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Einrichtung zum Verändern der Fördermenge einer ventilgesteuerten
Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verändern
der Fördermenge einer ventilgesteuerten Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe durch Rückströmen
von Förderflüssigkeit zur Saugseite.
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Bei ventilgesteuerten Taumelscheiben-Axialkolbenpumpen ist es bekannt,
eine Einrichtung vorzusehen, die ein Rückströmen von Förderflüssigkeit zur Saugseite
gestattet, allerdings zu dem Zwecke der Begrenzung des Maximaldruckes in der Förderleitung.
Hierbei ist eine Eingriffnahme auf diese Einrichtung etwa zum Zwecke der Veränderung
der Förderleistung nicht vorgesehen.
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Abgesehen davon sind hydraulische Regelpumpen sowohl mit Taumelscheiben-
als auch mit Exzenterantrieb der einzelnen Pumpenkolben in mehreren Ausführungsformen
bekannt, bei denen eine Veränderung der Fördermenge dadurch zustande gebracht wird,
daß der Antriebsexzenter oder die Antriebstaumelscheibe eine Veränderung der Exzentrizität
bzw. der Schrägstellung zur zugeordneten Antriebswelle erfahren. Bei diesen Konstruktionen
tritt aber der Nachteil auf, daß die in den Antrieb der Pumpenkolben eingreifenden
Einrichtungen einerseits leicht regelbar sein, andererseits aber den verhältnismäßig
großen, bei den Druckhüben der Pumpenkolben auftretenden Kräften standhalten müssen.
Regelmäßig ergeben sich Ausführungen, die über verhältnismäßig große aufeinandergleitende
Flächen verfügen, hohe Reibungsverluste und damit große Antriebsleistung aufweisen
und darüber hinaus einem beträchtlichen Verschleiß unterliegen. Das Bestreben geht
darum dahin, Pumpen zu bauen, bei denen der Antriebsexzenter bzw. die Antriebstaumelscheibe
für die einzelnen Pumpenkolben starr und unverstellbar mit der Antriebswelle verbunden
sind.
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Daneben wurde auch schon bei einer Radialkolbenpumpe die Fördermenge
dadurch verändert, daß auf die Ansaugventile der einzelnen Pumpenkolben eingewirkt
wurde. Bei einer solchen Pumpe ist die Förderrnenge jedoch nur verhältnismäßig grobstufig
veränderbar, weil es nur möglich ist, einzelne Pumpenkolben von der gemeinsamen
Saugkammer abzusperren oder mit dieser zu verbinden.
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Bei einer schiebergesteuerten Pumpe schließlich, die mit einer Einrichtung
zum Rückströmen von Förderflüssigkeit zur Saugseite ausgerüstet ist, laufen die
Pumpenkolben um ihre Längsachsen um, während sie gleichzeitig zum Zwecke der Förderung
längsbewegt werden. Diese Pumpe hat einen besonders komplizierten Aufbau, der in
vielen Fällen nicht tragbar ist.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Verändern der Fördermenge
einer ventilgesteuerten Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe durch Rückströmen von Förderflüssigkeit
zur Saugseite zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau und die Möglichkeit
einer feinfühligen Veränderbarkeit der Fördermenge auszeichnet.
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Zu diesem Zweck sind den Pumpenzylindern einzelne sternförmig angeordnete
überströmventile zugeordnet, die von einem gemeinsamen, mit der Antriebswelle gekuppelten,
von außen längsverschiebbaren Exzenter offen haltbar sind. Der Exzenter besteht
in einer Ausführungsform aus einem Teil größeren und einem Teil kleineren Durchmessers,
zwischen denen eine wendelförmig um den Exzenter herumlaufende Schrägfläche angeordnet
ist. In einer anderen Ausführungsform ist der Exzenter gegenüber der Antriebswelle
verdrehbar gelagert.
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Dadurch, daß der Exzenter lediglich die überströmventile betätigt,
ist er nur einer verhältnismäßig geringen mechanischen Belastung ausgesetzt, so
daß sich einfache Konstruktionen hierfür verwenden lassen. Im übrigen gestattet
es der erfindungsgemäße Gedanke, eine außerordentlich feinfühlige Veränderung der
Fördermenge zu erzielen, wobei gleichzeitig ein optimaler Pumpenwirkungsgrad der
einzelnen Pumpenkolben gewährleistet ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe gemäß der Erfindung
im Längsschnitt, F i g. 2 die Pumpe nach F i g. 1 in einer Ansicht von hinten teilweise
im Schnitt, F i g. 3 ein Überströmventil im Längsschnitt,
F i g.
4 den Exzenter in Seitenansicht, F i g. 5 den Exzenter in Draufsicht, F i g. 6 den
Exzenter in perspektivischer Darstellung, F i g. 7 eine Abwicklung der Exzenterkurve
in schematischer Darstellung zur Veranschaulichung der veränderlichen Pumpenleistung,
F i g. 8 eine Projektion der Darstellung nach F i g. 7 zur Veranschaulichung des
Ventilweges eines überströmventils, wenn die Pumpe mit einem Viertelhub arbeitet,
F i g. 9 bis 13 den Exzenter jeweils geschnitten längs der Linien 9-9 bis 13-13
der F i g. 1 zur Veranschaulichung des Ventilweges eines Übertsrömventils, wenn
die Pumpe mit 4/4-Hub, 3/4-Hub, 'i2-Hub, 1/4-Hub und 0-Hub arbeitet, F i g. 14 eine
andere Ausführungsform der Pumpe gemäß der Erfindung im Längsschnitt und F i g.15
einen Querschnitt der Pumpe nach F i g.14 nach der Linie 15-15 der F i g.14.
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Das Pumpengehäuse (F i g. 1) besteht aus einem Antriebsteil 15, auf
dem ein zylindrischer Pumpenteil 16 mittels Schrauben 17 befestigt ist, wobei zwischen
den beiden Teilen eine O-Ring-Öldichtung 18 angeordnet ist. Die Flüssigkeit wird
der Pumpenansaugkammer 19 über einen Einlaß 20 zugeführt. In dem Pumpenteil
16 ist ein ringförmiger Auslaßkanal21 angeordnet, über den die Druckflüssigkeit
in eine Hauptauslaßmuffe 22 gefördert wird. Über mit Blindstopfen 23 verschlossene
Anschlüsse kann ein Teil der Druckflüssigkeit getrennten Versorgungsstellen zugeführt
werden.
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In einer Bohrung 27 des Antriebsteiles 15 ist eine. mit einer Dichtung
28 versehene Antriebswelle 25 mittels eines Rollenlagers 26 gelagert. Auf der Antriebswelle
25 ist mittels eines Keiles 31 eine Taumelscheibe 30 befestigt, auf der eine Lagerplatte
32 durch Rollen 33 gelagert ist. Hinter der Taumelscheibe 30 ist ein Druckrollenlager
34 angeordnet. Das innere- Ende der Antriebswelle 25 ist in einem Nadellager 35
in der Bohrung 36 des Pumpengehäuses 16 geführt. In ihm befindet sich eine Bohrung
37.
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In Bohrungen 39 des Pumpengehäuses 16 sind Pumpenzylinder
40 mittels Bolzen 41 befestigt. In jeder Zylinderbohrung 43 ist ein
Kolben 42 hin und her beweglich, der durch eine Feder 45 auf die Oberfläche 44 der
Halteplatte 32 gedrückt wird. Die Flüssigkeit fließt aus der Saugkammer 19 über
Schrägbohrungen in den Köpfen der Kolben 42 an Kugelrückschlagventilen 46 vorbei
durch ein Abstandsstück 47 hindurch in die Pumpenkammer 48.
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Eine Mittelbohrung 52 des Pumpengehäuses 16 ist über Querbohrungen
53 mit der Ansaugkammer 19 verbunden. In sie ragt ein Exzenter 55. Sein Führungszapfen
ist mittels .eines Keiles 56 mit der Antriebswelle 25 unverdrehbar verbunden und
in der Bohrung 37 der Antriebswelle 25 längsverschiebbar geführt. Auf dem Führungszapfen
sitzt eine Feder 58,
die den Exzenter 55 nach rechts drückt (F i g. 1). Die
Mittelbohrung 52 steht über eine Querbohrung 59 und eine Längsbohrung
60 des Führungszapfens in Verbindung mit dem Inneren der Bohrung 37 der Antriebswelle
25, wodurch verhindert wird, daß sich in der Bohrung 37 ein Druck aufbauen kann,
der die Längsverschiebung des Exzenters 55 beeinträchtigen würde. -Der.Exzenter.55
(F ig. 4 bis 6) weist einen Teil 63 von größerem und einen Teil 64 von kleinerem
Durchmesser auf. Beide Teile gehen über eine schräge Fläche 65 ineinander -über,
die sich wendelförmig um den Exzenter herum erstreckt. Die Umrisse der Teile 63
und 64 entsprechen im wesentlichen einer stetigen Funktion. Der Winkel b der Schrägfläche
65, wie er in F i g. 4 veranschaulicht ist, bezogen auf die Längsachse des Exzenters,
beträgt 30°. Dieser Winkelwert gewährleistet, wie durch Versuche festgestellt wurde,
eine besonders günstige Arbeitsweise des Exzenters und der dadurch betätigten Ventile.
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Die axiale Einstellung des Exzenters 55 geschieht von außen durch
einen Handkopf 67 oder hydraulisch.
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In -einer großen Ausnehmung 70 des Pumpen= gehäuses 16 ist eine Gewindebuchse
68 mittels eines Stiftes 69 befestigt. In die Gewindebuchse 68 ist eine Spindel
71 eingeschraubt, die sich über ein Wälzlager 72 gegen den Exzenter abstützt.
Die Spindel 71
ist mit dem Knopf 67 mittels eines Keiles 73 unverdrehbar,
aber axial verschiebbar verbunden. Der Knopf 67 ist in der Ausnehmung 70 mittels
eines Sprengringes 74 befestigt. Wenn der Knopf 67 verdreht wird, wird der Exzenter
55 in der entsprechenden axialen Richtung verschoben.
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Im Pumpengehäuse 16 ist zwischen der Pumpenkammer 48 und der Mittelbohrung
52 für jeden Pumpenzylinder 40 -ein überströmventil 75 angeordnet (F i g. 2 und
3). Die radialen Ventilbohrungen 78 der Überströmventile 75 stehen über einen Ringraum
76 am Umfang der Pumpenzylinder 40 und über Querbohrungen 77 der Zylinder 40 mit
den Pumpenkammern 48 in Verbindung.
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Jedes überströmventil 75 (F i g. 3) weist eine Kappe 79 auf, in welche
an drei Seiten Querbohrungen 80 münden und in die ein Ventilsitz 81 eingeschraubt
ist, der auch mit dem Gehäuse 16 verschraubt ist. Am äußeren Ende der Kappe 79 ist
ein Schlitz 82 für ein Werkzeug zur Montage des Ventils vorgesehen. In dem Ventilsitz
81 ist ein Ventilkörper 83 verschiebbar angeordnet, der einen abgeschrägten
Ventilkegel 84 aufweist, der auf dem entsprechend gestalteten Ventilsitz
81 dicht aufliegen kann. Am Umfang des Ventilkörpers 83 sind Führungsleisten
85 vorgesehen, die die Zentrierung des Ventilkörpers 83 in der Bohrung des Ventilsitzes
81 bewirken und einen einwandfreien Sitz des Ventilkegels 84 gewährleisten. Am inneren
Ende des Ventilkörpers 83 ist eine gehärtete Kugel 86 angeordnet, die auf der Oberfläche
des Exzenters 55 läuft und als Betätigungsglied für das Ventil 75 dient.
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Wenn die Kugel 86 auf dem Teil 63 mit größerem Durchmesser aufsitzt,
ist der Ventilkegel 84 von seinem Sitz abgehoben, so daß Flüssigkeit aus den Pumpenkammern
48 in die Ansaugkammer 19 zurückströmen kann. Sitzt die Kugel 86 dagegen auf dem
Teil 64 von kleinerem Durchmesser auf, so drückt die Ventilfeder 88 den Ventilkegel
84 gegen den Sitz 81, so daß eine völlige Abdichtung des Ventils zustande kommt
und die- gesamte von dem Kolben 42 geförderte Flüssigkeit in den Auslaßkana121 eingespeist
wird. Beim Übergang von dem einen Durchmesser zu dem anderen läuft die Kugel 86
auf dem abgeschrägten Teil 65, wobei sie eine stetige Bewegung ausführt, wie es
in F i g. 8 dargestellt ist.
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In den F i g. 9 bis 13 sind die Querschnittsformen des Exzenters 55
entsprechend den Linien 9-9 bis 13-13 der F.i g. 1 dargestellt. So zeigt die F i
g. 9 den Abschnitt, der einem vollen Pumpenhub des Kolbens
entspricht,
was bedeutet, daß der Kolben seine gesamte Förderkapazität während einer 180°-Umdrehung
der Taumelscheibe 30 ausnützt und die gesamte Druckflüssigkeit in den Auslaßkanal
21 einspeist, während über die Überströmventile 75 keine Druckflüssigkeit zurückgeführt
wird.
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In den F i g. 9 bis 13 ist ein Nachlauf von etwa 15°, der durch den
Buchstaben a angedeutet ist, ausgehend von dem inneren Totpunkt des Kolbens eingetragen.
Die Drehrichtung des Exzenters 55 ist durch die Pfeile angedeutet. Der Nachlauf
gewährleistet, daß die überströmventile 75 geschlossen sind und damit nicht als
zusätzliche Einlässe für die Pumpenkammern 48 dienen können, bis die Kolbeneinlaßventile
46 zu Beginn des Ansaughubes der Kolben voll geöffnet sind. Diese Synchronisation
der überström- und Kolbenansaugventile wird dadurch gewährleistet, daß die Taumelscheibe
30 und der Exzenter 55 mit der Antriebswelle 25 unverdrehbar verbunden sind. Der
Abschnitt des Exzenters 55, der links von der senkrechten Mittellinie in den F i
g. 9 bis 13 liegt, entspricht dem Ansaughub, der rechte dem Druckhub.
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Die gestrichelten Linien O und C veranschaulichen die öffnungs- und
Schließstellungen der überströmventile. So ist in F i g. 10 die Stellung des Exzenters
55 dargestellt, in der der Kolben 42 während drei Viertel seines Pumpenhubes Druckflüssigkeit
in den Auslaßkanal 21 einspeist. Ähnlich entsprechen die F i g. 11, 12 und 13 einem
halben, einem viertel und einem Null-Hub der Kolben. In all den Stellungen, in denen
das überströmventil 75 während des Pumpenhubes offen ist, wie in den F i g. 10 bis
13, ist das Überströmventil 75 unter der Wirkung des Exzenters zu Beginn des Pumpenhubes
geöffnet. Damit wird erreicht, daß das Zurückführen der Flüssigkeit nur unter normalem
Druck geschieht, d. h. einsetzt, bevor sich in den Pumpenkammern 48 ein Druck aufbaut.
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In F i g. 8 ist eine Projektion der Darstellung nach F i g. 7 entsprechend
der »Einviertelhub«-Stellung des Exzenters 55 gezeigt. Wie daraus zu ersehen ist,
kommt die zusätzliche Einlaßwirkung der Überströmventile 75 15° nach Beginn des
Pumpensaughubes zur Geltung. Beim Übergang vom Saug- zum Pumpenhub bleiben die Überströmventile
bis zum letzten Viertel des Kolbenpumpenhubes offen. Während des letzten Viertels
des Pumpenhubes fördert der Kolben sodann unter Druck gesetzte Flüssigkeit.
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In den Ausführungsformen nach den F i g. 14 und 15 ist an Stelle eines
unmittelbar auf die überströmventile wirkenden Exzenters eine Zwischenscheibe zwischen
Exzenter und Ventilen vorgesehen.
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In der Bohrung 37 der Antriebswelle 25 ist ein Hülsenfortsatz 91 einer
axial verschiebbaren Steuerwelle 90 gelagert. Diese ist an ihrem äußeren
Ende 92 in der mit einem Außengewinde versehenen Spindel 71a geführt. Diese ist
mit dem Steuerknopf 67a unverdrehbar, aber axial verschiebbar mittels eines Keiles
73 a verbunden. Am Umfang des Hülsenfortsatzes 91 ist eine schraubenförmige Nut
94 angeordnet, in der eine Kugel 95 läuft, die eine kraftschlüssige Verbindung zwischen
der Antriebswelle 25 und der Steuerwelle 90 bewirkt. Die Steuerwelle 90 weist einen
exzentrisch ausgebildeten Teil 96 auf, auf dem über Nadellager 97 eine Zwischenscheibe
98 gelagert ist, deren Außenumfang gerade Flächen aufweist. Auf den einzelnen Flächen
99 der Scheibe 98 liegen Füße 100 vom Ventilkörper 84 a. Auf diese Weise wird eine
außerordentlich gute, kraftschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Teilen und
damit ein besonders ruhiger und sicherer Betrieb der Ventile gewährleistet.
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Die Arbeitsweise der Pumpe ist folgende: Bei einer Verdrehung des
Steuerknopfes 67a wird die Spindel 71 a axial verschoben, wodurch die Steuerwelle
90 mitgenommen wird. Hierbei drückt die Feder 101 die Steuerwelle 90 nach rechts
(F i g. 14).
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Die axiale Verschiebung der Steuerwelle 90 hat zur Folge, daß sie
sich unter der Wirkung der in der Nut 94 eingepaßten Kugel 95 verdreht, wobei der
Kurven- oder exzentrische Teil 96 der Steuerwelle 90 seine Stellung mit Bezug
auf die Taumelscheibe 30 verändert. Dadurch ändert sich die Lage des Punktes des
Kolbenweges, bei dem die Überströmventile 84a sich öffnen. Die zeitliche Einstellung
des Exzenters bezüglich des Beginns des Saughubes der Kolben 42 kann derart erfolgen,
daß die Überströmventile 84a eine kurze Zeit nach dem Beginn des Saughubes offenbleiben
und damit als zusätzliche Einlässe wirken.