DE3338112C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Axialkolbenpumpe, mit jeweils von einer Förderkammer zu in Förderrichtung öffnenden Ventilen führenden Einlaß- und Auslaßkanälen, sowie einem in der Förderkammer unter Veränderung ihres Volumens axial verschiebbar geführten Förderkolben.

Bei den bekannten Kolbenpumpen dieser Art wird der Förderkolben beim Saughub durch die Antriebsvorrichtungen aus der Förderkammer zurückgezogen, was nur bei sehr viskosen Fördermedien oder sehr kleinen Eingangsquerschnitten nennenswerte Kraft erfordert. Beim Druckhub wird der Förderkolben hingegen meist unter höherem Kraftaufwand durch die Antriebsvorrichtungen in die Förderkammer hineingeschoben. Besonders für Pumpen zur Erzeugung von hohen Drucken bei niedrigem Vordruck ändern sich die Energieabnahme von den Antriebsvorrichtungen sowie die Beanspruchung der belasteten Bauteile daher periodisch in erheblichem Maße, was zu vorzeitigem mechanischen Verschleiß und somit zu erhöhten Betriebskosten führt.

In der US-PS 16 97 786 und der US-PS 17 75 653 sind lediglich einfache Wasserpumpen beschrieben, bei denen jeweils während des unter Umständen mit Muskelkraft bewirkten Saughubes ein Gewicht angehoben oder eine Federvorrichtung gespannt wird, worauf die so gespeicherte Kraft beim nachfolgenden Druckhub mit ausgenutzt wird. Bei den gattungsbildenden Kolbenpumpen handelt es sich dagegen um Hochdruck-Axialkolbenpumpen mit mehreren Förderkammern und mehreren durch eine gemeinsame, motorgetriebene Antriebsvorrichtung zeitlich versetzt bewegbaren Förderkolben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruck- Axialkolbenpumpe der im Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 definierten Art zu schaffen, die auch bei sehr hohen Drücken mit einer weitgehend gleichbleibenden Antriebskraft antreibbar ist und eine einfache Verstellung zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Hochdruck- Axialkolbenpumpe der genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale a) bis d) des Patentanspruches 1. Die Antriebsmittel geben beim Saughub des Förderkolbens Energie an das in der zugeordneten Speicherkammer aufgenommene Druckmittelpolster ab, die beim Druckhub des Förderkolbens auf diesen übertragen wird. Dadurch wird ein Teil der für den Druckhub aufzubringenden Energie schon während des Saughubes des Förderkolbens von den Antriebsvorrichtungen abgenommen, die dadurch weniger großen Belastungsschwankungen ausgesetzt sind.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Kolbenpumpe sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 definiert.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Kolbenpumpe anhand der Zeichnung weiter erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Axialkolbenpumpe, bei der die reziprozierende Bewegung der Fördermittel durch einen in einem Antriebsgehäuse 1 aufgenommenen Taumelscheibenantrieb 2 erfolgt, der über eine Antriebswelle 5 in Bewegung versetzt werden kann. Die Antriebswelle 5 steht mit einer Taumelwelle 4 in Schneckengewindeeingriff. Zwischen den durch Schräglager 3 in X-Anordnung gelagerten Endabschnitten der Taumelwelle 4 befindet sich ein Mittelabschnitt, dessen Längsachse gegen die Verbindungsachse der Endabschnitte geneigt ist und so bei Drehung der Taumelwelle 4 um diese Verbindungsachse präzediert. Der Mittelabschnitt der Taumelwelle 4 weist in seinen Endbereichen jeweils ein Schräglager zur Lgaerung einer ihn umschließenden Taumelscheibe 6 auf. Die Taumelscheibe 6 wird bei Drehung der Taumelwelle 4 nicht mitverdreht und führt durch ihre fortwährende Koaxialität mit dem präzidierenden Mittelabschnitt der Taumelwelle 4 eine umlaufende Taumelbewegung aus, wobei ihr Außenumfangsrand auf einem Kreis in einer zur Längsachse der Taumelwelle 4 senkrechten Ebene abrollt.

An mehreren, voneinander gleichmäßig beabstandeten Außenumfangspositionen der Taumelscheibe 6 sind Hubstangen 7 (nur eine ist in der Zeichnung gezeigt) schwenkbar mit einem Endabschnitt angelenkt, so daß sie durch die Taumelbewegung der Taumelscheibe 6 in axialer Richtung der Taumelwelle 4 hin- und her bewegt werden können. Der jeweils andere Endabschnitt der Hubstangen 7 ist, ebenfalls schwenkbar, an einem Hubglied 8 angelenkt, das parallel zur Taumelwellenachse reziprozierend verschiebbar in einem mit dem Antriebsgehäuse 1 verbundenen Speichergehäuse 9 geführt ist. Am vom Taumelscheibenantrieb 2 abgewandten Ende des Hubgliedes 8 springt ein Mitnehmer 11 in Richtung zur Taumelwellenachse hin vor, an dem ein Endabschnitt eines Förderkolbens 12 festgelegt ist. Der Förderkolben 12 erstreckt sich parallel zu den Längsachsen des Hubgliedes 8 und der Taumelwelle 4 mit seinem anderen Endabschnitt in eine Förderkammer 15, in der er, durch eine Förderkolbenführung 13 und eine Förderkolbendichtung 14 umschlossen, reziprozierend verschiebbar ist. Die Förderkammer 15 ist mit zu nur in Förderrichtung öffnenden Ventilen führenden Eingangs- bzw. Auslaßkanälen 16 bzw. 17 im Pumpenkopf 18 verbunden.

Am Mitnehmer 11 ist auf der vom Förderkolben 12 abgewandten Seite ein Endabschnitt eines mit dem Förderkolben 12 achsparallelen Speicherkolben 19 festgelegt, der in einer sich beim Druckhub des Förderkolbens 12 im Volumen vergrößernden und bei dessen Saughub verkleinernden Speicherkammer 20 reziprozierend verschiebbar geführt ist. Die Speicherkammer 20 ist im Speichergehäuse 9 vorgesehen und weist Speicherkolbendichtungen 21 auf, die ein Austreten des in ihr aufgenommenen Druckmittels verhindern. Die Druckmittelmenge in der Speicherkammer 20 ist so bemessen, daß zu einem geeigneten Zeitpunkt während des Einführens des Speicherkolbens 19 in die Speicherkammer 20 beim Saughub des Förderkolbens 12 ein Druckanstieg im Druckmittelpolster einsetzt, der unter fortwährender Energieaufnahme vom Taumelscheibenantrieb 2 am unteren Totpunkt des Speicherkolbens 19, also beim Übergang vom Saughub des Förderkolbens 12 zu dessen Druckhub, seinen Höhepunkt erreicht. Die für den nachfolgenden Druckhub des Förderkolbens 12 nötige Energie wird dann zum einen durch den Taumelscheibenantrieb 2, zum anderen durch Übertragung der im Druckmittelpolster gespeicherten Energie auf den Speicherkolben 19 und durch diesen auf den Förderkolben 12 aufgebracht, wobei das Verhältnis dieser beiden Energiebeiträge durch die Festlegung des Punktes gewählt werden kann, bei dem die Energiespeicherung im Druckmittelpolster beim Saughub des Förderkolbens 12 beginnt.

Die Axialkolbenpumpe weist insgesamt drei jeweils in einer zugeordneten Förderkammer 15 verschiebbare Förderkolben 12 auf, von denen nur einer in der Zeichnung dargestellt ist. Drei Speicherkolben 19 und drei Speicherkammern 20 sind jeweils einem der drei Förderkolben 12 zugeordnet. Alle Förderkolben 12 mit den jeweils zugeordneten Speicherkolben 19 werden durch einen gemeinsamen Taumelscheibenantrieb 2 alternierend betätigt, um den sie symmetrisch angeordnet sind.

Die Speicherkammern 20 sind im Betriebszustand vollständig mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und untereinander sowie mit einem Hydrospeicher 22 als Ausgleichsspeicher verbunden. Wenn eine hinreichend große Zahl Speicherkolben 19 und Speicherkammern 20 vorgesehen wird, kann auf einen Ausgleichsspeicher auch verzichtet werden.

Claims (6)

1. Hochdruck-Axialkolbenpumpe, mit jeweils von einer Förderkammer (15) zu in Förderrichtung öffnenden Ventilen führenden Einlaß- und Auslaß­ kanälen (16 bzw. 17), sowie einem in der Förder­ kammer (15) unter Veränderung ihres Volumens axial verschiebbar geführten Förderkolben (12), dadurch gekennzeichnet, daß

• a) mehrere Förderkammern (15) und mehrere darin durch eine gemeinsame motorgetriebene Antriebsvorrichtung (2) jeweils zeitlich versetzt reziprozierend bewegbare Förderkolben (12) vorgesehen sind,
• b) jeder Förderkolben (12) mit einem außerhalb der Förderkammer (15) angeordneten Speicherkolben (19) zu gemeinsamer entgegengesetzter Axialverschiebung verbunden ist,
• c) jeder Speicherkolben (19) in einer im Betriebszustand ein den Speicherkolben (19) auswärts drängendes Druckmittelpolster aufnehmenden, sich beim Druckhub des zugeordneten Förderkolbens (12) im Volumen vergrößernden und bei dessen Saughub verkleinernden Speicherkammer (20) axial verschiebbar geführt ist und
• d) jede Speicherkammer (20) mit einer Speichervorrichtung (22) zur Erzeugung eines vorbestimmten Druckanstiegs im Druckmittelpolster beim Einschieben des Speicherkolbens (19) in die Speicherkammer (20) verbunden ist.

2. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (22) hinsichtlich des Beginns und des Ausmaßes des Druckanstiegs in der Speicherkammer (20) einstellbar ausgebildet ist.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß drei bis fünf Förderkolben (12) und die zugeordneten Speicherkolben und -kammern (19, 20) zu einer sie alternierend betätigenden Taumelscheiben- Antriebsvorrichtung (2) symmetrisch angeordnet sind.

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Speicherkammern (20) miteinander verbunden sind.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Speicherkammer mit einem Ausgleichsspeicher (22) verbunden ist.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Speicher­ kammer (20) im Betriebszustand vollständig mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und mit einem Hydrospeicher (22) verbunden ist.