SE417354B - Axialkolvpump - Google Patents

Description

l0 l5 Zö 25 30 35 40 7901 669-'7 2 Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en ny typ av axialkolvpump, företrädesvis för hydraulsystem, vid vilken varje rundpumpning av hydraulfluidet kan elimineras sam- tidigt som samma funktionsberedskap erhålles som vid kända sys- tem. Ett ytterligare viktigt syfte med uppfinningen är att åstadkomma en sådan pump vid vilken fluidumvolymen kan regleras i förhållande till belastning och uttag från pumpen för att eliminera de ofördelaktiga effekterna som beskrivits ovan.

Dessa syften uppnås genom att axialkolvpumpen enligt upp- finningen erhållit de i de följande patentkraven angivna känne- tecknen.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare i samband med föredragna utföringsexempel av densamma.

Figur l visar en axialkolvpump enligt uppfinningen in- kopplad i en krets för styrning av en cylinder. Figur 2 visar 'schematiskt en vy underifrån av pumpens ventil- eller fördelar- platta i förhållande till pumphusets portplatta, i huvudsak efter linjen II-II i figur l. Figurerna 3 och 4 visar vyer motsvarande figur 2 med fördelarplattan i andra lägen. Figur 5 visar ett utföringsexempel av en servomekanism för styrning av pumpen enligt uppfinningen. Fig 6 och 7ivisar ännu en utföringsform.

Den i figur l visade pumpen innefattar ett schematiskt visat hus l0, i vilket är lagrat en drivaxel l2 med drivaxel- fläns 14, vilken drivaxel l2 pâverkas av en icke visad driv- motor. I huset är lagrat ett cylinderblock 16 innehållande minst en cylinder l8 i vilken en kolv 20 är rörlig fram och åter. Kol- varna 20 är på vanligt sätt lagrade i drivaxelflänsen 14 exem- pelvis medelst kulformade lagringar (ej visade) så att cylinder- blocket roterar med drivflänsen. Cylinderblocket l6 kan ställas i vinkel i förhållande till drivaxelns fläns l4, varigenom kolvarna vid cylinderblockets l6 rotation får en fram- och åter- gående rörelse i cylindrarna, vars slaglängd blir beroende av vinkeln mellan drivaxeln l2 och cylinderblocket 16. Ovanför cylinderblocket är anordnad en ventil- eller fördelarplatta 22 som är försedd med spår 24, 26 (figur 2-4), varvid de kolvar som rör sig utåt via ett av spåren 24, 26 förenas med en inlopps- eller sugport i huset och de kolvar som är pâ väg in i loppen via det andra spåret 24, 26 står i förbindelse med en utlopps- eller tryckport i pumphuset l0. Utlopps- eller tryckporten och inlopps- eller sugporten är markerade med A och B i figurerna. 10 15 20 25 35 40 3 Den beskrivna pumpen enligt uppfinningen har varierbart eller ställbart deplacement, dvs. vinkeln mellan drivaxelflänsen och cylinderblocket kan varieras från 0 till ca 25 graders utslag åt vardera hållet från det i figur l visade neutralläget där vinkeln är O. Vinkeln varieras sålunda i det visade utförings- exemplet genom att cylinderblocket l6 och fördelarplattan 22 förställes åt vänster eller höger i den visade figuren runt vridpunkten x. Fördelarplattan 22 är stillastående och deltar sålunda ej i cylinderblockets l6 rotation.

Enligt uppfinningen är utanför fördelarplattan 22 anord- nad en stationär portplatta 28 i vilken inlopps- och utloppspor- tarna A, B är upptagna. Pprtplattan 28 är fast med pumphuset l0 och deltager sålunda ej i vinkelinställningen av cylinderblocket l6 och fördelarplattan 22. Av figur 2 framgår portarnas place- ring då fördelarskivan 22 befinner sig i pumpens neutralläge med vinkeln 0, dvs. det i figur l visade läget. Husets l0 sektoryta vid pumpens överdel är omgiven av en fläns 30 med vilken port- plattan 28 är fäst till pumphuset. Fördelaren 22 som tätt löper mot husets l0 sektoryta innehåller, såsom beskrivits tidigare, ventilöppningarna 24, 26 och runt dessa ventilöppningar är mar- kerat cylinderblockets l6 sektoryta i form av en ring. Vidare är visat schematiskt portöppningar 32 för tilloppsoljan till cylin- derblocket l6 samt portarna A, B, av vilka för den fortsatta beskrivningen porten A benämnes inloppsport och porten B utlopps- port. Portförhâllandet är naturligtvis omvänt vid ändrad rota- tionsriktning, dvs. porten B blir inloppsport och porten A ut- loppsport. Det framgår av figur 2 att inget fluidum, såsom olja vid neutralläget tillföres portarna A, B från cylindrarna l8 i cylinderblocket l6. Däremot kvarlämnar fördelarplattan 22 såväl i porten A som porten B en spalt 34, vars funktion beskrivas närmare i det följande. Av figuren 2 framgår vidare att tillopps- portarna 32 är framdragna närmare cylinderblockets 16 centrum- linje resp. ventilöppningarna 24, 26 än utloppsporten 34 för att inte alltför liten öppning hos tilloppsporten 32 skall erhålles då pumpningen påbörjas, vilket kan ge upphov till kavitation.

Då pumpningen påbörjas, såsom framgår av figur 3. insuges fluidum från tilloppet 32 i ventilöppningen 26 via den med ventilöpp- ningen 26 sammanfallande delen 32a av tilloppet 32, därigenom att kolvarna i de cylindrar som passerar under ventilöppningen 26 i ventilblocket l6 rör sig inåt i cylindrarna l8 och suger in 7901669-'7 s ' 7901669-7 4 l0 l5 20 25 30 35 40 “fluidet från tilloppet«32. Vid fortsatt rotätiön'äv"êyTinderï' ““ blocket l6 kommer de fluidumfyllda cylindrarna l8 att vid passa- gen förbi ventilöppningen 24 pumpa ut fluidet via den frilagda delen B' av utloppsporten B_till ledningen 40 i figur l. Retur- flödet från manöverkretsen strömmar via ledningen 42 åter till den vid sidan av manöverplattan 22 frilagda delen A' av porten A (figur 3), Figur 4 visar motsvarande läge vid maximal pump- volym till utloppsporten B, dvs. när cylinderblocket l6 har ut- vinklats så långt åt höger i figur l som är möjligt, vanligtvis omkring 25° relativt drivaxelflänsens l4 centrumlinje. Som fram- går av figur 4 sammanfaller nu tilloppet 32 med ventilöppningen 26 och utloppsporten B med ventilöppningen 24 på vanligt sätt.

Hela inloppsporten A är frilagd vid sidan av fördelarplattan 22.

Den visade och beskrivna axialkolvpumpen är inkopplad i ett i figur l schematiskt visat system, i vilket ingår en manöver- cylinder 36 med kolv 38. Truckfluidet från pumpen tillföres i det visade exemplet via en ledning 40 frän pumpen l0 till cylin- dern 36 och återföres via_en ledning 42 från den motsatta delen av cylindern. I varje krets eller ledning 40, 42 är inkopplade backventiler 44 och överströmningsventiler 46 som via ledningar 48 är kopplade till den motsatta kretsen till respektive från cylindern 36. I den visade utföringsformen är även en förmatnings- ledning 50 med backventil 52 anordnad och vidare en returledning 54 från pumpen till flltänk 56, varvid ledningen 54 innehåller en strypventil 58 och en överströmningsventil 60 med bypass-ledning 62 och filter 63. Förmatningen kan exempelvis ske med separat pump 64 från tanken 56.

Genom det visade arrangemanget erhålles en mängd fördelar med pumpen enligt uppfinningen jämfört med kända pumpar, vilket kommer att framgå av följande beskrivning: Vid det i figurerna l och 2 visade neutralläget hos pumpen sker ingen rundpumpning av tryckfluidet. Man behöver därför icke någon riktningsventil för att rikta flödet mellan till- och frânledning 40, 42 och även dränering till tank bortfaller. Matningstrycket från förmatningen (ledningen 50) exempelvis 1,5 MPa ligger via spalterna 34 i portarna A, B på cylinderns respektive sidor.

Genom att pumpen är ställd i vinkel 0 krävs en endast försumbar effekt för att driva pumpen i detta läge, varför någon frikopp- lingsanordning för pumpen ej behöver anordnas. Frikopplingsan- ordning förekommer däremot vid kända pumpar, som är effektkrävan- de även dä inget fluidum uttages till någon manöverkrets, pga. 10 l5 20 25 30 35 40 'rundpumpningen av fluidet. Då pumpningen påbörjas'vid pumpen 5 '7901669-7 an' enligt uppfinningen, som visas i figur 3, vinklas cylinder- blocket l6 och fördelaren 22 ut endast så mycket som funktio- nen kräver, dvs. om en funktion med liten volym önskas, kan man även med konstant varvtal pä drivmotorn få mycket mjukare igång- sättningar och funktionerna kan under läng tid köras med låg hastighet utan negativa temperatureffekter. Detta skall jämföras med de inledningsvis beskrivna kända pumparna där full volym alltid föreligger och sålunda ett stort flöde måste blockeras för att man skall erhâlla ett högt tryck, samtidigt som större delen av flödet bortledes utan att utnyttjas, vilket medför en stark värmeutveckling. _ 7 Vid tryckstegring tvângsmatas pumpen mot mindre vinkel mot styrkraften på ungefär samma sätt som en kolvpump med varier- bart deplacement, men tvångsmatningen fortsätter mot 0-vinkel vilket innebär att ingen överströmningsolja behöver förekomma.

Effektbehovet kan alltså vara mindre än då pumpar med varier- bart deplacement utnyttjas. Tvângsstyrningen kan exempelvis ske med den i figur 5 visade servomekanismen för styrning och centre- ring av pumpens utvinkling. Till servocylindern 70 med servo- kolven 72 tillföres hydraulfluidum, exempelvis via ledningen 74 och ett servoreglage 76. Servofluidet kan exempelvis utgöras av en gren av förmatningsfluidet (ledningen 50) till pumpen i figur l. Om servoventilen öppnas för tryck via ledningen 78 till kolvens 72 baksida päverkar denna kolv 72 via sin kolvstäng 80 den till kolvstängun 80 kopplade fördelarplattan 22 med cylin- derblocket 16. Pumpens utvinkling ökar därvid och pumpning till porten A påbörjas. Via borrningar 82, 84 till porten eller öpp- ningen A resp. B avkänner kolven 86 mellan centreringsfjädrarna 88, 90 pumpens arbetstryck. Dä arbetstrycket stiger förskjuts kolvstången 80 mot trycket i servocylindern 70, dvs. mot styr- kraften, av det på kolven 86 verkande, högre trycket. Då trycket når önskat maximalvärde äterföres pumpen så att pumpningen upp- hör även om servotrycket kvarligger på ledningen 78. Detsamma gäller om tryckfluidum istället tillföres servoledningen på kolvens framsida, dvs. via ledningen 92. För att kompensera för de olika kolvareorna på servokolven 72 kan även kolven 86 ha olika kolvytor pâ respektive kolvsida (ej visat).

Vid utföringsformen i figur l är portarna A, B utlopps- respektive inloppsportar beroende på åt vilket håll cylinderblock 10 15 20 25 30 35 40 79a1s69-7 'och fördelare 22 utvinklas. För att kompensera'för kolvens 33 olika kolvytor pga kolvstängen 39 kan'utvinklingen ät ena hållet, exempelvis ät höger i figur 1, begränsas med ett mekaniskt stopp (ej visat) så att lägre maximal volym erhålles på pumpflödet till kolvens 38'framsida (med kolvstången 39), som har minsta ytan. På detta sätt erhålles samma hastighet i cylinderns 36 bâda rörelseriktningar. Backventilerna 44 och överströmningsventilerna 46 i varje ledning 40, 42 är företrä- desvis anordnade som slidventiler, så att en överströmning av fluidum från ena sidan till den andra ger en långsam öppning av backventilen för att inget plötsligt tryckfall skall erhål- las i det tillbakaströmmande fluidet.

Förmatningstrycket är ingen absolut nödvändighet i syste- met men ger i ett system med flera funktioner många fördelar.

Det kan såsom beskrivits via servoreglage 76 användas för att välja riktning och hastighet, varvid även mycket liten kavita- tionsrisk föreligger. Oljebyte och filtrering sker som beskrivits via strypventil 58 och tryckbegränsningsventil 60 samt filter '63 tm tank se.

För den hydrauliska balansen av fördelarplattan 122 kan det vara lämpligt att utloppsportarna placeras som framgår av fig 6 och 7, för att mot den motstående ytan söka den hydrau- liska balansen. Fig 6 visar en vy liknande figur 1 av en ändrad utföringsform och figur 7 visar ett snitt efter linjen VII-VII i figur 6, varjämte samma beteckningar som tidigare används med tillägg av talet etthundra. Utloppen A" och B" kan därvid mynna pä fördelarplattans 122 bägge sidor. Portens genomgång till respektive tilloppskanal 132 sker som tidigare. För att utbalansera det tryck som i axiell riktning verkar mot lag- ringen, blir porten i detta läge tilltäppt mot sektorytan och balans kan erhållas.

Som framgår av ovanstående kommer de nackdelar som är i stort gemensamma för samtliga kända system med riktningsventi- ler nämligen: 1. Interferens mellan laster inom samma pumpkrets. 2. Inget direkt samband mellan styrspakutslag och hastighet. 3. Stora förluster som dessutom måste kylas bort, att bortfalla vid systemet enligt uppfinningen. Vid den första .punkten sker detta medelst separata pumpkretsar till arbets- funktioner där samtidig körning krävs. l0 l5 20 '7901669-7 Beträffande punkt 2 medger systemet enligt uppfinningen möjlighet till ett direkt förhållande mellan styrspakutslag och hastighet hos funktionen, oavsett lastens storlek.

Förlusterna enligt punkt 3 kan avsevärt minskas i före- liggande system, beroende på de faktorer som är beskrivna i funktionsbeskrivningen.

Som framgår av det ovanstående är det väsentligt för pumpens funktion att portplattan innefattar minst en tillopps- port för tillförsel av tryckfluidum till pumpen och att arrange- manget av utlopps- och inloppskanalerna samt tilloppsporten i den stationära portplattan är sådant, att fördelarplattans ut- lopps- och inloppsöppningar vid utvinkling av fördelarplattan från nolläget sätts i successiv förbindelse med tilloppsporten och utloppskanalen (A eller B) för utflödet från pumpen, varvid inloppskanalen (B eller A) för returflödet till pumpen samtidigt successivt öppnas av fördelarplattan vilken inloppskanal är an- sluten till pumpens tryckfluidumtillförsel, närmare bestämt pumphuset l0 som tjänstgör som reservoar för tryckfluidet. På detta sätt kommer volymskillnaden mellan de båda sidorna av tryckfluidumcylinderns 36 kolv 38 ej att påverka funktionen.

Claims (9)

7901669-'7 PÅTENTKRAV

1. l. Axialkolvpump innefattande ett cylinderblock (l6) i vilket åtminstone en kolv (20) är lagrad glidbar i en cylinder (l8) och vid cylinderblockets rotation erhåller en fram- och återgâende rörelse genom att från ett neutral- eller nolläge i vilket ingen pumpning sker vinkelförställas relativt en driv- platta (l4) i åtminstone en riktning och en med cylinderblocket (l6) gemensamt förställbar fördelarplatta (22) vilken är för- sedd med utlopps- och inloppsspâr (24, 26) som vid förställ- ningen bringas i förbindelse med ut- och inloppsportar (A,B) för det pumpade mediets ut- resp. returflöde, vilka portar är anordnade i en stationär portplatta (28), k ä n n e t e c k - n a d av att portplattan (28) dessutom innefattar minst en tilloppsöppning (32) för tillförsel av tryckfluidum till pumpen och att arrangemanget av utlopps- och inloppsportarna (A,B) 'samt tilloppsöppningen (32) i den stationära portplattan (28) är sådant, att fördelarplattans utlopps- och inloppsspår (24,26) vid utvinkling av fördelarplattan från nolläget sätts i succes- siv förbindelse med tilloppsöppningen (32) och utloppsporten (A eller B) för utflödet från pumpen, varvid inloppsporten (B eller A) för returflödet till pumpen samtidigt successivt öppnas av fördelarplattan (22) vilken inloppsport är ansluten till pumpens tryckfluidumtillförsel. g

2. Pump enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d av att pumpens tryckfluidumtillförsel utgöres av en behållare till vil- ken såväl tilloppsöppningen (32) som inloppsporten (A eller B) är ansluten.

3. Pump enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att behållaren utgöres av pumphuset (l0).

4. Pump enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a d av att en spalt (34) kvarlämnas i in- och utloppsportarna (A,B) då fördelarplattan (22) är i neutralläget, vilken spalt medger till- och bortströmning av tryckfluidum till och från pumphuset (l0). 7901669-7

5. Pump enligt något av kraven l-4 vid vilken cylinder¿ blocket (l6) och fördelarplattan är förställbara i två riktningar från nolläget för tvâ olika pumpriktningar, k ä n n e t e c k- n a d av att förställningen i åtminstone den ena riktningen kan varieras medelst ett mekaniskt anslag.

6. Pump enligt något av kraven l-5, k ä n n e t e c k n a d av att tilloppsöppningen (32) för tillförsel av tryckfluidet till cylindern eller cylindrarna (18) öppnas före pumpens utloppsport (a eller B) då vinkeln ökas från nolläget.

7. Pump enligt något av kraven l-6, k ä n n e t e c k n a d av att cylinderblockets (lö) och fördelarplattans (22) utvink- ling eller förställning sker medelst en servomekanism i vilken en till cylinderblocket eller fördelarplattan kopplad servokolv (72) påverkas av en manöverkrets (78, 92) via ett servoreglage (76), varvid servokolven (72) även påverkas av pumpens arbetstryck på så sätt att servokolven (72) förskjutes mot servostyrtrycket då detta övervinnes av pumpens arbetstryck.

8. Pump enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att pumpens inlopps- och utloppsportar (A, B) är förbundna med var sin sida av en på servokolvens (72) kolvstång (80) anordnad kolv (86).

9. Pump enligt krav 7 eller 8, varvid pumpen är inkopplad i en förmatningskrets (50) för upprätthållande av ett förmatnings- tryck i pumpkretsen, k ä n n e t e c k n a d av att förmatnings- trycket (50) användes som servostyrtryck.