assigned its own working space 36a, 36b and that the corresponding pressure valves 38a, 38b open not in the radial direction but in the axial direction.
- the high-pressure valves of the above-described solutions can be switched out of phase by suitable design in order to achieve a minimization of the pressure pulsation.
- FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which the working machine is designed as a single-disc tumbling pump, wherein only the pistons 10 are guided axially displaceably in the cylinder 4 and rest against the single swash plate 22 via the sliding shoes 18.
- the housing 2 is one-sided with compressive forces acted, advantage is, however, that the pump 1 builds shorter in the axial direction.
- the valve control is designed as in the illustrated in Figure 4 embodiment. Accordingly, the suction valves 44 are integrated into the respective pistons 10, the pressure chamber 38 connecting the working chamber 36 with the radial pressure channel 88 is arranged in the axial direction, the closing spring arrangement 92 being supported on the housing 2.
- the exemplary embodiment according to FIG. 5 reference is made to the exemplary embodiments described above.
- a hydraulic piston engine in particular a Doppelaumelinnpumpe, with a plurality of pistons, which are guided displaceably in a cylinder, and each defining a working space in the pressure medium via a suction valve can be supplied and discharged from the pressure medium via a pressure valve.
- the piston is penetrated by a pressure-compensating pressure medium flow path, which is formed according to the invention by a capillary tube inserted into the piston.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Derartige hydraulische Kolbenmaschinen sind beispielsweise als Radial- oder Axialkolbenmaschine ausgebildet. In der EP 0 742 870 B1 ist eine Doppeltaumelscheibenmaschine gezeigt, bei der in einer feststehenden Trommel eine Vielzahl von Kolben aufgenommen sind, die jeweils paarweise gegenläufig in der Trommel geführt sind. Die Axialverschiebung der gegenläufigen Kolben erfolgt über zwei beidseitig der Trommel angeordnete Taumelscheiben, die drehfest mit einer Antriebswelle verbunden sind. Jeder Kolben ist über einen Gleitschuh an der ihm zugeordneten Taumelscheibe abgestützt, wobei dieser und der Kolben von einer Druckausgleichsbohrung durchsetzt sind, über die Druckmittel zur Gleitfläche des Gleitschuhs geführt ist, so dass dieser hydrostatisch abgestützt wird. Bei der bekannten Lösung erfolgt die Druckmittelzufuhr und Druckmittelabfuhr über Saug- und Druckventile, die als Schieber ausgeführt sind, deren Schieberhülsen am Aussenumfang der Kolben und im Zylinder geführt sind.
- Eine derartige Ventilkonstruktion ist äußerst aufwendig, wobei insbesondere die Umsteuerung zwischen Niederdruck und Hochdruck in jedem Arbeitsraum eine präzise Abstimmung der Schieber erfordert.
- In der US 3,514,223 ist eine Axialkolbenpumpe gezeigt, bei der der die Kolben aufnehmende Zylinder über eine Antriebswelle angetrieben wird. Die Kolben sind über Gleitschuhe an einer feststehenden Schrägscheibe abgestützt. Bei dieser bekannten Lösung erfolgt die Druckmittelzufuhr zu den Arbeitsräumen jeweils durch ein im Kolben aufgenommenes Saugventil. Ein Druckausgleich wie bei der vorbeschriebenen Lösung ist nicht vorgesehen.
- In der US 3,183,848 ist eine Taumelscheibenpumpe offenbart, bei der die Druckmittelzufuhr und -abfuhr mittels einer Schlitzsteuerung durchgeführt wird, die einen vergleichsweise komplexen Aufbau hat.
- Die DE 27 16 888 C3 offenbart eine Radialkolbenpumpe, bei der die Kolben in Radialrichtung um eine Exzenterwelle angeordnet sind. Bei dieser Lösung sind die Saugventile in die Kolben integriert, es erfolgt jedoch keine hydrostatische Lagerung der Gleitschuhe.
- In der US-5, 354, 181 ist eine gattungsgemäße Kolbenmaschine offenbart, die als Axialkolbenpumpe mit Taumelscheibe ausgeführt ist. Bei dieser bekannten Konstruktion sind die Saugventile an dem den Arbeitsräumen zugewandten Endabschnitten der Kolben angeordnet. Der Druckausgleich erfolgt über eine Drosselbohrung, die den Kolben durchsetzt und die eine Druckmittelverbindung vom Arbeitsraum zu der an der Taumelscheibe anliegenden Gleitfläche des jeweiligen Gleitschuhs herstellt. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Fertigung der Kolben sehr aufwendig ist, da diese mit einer Vielzahl von Innenbohrungen ausgeführt sind und des Weiteren zur Führung des Schließkörpers des Saugventils ein radial zurückgesetzter Kolbenvorsprung ausgebildet werden muss. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, dass dieser Axialvorsprung mit dem daran geführten Schließkörper immer axial in den Arbeitsraum eintaucht und entsprechend die Baulänge der Pumpe vergrößert.
- Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Kolbenmaschine zu schaffen, die kompakt baut und auf einfache Weise herstellbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Kolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß hat die hydraulische Kolbenmaschine eine Vielzahl von in einem Zylinder verschiebbar geführten Kolben, die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen. Die Druckmittelzufuhr während des Saughubs erfolgt über ein in den Kolben integriertes Saugventil, wobei ein Druckausgleich oder eine hydrostatische Abstützung der Kolben über einen Druckausgleichs-Druckmittelströmungspfad erfolgt. Dieser ist erfindungsgemäß durch ein Kapillarrohr ausgebildet, das in den Kolben eingesetzt ist. Durch Verwendung eines derartigen Kapillarrohrs mit gleichbleibendem Kapillardurchmesser entfällt die Notwendigkeit, eine Düsenbohrung wie beim eingangs genannten Stand der Technik auszubilden. Dieses Kapillarrohr ist weniger schmutzempfindlich, da es keine Radialschultern aufweist und darüber hinaus der Durchmesser des Kapillarrohrs größer ist als derjenige Teil der beim Stand der Technik vorgesehenen Stufenbohrung, über den die Düse des Druckausgleichs-Druckmittelströmungspfads ausgebildet ist. Die Herstellung dieses Kolbens ist besonders einfach, da nur die Aufnahmebohrung für das Kapillarrohr als Durchgangsbohrung hergestellt werden muss und dieses dann in die Aufnahmebohrung eingesetzt wird.
- Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn das Saugventil in einen Raum am arbeitsraumseitigen Endabschnitt eingesetzt ist, so dass die Axiallänge minimal ist. Dabei wird der Schließkörper des Saugventils vorzugsweise als Kegel ausgebildet, der gegen einen am Innenumfang des Kolbens ausgebildeten Ventilsitz vorgespannt ist.
- Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Schließkörper des Saugventils im Kolben und entlang des Kapillarrohrs verschiebbar geführt.
- Das Gewicht der Kolbenmaschine lässt sich minimieren, wenn die Kolben und auch die in diesen integrierten Saugventilschließkörper aus einem verschleißfestem Kunststoff, beispielsweise PEEK hergestellt sind.
- Das Kapillarrohr wird vorzugsweise als Metallrohr ausgeführt und ist an seinem arbeitsraumseitigen Endabschnitt in Radialrichtung zu einem Stützabschnitt erweitert, an dem eine Schließfeder des Saugventils abgestützt ist. Der radial erweiterte Bereich kann beispielsweise durch Bördeln ausgebildet werden.
- Es wird bevorzugt, den Kolbenfuß über einen Gleitschuh an einer Schräg- oder Taumelscheibe abzustützen. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kolbenmaschine als Doppeltaumelscheibenmaschine oder Doppelschrägkolben-maschine ausgebildet, so dass die Axialkräfte ausgeglichen sind.
- Das Gewicht der Kolbenmaschine lässt sich weiter verringern wenn auch die Schließkörper der Druckventile aus Kunststoff gefertigt sind.
- Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1 einen Längsschnitt durch eine ventilgesteuerte Doppeltaumelmaschine;
- Figur 2 eine Schemadarstellung der Doppeltaumelmaschine aus Figur 1 zur Erläuterung des Funktionsprinzips;
- Figur 3 eine Detaildarstellung einer Ventilsteuerung aus Fig. 2;
- Figur 4 eine Variante einer Doppeltaumelscheibenmaschine und
- Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer Einfachtaumelscheibenmaschine.
- In Figur 1 ist eine Doppeltaumelscheibenpumpe 1 im Längsschnitt dargestellt. Eine derartige Pumpe 1 hat einen drehfest in einem Gehäuse 2 aufgenommenen Zylinder 4, der achsparallel mit einer Vielzahl von auf einem gemeinsamen Teilkreis liegenden Zylinderbohrungen 6 durchsetzt ist. Diese münden jeweils in den Stirnflächen des Zylinders 4 und nehmen jeweils zwei gegenläufig bewegbare Kolben 8, 10 auf. Diese ragen mit einem Kolbenfuß 12, 14 aus der jeweiligen Stirnfläche des Zylinders 4 heraus. Der Kolbenfuß 12, 14 ist kugelig ausgebildet und trägt einen Gleitschuh 16, 18. Über diese Gleitschuhe 16 sind die in Figur 1 aus der rechten Stirnfläche des Zylinders 4 vorstehenden Kolben 10 an einer ersten Taumelscheibe 20 und über die Gleitschuhe 18 die aus der linken Stirnfläche (senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1) vorstehenden Kolben 8 an einer zweiten Taumelscheibe 22 abgestützt. Diese Taumelscheiben 20, 22 sind drehfest mit einer Antriebswelle 24 der Taumelscheibenpumpe 1 verbunden, die über eine Axial-/Radiallagerung 26 im Gehäuse 2 gelagert ist. Bei einer derartigen Konstruktion mit symmetrisch angeordneten Taumelscheiben 20, 22 werden die auftretenden Axialkräfte symmetrisch in die Welle eingeleitet und von dieser getragen, so dass das Gehäuse und die Lagerung der beweglichen Teile entlastet sind und somit kleiner ausgelegt werden können als es bei einer einfachen Taumelscheibenpumpe mit nur einer Taumelscheibe der Fall ist.
- Die beiden Taumelscheiben 20, 22 sind jeweils in einem Saugraum 28, 30 angeordnet, die jeweils in einem Sauganschluss 32, 34 münden, der mit einem Tank oder dergleichen verbunden ist.
- Von den einander zuweisenden Endabschnitten der jeweils in einer Zylinderbohrung 6 aufgenommenen Kolben 8, 10 wird ein Arbeitsraum 36 in Axialrichtung begrenzt, der sich durch die gegenläufige Kolbenbewegung während des Saughubs vergrößert und während des Druckhubs verkleinert. Das mit Druck beaufschlagte Druckmittel wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein jeweils einem Arbeitsraum 36 zugeordnetes, radial im Gehäuse 4 angeordnetes Druckventil 38 und einen Druckanschluss 40 zum angeschlossenen Verbraucher gefördert. Die Druckmittelverbindung zwischen dem Arbeitsraum 36 und dem Saugraum 28, 30 wird über jeweils ein Saugventil 42, 44 gesteuert, dessen Schließkörper - wie im Folgenden noch näher ausgeführt - im zugeordneten Kolben 8, 10, gelagert ist. D. h., bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedem Arbeitsraum zwei Saugventile 42, 44 und ein Druckventil 38 zugeordnet. Wie des Weiteren Figur 1 entnehmbar ist, werden die an jeder Taumelscheibe 20, 22 anliegenden Gleitschuhe 12 über eine Rückzugplatte 46, 48 relativ zueinander positioniert. Diese Rückzugplatten 46, 48 sind an einem Gegenhaltelager 50, 52 abgestützt, das über eine mittige Spannvorrichtung 54 in Richtung auf die jeweils benachbarte Taumelplatte 20, 22 vorgespannt ist, so dass die Gleitschuhe 16, 18 während des Saughubs nicht von der zugeordneten Taumelscheibe 20, 22 abheben.
- Figur 2 zeigt eine schematisierte Teildarstellung der Taumelscheibenpumpe 1 aus Figur 1 mit den beiden in einer Zylinderbohrung 6 aufgenommenen Kolben 8, 10 dem gemeinsamen Druckventil 38 und den beiden Saugventilen 42, 44, wobei diese in ihrem inneren Totpunkt dargestellt sind, während Figur 1 eine Position kurz vor dem inneren Totpunkt zeigt. Jeder Kolben 8, 10 hat einen etwa zylinderförmigen Kolbenmantel 56, der über eine Einschnürung 58 in den kugelförmigen Kolbenfuß 14 übergeht (die Kolben der anderen Seite sind identisch aufgebaut, so dass auf eine eigene Beschreibung verzichtet wird). Dieser steht in kugelgelenkartigem Eingriff mit dem zugeordneten Gleitschuh 18, der seinerseits mit seiner Gleitfläche 60 an der Stirnfläche der Taumelscheibe 22 anliegt. Zur Verringerung der Reibung und zur hydrostatischen Abstützung der Gleitschuhe 18 sind der Kolben 10 und der Gleitschuh 18 von einem Druckmittelströmungspfad 22 durchsetzt, der einerseits im Arbeitsraum 36 und andererseits in der Gleitfläche 60 mündet. Dieser Druckausgleichs-Druckmittelströmungspfad ist üblicherweise mit einer Düse versehen, um die Druckschwankungen während des Arbeitszyklus zu dämpfen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf diese üblicherweise durch eine Innenschulter des Kolbens ausgebildete Düse verzichtet und statt dessen ein durchgehendes Kapillarrohr 64 eingesetzt, das anhand von Figur 3 noch näher erläutert wird. Wie des Weiteren Figur 2 entnommen werden kann, ist der Druckraum 30 über Schrägbohrungen 66 des Einschnürungsbereichs 58 mit einem vom zylindrischen Abschnitt 56 des Kolbens 10 umgriffenen Raum 68 verbunden.
- Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung denjenigen Bereich, in dem die Ventilsteuerung mit den Saugventilen 42, 44 und dem Druckventil 38 aufgenommen sind. Demgemäß ist an der inneren, dem Aufnahmeraum 36 zugewandten Ringstirnfläche jedes Kolbens 8, 10 ein Ventilsitz 70 ausgebildet, gegen den ein Schließkörper 72 des Saugventils 42, 44 mit seinem Schließkegel vorgespannt ist. Entlang dem sich an den Schließkegel anschließenden zylindrischen Teil 74 des Schließkörpers 72 sind Längsnuten 76 ausgebildet, über die Druckmittel vom Raum 68 zum Ventilsitz 70,gelangen kann. Der maximale Aussenumfang des zylindrischen Teils 74 des Schließkörpers 72 entspricht dem Durchmesser der Innenumfangswandung des Raums 68, so dass der Schließkörper gleitend entlang der den Raum 68 radial begrenzenden Innenumfangswandung geführt ist. Der Schließkegel des Schließkörpers 72 erstreckt sich etwas in den Arbeitsraum 36 hinein, der maximale Aussendurchmesser des Schließkegels ist jedoch etwas kleiner als der Durchmesser der Zylinderbohrung 6 gewählt, so dass der Schließkörper 72 während des Saughubs in die Zylinderbohrung 6 eintauchen kann. Der Schließkörper 72 ist mit seinem Schließkegel mittels einer Schließfeder 80 (siehe auch Figur 1) vorgespannt, die an einer radial vorspringenden Anlageschulter 82 des Kapillarrohrs 64 abgestützt ist und an einer Innenschulter 84 des Schließkörpers 72 angreift. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kapillarrohr 64 aus Metall hergestellt, wobei die Anlageschulter 82 beispielsweise durch Bördeln ausgebildet werden kann. Der Aussendurchmesser dieser Anlageschulter 82 ist so gewählt, dass diese im inneren Totpunkt (Figur 3) in den von der Innenschulter 84 axial begrenzten Bereich des Schließkörpers 72 eintauchen kann. Wie des Weiteren aus Figur 3 hervorgeht, durchsetzt das Kapillarrohr 64 den Schließkörper, so dass dieser gleitend auf dem Kapillarrohr 68 geführt ist und dieses auch gegen seitliches Ausknicken schützt. Eine Besonderheit der beschriebenen Lösung besteht darin, dass die Schließkörper 72 der Saugventile 42, 44, die Kolben 8, 10 und auch die Gleitschuhe 16, 18 aus faserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise kohlefaserverstärktem PEEK hergestellt sind. Diese Bauelemente werden vorzugsweise durch Spritzgießen hergestellt, wobei die Gleitschuhe 16, 18 direkt an den zugeordneten Kolben 8, 10 angespritzt werden können. Dies ist in der parallel hinterlegten Anmeldung der Anmelderin beschrieben (Titel: Kolbenanordnung). Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, ist auch der Ventilkörper 86 des gemeinsamen Druckventils 38 aus Kunststoff hergestellt, so dass die Doppeltaumelscheibenpumpe 1 mit minimalem Gewicht und minimalen bewegten Massen ausgeführt ist.
- Wie vorstehend erläutert, sind die Saugventile 42, 44 jeweils am innenliegenden Endabschnitt der Arbeitskolben 8, 10 angeordnet, so dass das Totvolumen gegenüber Lösungen verringert ist, bei denen die Saugventile im Bereich des Kolbenfußes vorgesehen sind. Der Innendurchmesser der verwendeten Kapillarrohre 64 ist so gewählt, dass die hydrostatische Abstützung der Gleitschuhe 18 während des Saug- und Druckhubes gewährleistet ist. Der gleichbleibende Kapillardurchmesser und die glatten Wandungen des Kapillarrohrs 64 bieten keine Anlagerungsflächen für Verschmutzungen des Druckmittels, so dass dieser Druckmittelströmungspfad 62 stets geöffnet ist. Bei den herkömmlichen Lösungen können sich Verschmutzungen relativ einfach an den für die Ausbildung der Düse notwendigen Innenstufen anlagern.
- Wie in Figur 3 links dargestellt, endet das Kapillarrohr 64 in einer trichterförmigen Erweiterung 87 des Druckmittelströmungspfads 92. Diese Erweiterung 87 ist erforderlich, um die Druckmittelverbindung zur Gleitfläche 60 auch während der in Figur 2 dargestellten Relativverschwenkung zwischen Gleitschuh 18 und Kolben 10 aufrechtzuerhalten.
- Das Kapillarrohr 64 hat gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen eine Doppelfunktion, zum Einen bildet es den Druckmittelströmungspfad 62 aus und hat eine Drosselwirkung zum Ausgleich der Druckschwankungen, zum Anderen wirkt es als Ventilhubbegrenzung für den Schließkörper 72, der dann mit seiner Innenschulter 84 auf die Anlageschulter 82 am inneren Ende des Kapillarrohrs 68 aufläuft und somit nicht weiter axialverschoben werden kann.
- Das Druckventil 38 ist in einem sich radial durch Gehäuse 2 und den Zylinder 4 erstreckenden Druckkanal 88 angeordnet. Dieser hat eine Radialschulter, die einen Ventilsitz 90 ausbildet, gegen den der plattenförmige ventilkörper 86 mittels einer Schließfederanordnung 92 so vorgespannt ist, dass eine Rückströmung von einem gemeinsamen Druckanschluss zum Arbeitsraum 36 verhindert wird. Der Aufbau derartiger plattenförmiger Ventile ist bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
- Der Vorteil der vorbeschriebenen Ventilsteuerung liegt gegenüber den herkömmlichen Konstruktionen mit einer Steuerplatte darin, dass der volumetrische Wirkungsgrad durch den Wegfall der stirnseitigen Steuerplatten und der damit einhergehenden Verringerung der Leckageverluste verbessert werden kann. Des Weiteren werden durch den Wegfall der Steuerplatte die Reibungskräfte verringert. Die relativ weich schaltenden Ventilelemente ermöglichen eine Geräuschreduzierung und eine Minimierung des Totvolumens. Die vorbeschriebene Doppeltaumelscheibenpumpe 1 kann ohne Umbau in beiden Drehrichtungen betrieben werden, wobei die erfindungsgemäße Ausführung mit aus Kunststoff hergestellten Kolben 8, 10, Ventilkörper 86 und Schließkörper 72 sowie Gleitschuhen 16, 18 Die Herstellung der Pumpe vereinfacht, da für diese Bauelemente praktisch keine Nachbearbeitung erforderlich ist.
- Figur 4 zeigt eine Variante des anhand der Figuren 1 bis 3 erläuterten Konzepts. Im Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Arbeitsraum durch eine in den Zylinder eingesetzte Druckscheibe 94 in zwei Teilarbeitsräume 36a, 36b unterteilt, denen jeweils ein Druckventil 38a, 38b zugeordnet ist. Jedes Druckventil 38a, 38b hat einen Ventilkörper 86a, 86b, die mittels einer gemeinsamen Schließfederanordnung 92 gegen Ventilsitze 90a, 90b vorgespannt sind.
- Der Druckkanal 88 erstreckt sich dann wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel in Radialrichtung durch den Zylinder 4 und das Gehäuse 2 hindurch zum gemeinsamen Druckanschluss.
- D. h., das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im Wesentlichen darin, dass jedem Kolben 8, 10 ein eigener Arbeitsraum 36a, 36b zugeordnet ist und dass die entsprechenden Druckventile 38a, 38b nicht in Radialrichtung sondern in Axialrichtung öffnen.
- Die Hochdruckventile der vorbeschriebenen Lösungen können durch geeignete Auslegung phasenversetzt geschaltet werden, um eine Minimierung der Druckpulsation zu erzielen.
- Figur 5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Arbeitsmaschine als Einscheibentaumelpumpe ausgeführt ist, wobei im Zylinder 4 nur die Kolben 10 axialverschiebbar geführt sind und über die Gleitschuhe 18 an der einzigen Taumelscheibe 22 anliegen. Bei einer derartigen Lösung wird das Gehäuse 2 einseitig mit Druckkräften beaufschlagt, Vorteil ist jedoch, dass die Pumpe 1 in Axialrichtung kürzer baut.
- Die Ventilsteuerung ist wie beim in Figur 4 erläuterten Ausführungsbeispiel ausgelegt. Demzufolge sind die Saugventile 44 in die jeweiligen Kolben 10 integriert, das den Arbeitsraum 36 mit dem radialen Druckkanal 88 verbindende Druckventil 38 ist in Axialrichtung angeordnet, wobei die Schließfederanordnung 92 am Gehäuse 2 abgestützt ist. Hinsichtlich weiterer Details zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sei auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
- Offenbart ist eine hydraulische Kolbenmaschine, insbesondere eine Doppeltaumelscheibenpumpe, mit einer Vielzahl von Kolben, die in einem Zylinder verschiebbar geführt sind, und die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen, in den Druckmittel über ein Saugventil zuführbar und aus dem Druckmittel über ein Druckventil abführbar ist. Der Kolben ist von einem Druckausgleichs-Druckmittelströmungspfad durchsetzt, der erfindungsgemäß durch ein in den Kolben eingesetztes Kapillarrohr gebildet ist.
-
- 1
- Doppeltaumelscheibenpumpe
- 2
- Gehäuse
- 4
- Zylinder
- 6
- Zylinderbohrung
- 8
- Kolben
- 10
- Kolben
- 12
- Kolbenfuß
- 14
- Kolbenfuß
- 16
- Gleitschuh
- 18
- Gleitschuh
- 20
- 1. Taumelscheibe
- 22
- 2. Taumelscheibe
- 24
- Antriebswelle
- 26
- Lagerung
- 28
- Saugraum
- 30
- Saugraum
- 32
- Sauganschluss
- 34
- Sauganschluss
- 36
- Arbeitsraum
- 38
- Druckanschluss
- 42
- Saugventil
- 44
- Saugventil
- 46
- Rückzugplatte
- 48
- Rückzugplatte
- 50
- Gegenhaltelager
- 54
- Spannvorrichtung
- 56
- zylindrischer Abschnitt
- 58
- Einschnürung
- 60
- Gleitfläche
- 62
- Druckmittelströmungspfad
- 64
- Kapillarrohr
- 66
- Schrägbohrung
- 68
- Raum
- 70
- Ventilsitz
- 72
- Schließkörper
- 74
- zylindrischer Teil
- 76
- Längsnut
- 78
- Innenumfangswandung
- 80
- Schließfeder
- 82
- Anlageschulter
- 84
- Innenschulter
- 86
- Ventilkörper
- 87
- Erweiterung
- 88
- Druckkanal
- 90
- Ventilsitz
- 92
- Schließfederanordnung
- 94
- Druckscheibe
Claims (12)
- Hydraulische Kolbenmaschine mit einer Vielzahl von Kolben (8,10), die in einem Zylinder (4) verschiebbar geführt sind und die jeweils einen Arbeitsraum (36) begrenzen, in den Druckmittel über ein am Kolben (8, 10) angeordnetes Saugventil (42, 44) zuführbar und aus dem Druckmittel über ein Druckventil (38) abführbar ist, wobei der Kolben (8, 10) von einem Druckausgleichs-Druckmittelströmungspfad (62) durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelströmungspfad (62) zumindest abschnittsweise durch ein in den Kolben (8, 10) eingesetztes Kapillarrohr (64) begrenzt ist.
- Kolbenmaschine nach Patentanspruch 1, wobei das Saugventil (42, 44) in einen Raum (68) eines arbeitsraumseitigen Endabschnitts des Kolbens (8, 10) eingesetzt ist.
- Kolbenmaschine nach Patentanspruch 2, wobei ein Kegel eines Schließkörpers (72) des Saugventils (42, 44) an einem am Innenumfang des Kolbens (8, 10) ausgebildeten Ventilsitz (70) abgestützt ist.
- Kolbenmaschine nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei der Schließkörper (72) im Kolben (8, 10) und/oder am Kapillarrohr (64) geführt ist.
- Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Schließkörper (72) und der Kolben (8, 10) aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.
- Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Kapillarrohr (64) aus Metall hergestellt ist.
- Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Schließfeder (80) des Saugventils (42, 44) am Kapillarrohr (64) abgestützt ist.
- Kolbenmaschine nach Patentanspruch 7, wobei die Schließfeder (80) an einem radial erweiterten Bereich (80) des Kapillarrohrs (64) abgestützt ist.
- Kolbenmaschine nach Patentanspruch 8, wobei der erweiterte Bereich (80) durch Bördeln ausgebildet ist.
- Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Kolbenfuß (12, 14) über einen Gleitschuh (16, 18) an einer Schräg- oder Taumelscheibe (20, 22) abgestützt ist.
- Kolbenmaschine nach Patentanspruch (10), wobei im Zylinder (4) gegenläufig angeordnete Kolben (8, 10) aufgenommen sind, denen zwei beidseitig des Zylinders 4 angeordnete Schräg- oder Taumelscheiben (20, 22) zugeordnet sind.
- Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Druckventil (38) im Zylinder (4) oder Gehäuse (2) der Maschine angeordnet ist, wobei dessen Ventilkörper (86) ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.
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