DE1908931B2 - Vorrichtung zum Einstellen der Fördermenge einer Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen der Fördermenge einer über eine Antriebswelle antreibbaren Radialkolbenpumpe mit einem die Pumpenkolben betätigenden, ringförmigen, umlaufenden Exzenter, der in Abhängigkeit von dem auf den mit Bezug auf seine Umlaufrichtung radial verschiebbaren Kolben eines umlaufenden Stellmotors wirkenden Pumpenförderdruck in eine konzentrische und in Abhängigkeit einer auf den Kolben einwirkenden Federkraft in eine exzentrische Endstellung verstellbar ist.

Es ist bereits eine Pumpe mit in einem Zylinderblock sternförmig angeordneten Kolben bekanntgeworden (DT-AS 1 101 961), wobei der Zylinderblock um einen feststehenden, die Kolben betätigenden und zum Zwekke der Hubänderung der Kolben in Abhängigkeit von dem Pumpendruck an der Druckseite und einer einstellbaren Feder verstellbaren Exzenterzapfen umläuft. Der an sich feststehende Exzenterzapfen ist lediglich zur Veränderung der Exzentrizität derart radial beweglich, daß die Resultierende aller Kolbenkräfte senkrecht zur Verstellrichtung wirkt und daher die bewegli

chen Exzenter nicht verstellen kann.

Bei einer anderen bekannten Kolbenpumpe (CH-PS 204 332) mit vom Förderdruck abhängiger Fördermenge und über eine Feder einstellbarem Enddruck wird, wenn der Arbeitskolben seinen Leerweg beendet hat und der Förderdruck zu steigen beginnt, das von den Pumpenkolben ausgelöste Moment das Moment der Feder überwinden und den Exzenter in seine konzentrische Stellung zurückdrehen. Abgesehen davon, daß hier keine besondere Rückstellvorrichtung vorgesehen ist und so keine genau bestimmbare Rückführung möglich ist, wird der Pumpenkolbenwiderstand nicht zum Rückführen in die exzentrische Stellung ausgenutzt.

Schließlich kann bei der Einstellvorrichtung (US-PS 2 404 175), von der die Erfindung ausgeht, ein einstellbarer Enddruck nicht erreicht werden, da der ringförmige Exzenter über Federn auf der Antriebswelle an geordnet ist und über den in der Antriebswelle verschiebbaren Kolben in seine konzentrische Stellung zurückgeführt werden kann. Der Gesamtaufbau ist infolge der Anordnung des Exzenters über Federn aufwendig und eine genaue und kontrollierte Verstellung des Exzenters ist nicht erreichbar.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Exzenter an der Antriebswelle derart gelagert wird, daß auch die von den Pumpenkolben ausgelösten Widerstandskräfte den Exzenter in seine exzentrische Stellung verstellen. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst worden, daß die Antriebswelle mit einem zu ihrer Mittelachse exzentrisch angeordneten Wellenstutzen versehen ist, der den ringförmigen Exzenter exzentrisch zu dessen Längsmittelachse drehbar aufnimmt, wobei der Exzenter mit einem zenirisch angeordneten Zapfen versehen ist, an den der Kolben des Stellmotors angreift. Auf diese Weise können neben dem Federmoment die an den Pumpenkolben auftretenden Momente mit dazu beitragen, den Exzenter in seine Stellung größter Exzentrizität zu verstellen. Hierdurch kann eine kleiner dimensionierte Feder Verwendung finden, so daß eine bessere Dosierung möglich ist. Im ganzen gesehen ist ein in seinem Aufbau für derartige Pumpen baulich einfacher Steilmotor geschaffen, der von der Druckseite der Pumpe her druckbeaufschlagbar ist und dessen Ausführungsform es zuläßt, mit einfachen Mitteln eine nicht mitumlaufende Einstellmöglichkeit für die umlaufende Feder zu schaffen.

Damit der Stellmotor von der Antriebswelle aus angetrieben werden kann, greift der Wellenstutzen in eine im Stellmotor vorgesehene Bohrung ein.

Was die Einstellmöglichkeit für die Feder anbelangt, so ist zur Verbindung des Kolbens mit dem zenirisch am Exzenter vorgesehenen Zapfen eine mit dem Kolben verbundene Stange mit einer Öffnung vorgesehen, die mit Bezug auf die Stellmotordrehachse geneigt verläuft und eine entsprechend ausgebildete, manuell hin und her bewegbare Hülse aufnimmt, die wiederum den Zapfen verschiebbar aufnimmt.

Vorteilhaft ist dabei der Kolben an seiner der Stange abgelegenen Seite mit dem Förderdruck der Pumpe und an seiner der Stange zugelegenen Seite mit der Federkraft beaufschlagbar, wobei die Hülse über eine gegen eine ihrer Radialseilen anliegende und in der Drehachse des Stellmotors angeordnete Stellschraube gegen die Wirkung einer Feder axial verstellbar ist.

In der Zeichnung ist ein in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutertes Ausführungsbeispiel des

Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Pumpe im Längsschnitt, F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 den Exzenter im Querschnitt. In F i g-1 der Zeichnung ist mit 2 eine Pumpe mit Pumpengehäuse 3 und einem Deckel 4 bezeichnet. Ein im Pumpengehäuse vorgesehener Pumpenraum 5 ist durch den Deckel 4 verschlossen. Ein radial angeordneter Zylinder 6 ist in das Pumpengehäuse 3 eingearbeitet und zum Pumpenraum 5 hin offen, !n der Zeichnung ist lediglich ein einziger Zylinder dargestellt, obwohl :nehrere auf dem Umfang verteilte Zylinder vorgesehen sind. Letztere weisen nicht gezeichnete Saug- und Druckventile auf. Im Zylinder 6 ist ein Kolben 7 axial verschiebbar geführt. Eine Feder 8 liegt gegen das äußere verschlossene Ende des Zylinders 6 und gegen das innere Ende des Kolbens 7 an. Eine Antriebswelle 9 ist im Pumpengehäuse 3 über ein Lager 10 gelagert, deren inneres Ende durch einen ebenfalls im Pumpengehäuse 3 vorgesehenen Ringflansch 11 begrenzt ist. An letzte- rem ist ein Wellenstutzen 12 (F i g. 2) mit Bezug auf die Antriebswelle 9 exzentrisch angeordnet. Dieser erstreckt sich von dem Ringflansch It aus gesehen nach vorn bis in eine Bohrung 13, die ihrerseits in einem Stellmotorgehäuse 14 eingearbeitet ist. Das Stellmotorgehäuse 14 wiederum weist eine Lagerwelle 15 auf, die im Pumpendeckel 4 über ein Lager 16 gelagert ist, so daß das Gehäuse mit der Antriebswelle 9 umlaufen kann.

Ein Exzenter 17 ist auf dem Wellenstutzen 12 zwisehen dem Ringflansch 11 und dem Gehäuse 14 exzentrisch angeordnet und hierzu mit einer Bohrung 18 versehen (Fig.3). Letztere ist außermittig mit Bezug auf die Mittelachse des Exzenters angeordnet, so daß der Exzenter, wenn er um den Wellenstutzen 12 rotiert, aus einer Endstellung, die mit Bezug auf die Antriebswelle 9 konzentrisch ist, in eine mit Bezug auf die Antriebswelle exzentrische Endstellung verschwenkt werden kann. Ein mittig am Exzenter angreifender Zapfen 19 erstreckt sich vom Exzenter aus gesehen nach vorn bis in das Gehäuse 14. Der Exzenter ist des weiteren mit einem Lager 20 und einem äußeren Laufring 21 versehen, gegen den seinerseits die inneren Enden der Kolben 7 anliegen. Dies verringert den Verschleiß.

In das Stellmotorgehäuse 14 ist ferner eine Bohrung 22 eingearbeitet, die sich von der Peripherie aus durch die Mittelachse bis zu einem Punkt in der Nähe der gegenüberliegenden Peripherie erstreckt und einen Stellkolben 23 verschiebbar aufnimmt. Dieser weist eine an seinem inneren Ende angreifende Stange 24 mit rechteckigem Querschnitt und einem ringförmigen Endteil 25 auf. Letzterer ist an dem den Kolben abgelegenen Ende vorgesehen und liegt gegen d:e Zylinderwandung der Bohrung an, um die Stange bei der Hin- und Herbewegung zu führen. Der Kolben 23 selbst wird über eine Feder 26 in Richtung auf das geschlossene Ende der Bohrung 22 gedrückt. Die Feder liegt dabei einenends gegen den ringförmigen Endteil 25, anderenends gegen einen Stopfen 27 an, der das offene Ende der Bohrung 22 verschließt.

Eine der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht dargestellte Leitung verbindet die Druckseite mit einem Kanal 28. Letzterer ist im Pumpendeckel 4 eingearbeitet und mündet in einem kleinen Druckraum 30, der durch eine entsprechende Bohrung im Pumpendekkel 4 und in der Lagerwelle 15 des Stellmotorgehäuses 14 gebildet wurde. Der Druckraum 30 ist koaxial zur Drehachse des Gehäuses 14 angeordnet, wobei eine Dichtung 29 Leckölverluste verhindert. Ein weiterer Kanal 31 im Gehäuse 14 dient zur Verbindung des Druckraumes 30 mit dem geschlossenen Ende der Bohrung 22. Somit kann Druckflüssigkeit von der Druckseite der Pumpe zum Kolben 23 gelangen und die Stange entgegen der Wirkung der Feder 26 verschieben.

Die Stange 24 selbst weist eine Öffnung 32 auf, die mit Bezug auf die Drehachse des Gehäuses 14 winklig angeordnet ist und eine Hülse 33 verschiebbar aufnimmt, deren Oberfläche ähnlich winklig ausgebildet ist. Die Hülse 33 ist mit einer Mittenbohrung 34 versehen, die parallel zur Drehachse des Gehäuses 14 verläufi und den Zapfen 19 aufnimmt Dieser ist, wie bereits ausgeführt wurde, am Exzenter vorgesehen und durch eine in der Bohrung 22 vorgesehene Öffnung 35 geführt. Unter der Voraussetzung, daß der Weilenstum- n-x\ 19 in der Hülse 33 angeordnet ist, kann über die Axialbewegung der Stange 24 der Exzenter 17 um den Wellenstutzen 12 im Bereich zwischen seiner exzentrischen und seiner konzentrischen Endstellung verstellt werden. Durch Axialverschiebung der Hülse 33 in und aus der Öffnung 32 kann die wirksame Kraft der Feder 26 variiert werden. Die Feder ist spann- oder entspannbar, ohne daß die Position des Exzenters verändert werden müßte.

Was die Konstruktion zum Verstellen der Hülse 33 anbetrifft, so ist eine Stellschraube 36 vorgesehen, die konzentrisch zur Drehachse des Gehäuses 14 in das Pumpengehäuse 3 einschraubbar und weiter durch den Druckraum 30 in eine Bohrung 37 kleineren Durchmessers geführt ist, die den Druckraum 30 mit der Bohrung 22 verbindet und einen Stift 38 verschiebbar lagert. Letzterer liegt einenends gegen die Stellschraube 36 an und ist anderenends mit einem scheibenähnlichen Ende 39 versehen, das seinerseits an der Hülse 33 anliegt, um deren Bewegung in einer Richtung zu begrenzen. Das scheibenförmige Ende 39 soll den Kontakt mit der Hülse aufrechterhalten, wenn die Stange 24 in der Bohrung 22 axial verschoben wird. Die Hülse 33 wird aus der Öffnung 32 gegen das Ende des Stiftes 38 über einen Stößel 40 gedrückt, der in der Längsachse des Zapfens 19 lagert, und gegen das Gehäuse 33 über eine Feder 41 gedrückt wird. Diese ist in einer im Exzenter 17 vorgesehenen Bohrung 42 angeordnet und liegt einenends gegen den Stößel 40 und anderenends gegen eine die Feder aufnehmende Kappe 43 an. Wird nun die Stellschraube 36 aus dem Deckel 4 herausgedreht, so bewirkt die vorgesehene Feder 41 zusammen mit dem Stößel 40, daß die Hülse 33 und der Stift 38 der Stellschraube 36 folgen. Wird die Stellschraube in den Dekkel 4 hereingedreht, so wird die Feder 41 gespannt, da die Hülse 33 den Stößel 40 in den Zapfen 19 hereindrückt. Da die Stellschraube in der Drehachse des Gehäuses 14 vorgesehen ist, kann die Hülse bei arbeiten-, der Pumpe oder auch, bevor die Pumpe betätigt wird, verstellt werden.

Beim Einsatz der vorstehend beschriebenen Pumpe und unter der Voraussetzung, daß innere Kräfte und Reibung vernachlässigt werden, gibt es drei wesentliche Drehmomente, die dazu beitragen, den Exzenter um den Wellenstutzen 12 zu verstellen. Das erste dieser Drehmomente ist ein von der Feder 26 herrührendes Moment, das auf den Zapfen 19 einwirkt, und dazu beiträgt, die Exzentrizität des Exzenters 17 zu vergrößern. Dieses Drehmoment ist umgekehrt proportional zum Wert der Exzentrizität des Exzenters 17, und wenn die maximale Exzentrizität des Exzenters 17 auf einen relativ kleinen Wert begrenzt ist, wird dieses Drehmoment

im wesentlichen linear zum Wert der Exzentrizität des Exzenters verlaufen.

Das zweite Drehmoment tendiert dazu, den Exzenter 17 ebenfalls um den Weilenstutzen 12 zu verdrehen und ist ein Drehmoment, das von dem Druck herrührt, der von der Druckseite abgeleitet wird und auf den Zapfen 19 über den Kolben 23 übertragen wird. Dieses Drehmoment tendiert dazu, die Exzentrizität des Exzenters 17 zu verringern, und wenn die maximale Exzentrizität des Exzenters 17 auf einen relativ kleinen Wert be- ίο grenzt ist, wird dieses Drehmoment im wesentlichen direkt proportional zum Druck an der Druckseite sein.

Das dritte Drehmoment ist von der Last abhängig, wird vom Druck an der Druckseite der Pumpe bestimmt und steht der nach außen gerichteten Bewegiint» des Kolbens 7 entgegen. Dieses Drehmoment ist direkt proportional zum Produkt des Pumpendruckes an der Druckseite und dem Wert der Exzentrizität des Exzenters 17. Wenn die Pumpe nun entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn, und zwar mit Bezug auf F i g. 2, rotiert, ao trägt dieses Drehmoment dazu bei, die Exzentrizität des Exzenters 17 zu vergrößern.

Das nutzbare Drehmoment, das dazu tendiert, den Exzenter 17 um den Wellenstutzen 12 zu verdrehen, ist die algebraische Summe der Drehmomente, die von der Feder, dem Druck und der Last abhängig sind. Wenn nun die Federkraft so gewählt ist, daß, wenn sich das Maß der Exzentrizität des Exzenters verändert, das von der Feder herrührende Drehmoment ansteigt oder abnimmt, und zwar in einem direkten Verhältnis zu und im gleichen Ausmaß wie der Anstieg oder der Abfall des Drehmomentes der Last, und wenn das Anfangsdrehmoment von der Feder etwa dem Drehmoment des der Druckseite entspricht, wird das nutzbare Drehmoment, das dazu tendiert, den Exzenter 17 um den Wellenstutzen 12 zu rotieren, ungefähr Null sein, wenn die Pumpe bei dem vorgesehenen Druck arbeitet. Arbeitet aber die Pumpe bei einem geringeren als dem vorher bestimmten Druck, so tendiert das nutzbare Drehmoment dazu, die Exzentrizität des Exzenters 17 zu vergrößern. Ist der Druck größer als der vorher bestimmte Pumpendruck, so bewirkt das nutzbare Drehmoment eine Verringerung der Exzentrizität des Exzenters 17.

Um sich die Wirkungsweise einfacher vorstellen zu können, wird das von der Feder und das von der Last herrührende Drehmoment zu einem einzigen Drehmoment zusammengefaßt, das dazu tendiert, den Exzenter 17 in seine Endstellung zu verstellen, in der er die größte Exzentrizität aufweist. Und wenn man davon ausgeht, daß dieses einzige Drehmoment von der Kraft herrührt, die durch die Feder 26 auf den Zapfen 19 ausgeübt wird, so kann die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Pumpe wie folgt zusammengefaßt werden:

Bevor die Pumpe in Tätigkeit gesetzt ist, wird die Kraft der Feder 26 die Stange 24 in die in der Zeichnung dargestellte Position verschoben haben, in der sich wiederum der Exzenter in seiner Endstellung mit größter Exzentrizität befindet. Beim Einsatz wird nun die Antriebswelle 9 durch einen Motor od. dgl. angetrieben. Eine Drehung der Welle jedoch bewirkt gleichzeitig eine Drehung des Gehäuses 14 und des Exzenters 17, so daß der Exzenter den Kolben 7 radial nach außen schiebt. Sobald aber der Exzenter 17 am Kolben 7 vorbei ist, wird die Feder 8 den Kolben wieder nach innen, d. h. in das Pumpengehäusc 3 verschieben. Der somit entstehende Saughub des Kolbens bewirkt, daß Druckflüssigkeit durch das Saugventil in den Zylinder gesaugt wird. Wenn nun der Exzenter weiter umläuft, wird er wiederum eine radial nach außen gerichtete Bewegung des Kolbens 7 verursachen, und das sich im Zylinder 6 befindliche Druckmedium wird durch das Druckventil in die Druckleitung gedrückt. Somit wird sich also an der Druckseite der Pumpe ein Druck aufbauen, der über die Leitung oder den Kanal, der die Druckseite mit dem Kanal 28 verbindet, den Kanal 28, den Druckraum 30 und den Kanal 31 sich bis zu dem geschlossenen Ende der Bohrung 22 fortpflanzen wird, wo er den Kolben 23 beaufschlagt. Der dann auf den Kolben 23 einwirkende Druck verschiebt ihn zusammen mit der Stange 24 entgegen der Wirkung der Feder 26, wobei letztere gespannt und der Exzenter um den Wellenstutzen 12 in seine F.ndstellung verstellt wird, in der er konzentrisch zur Antriebswelle angeordnet ist. Wird aber der Exzenter 17 in seine konzentrische Endstellung verschoben, so verringert sich der Hub der Kolben 7, da der Exzenter die Kolben nicht mehr so weit radial nach außen verschieben kann und die Kolben nicht mehr so weit nach innen in das Pumpengehäuse eintreten können, wie es bei größerer Exzentrizität möglich war. Der verkürzte Kolbenhub wiederum bewirkt einen geringeren Flüssigkeitsdurchsatz an der Druckseite.

Sobald nun der Flüssigkeitsdruck auf der Druckseite einen vorher bestimmten Maximalwert erreicht hat. wird der an der Druckseite herrschende Druck die Stange 24 so weit verstellt haben, daß der Exzenter in eine mit Bezug auf die Antriebswelle 12 konzentrische Position verstellt wurde. Befindei sich nun der Exzenter in seiner konzentrischen Endstellung, so stehen die Kolben 7 still und keine zusätzliche Flüssigkeit kann mehr in die Druckleitung gefördert werden, auch dann nicht, wenn der Exzenter weiter rotiert. Die Pumpe wird in diesem Zustand so lange verharren, bis der Druck an der Druckseite wieder abfällt.

Wenn nun das Hydrauliksystem, das von der Pumpe aus mit Druckmedium versorgt wird, zusätzlich Druckflüssigkeit benötigt, so wird der Druck an der Druckseite auf einen Wert unter den vorher bestimmten abfallen. Dabei wird aber auch der Flüssigkeitsdruck, der auf den Kolben 23 einwirkt, absinken. Ein Absinken dieses Druckes wiederum bewirkt, daß die Feder 26 die Stange verschiebt, so daß der Exzenter nun den Wellenstutzen 12 in seine Endstellung mit größter Exzentrizität verstellen kann. Die Bewegung der Stange und die Exzentrizität der Kolben, die eben von dem Exzenter zugelassen werden, ist abhängig von der Größe des Druckabfalls an der Druckseite. Befindet sich nun aber der Exzenter wieder in seiner Endstellung mit größter Exzentrizität, so wird der Kolbenhub größer und mehr Flüssigkeit in die Druckleitung gelangen, wodurch der Flüssigkeitsdruck in der Druckleitung wiederum aul den vorher bestimmten Maximaiwert ansteigt

Der Vollständigkeit halber muß darauf hingewiesen werden, daß vorstehende Schilderung der Wirkungsweise lediglich dann zutrifft, wenn der Exzenter entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn, und zwar mit Bezug aul F i g. 2, verschwenkt wird. Wenn die Pumpe aber irr Uhrzeigerdrehsinn, und zwar ebenfalls mit Bezug aul F i g. 2 rotiert, ist die Stellung des Exzenters 17 nichi unter der Kontrolle der Drehmomente, wie es vorste hcnd ausgeführt wurde, da dann das von der Last herrührende Drehmoment nicht dazu beiträgt, die Exzen trizität des Exzenters 17 zu verringern.

Sollte es dagegen gewünscht sein, den vorher bestimmten Maximalwert für den Flüssigkeitsdruck ar

der Druckseite zu verändern, so ist es lediglich notwendig, die Stellschraube 36 einzustellen. Die Einstellung der Stellschraube bewirkt, daß die wirksame Kraft der Feder 26 verändert wird, über die wiederum der Wert des Druckes veränderbar ist, der nötig ist, damit der Kolben 23 den Exzenter in seine konzentrische Endstellung verschieben kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einstellen der Fördermenge einer über eine Antriebswelle antreibbaren Radialkolbenpumpe mit einem die Pumpenkolben betätigenden, ringförmigen, umlaufenden Exzenter, der in Abhängigkeit von dem auf den mit Bezug auf seine Umlaufrichtung radial verschiebbaren Kolben eines umlaufenden Stellmotors wirkenden Pumpenförderdruck in eine konzentrische und in Abhängigkeit einer auf den Kolben einwirkenden Federkraft in eine exzentrische Endstellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (9) mit einem zu ihrer Mittelachse exzentrisch angeordneten Wellenstutzen (12) versehen ist, der den ringförmigen Exzenter (17) exzentrisch zu dessen Längsmittelachse drehbar aufnimmt, wobei der Exzenter mit einem zentrisch angeordneten Zapfen (19) versehen ist, an den der Kolben (23) des Stellmotors (14,15) angreift.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenstutzen (12) in eine im Stellmotor (14, 15) vorgesehene Bohrung (13) eingreift. a₅

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Kolbens (23) mit dem zentrisch am Exzenter (17) vorgesehenen Zapfen (19) eine mit dem Kolben verbundene Stange (24) mit einer öffnung (32) vorgesehen ist, die mit Bezug auf die Stellmotordrehachse geneigt verläuft und eine entsprechend ausgebildete, manuell hin und her bewegbare Hülse (33) aufnimmt, die wiederum den Zapfen verschiebbar aufnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn· zeichnet, daß der Kolben (23) an seiner der Stange (24) abgelegenen Seite mit dem Förderdruck der Pumpe und an seiner der Stange zugelegenen Seite mit der Federkraft beaufschlagbar ist, wobei die Hülse (33) über eine gegen eine ihrer Radialseiten anliegende und in der Drehachse des Stellmotors (14, 15) angeordnete Stellschraube (36) gegen die Wirkung einer Feder (41) axial verstellbar ist.