DE2115350C3

DE2115350C3 - Einrichtung zur Geräuschminderung an einer schlitzgesteuerten Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE2115350C3
Application number: DE2115350A
Authority: DE
Inventors: Dean L. Camden Mich. Ruger (V.St.A.)
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-04-02
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2115350B2; FR2089065A5; JPS5342882B1; GB1300346A; DE2115350A1; SE358012B; US3616726A; CA922164A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Geräuschminderung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei den in Rede stehenden Axialkolbenpumpen, die mit hohen Drücken und Fördergeschwindigkeiten arbeiten, treten oft, zumindest bei bestimmten Arbeitsbedingungen, beträchtliche Geräusche auf, die nicht nur wegen der damit verbundenen Lärmbelästigung unerwünscht sind, sondern auch deshalb, weil sie ein Zeichen für stoßweise Beanspruchung der Bauteile sind. Eine Ursache für diese Geräusche liegt in der plötzlichen Druckänderung, wenn beispielsweise ein zunächst mit dem Druckkanal des Steuerspiegels verbundener Zylinder plötzlich zum Saugkanal hin geöffnet wird. Das im Zylinder eingeschlossene öl hohen Drucks entspannt sich dabei plötzlich und führt zu den erwähnten stoßartigen Beanspruchungen.

Es ist bereits versucht worden, das Auftreten solcher Druckstöße dadurch zu verhindern, daß das Druckmittel in den hohen Druck führenden Zylinder entspannt wird, bevor die Verbindung mit dem Saugkanal erfolgt (DE-GM 17 31 344). Hierfür wird die Eröffnungssteuerkante des Saugkanals gegenüber der Totpunktlage in Umlaufrichtung zurückversetzt, so daß sie erst dann von der Steueröffnung der Zylinder überfahren wird, wenn der zugehörige Kolben bereits um einen gewissen Betrag aus der Totlage zurückgezogen ist und dadurch das Druckmittel entspannt hat Diese Maßnahme ist für Maschinen konstanter Fördermenge, die bei etwa konstantem Druck arbeiten, zufriedenstellend.

Bei Axialkolbenpumpen mit durch Verschwenkung

ίο neigungsveränderlicher Schrägscheibe, d.h. mit Einstellbarkeit der Fördermenge, bestimmt die Neigung der Schrägscheibe den Kolbenhub und damit auch die Änderungsgeschwindigkeit des eingeschlossenen Volumens, woraus sich ergibt, daß bei geringen Fördermen-

i^r gen die Entspannung des Druckmittels nach dem Passieren der Totpunktlage gering ist und nicht mehr ausreicht, das entstehende Geräusch zu mindern.

Es sind deshalb auch bereits zusätzliche Maßnahmen im Bereich des zwischen dem Saug- und Druckkanal befindlichen Trennstegs vorgesehen worden, mit denen eine Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels hohen Drucks vor der öffnung der Saugseite erreicht werden soll (DE-PS 8 29 533, US-PS 32 02 106 und 32 04 569). Es sind beispielsweise Bohrungen im Trennsteg vorgesehen worden, die zu federbeaufschlagten Druckbegrenzungsventilen führen, so daß zumindest ein Teil des D.mckes über das Druckbegrenzungsventil abgebaut wird, bevor eine öffnung zur Saugseite erfolgt. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß nunmehr die eingebauten Ventile Geräusche erzeugen. Außerdem kann das Ventil beispielsweise durch Verschmutzung oder Federbruch ausfallen.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Geräuschminderung ist die im Trennsteg vorgesehene Bohrung ohne Zwischenschaltung eines Druckbegrenzungsventils direkt mit einem abgeschlossenen Dämpfungsraum verbunden (DE-PS 12 33 267). Auch diese Maßnahme löst das Problem nur in einem begrenzten Betriebsbereich der Maschine, au/ welchen der Dämpfungsraum ausgelegt ist.

Bei einer Axialkolbenmaschine mit zur Drehachse geneigter Zylindertrommel weisen die Kolben jeweils einen Längskanal auf, die zu der Gelenkkugel führen, und in bestimmter Drehstellung der Zylindertrommel

■»5 ergibt sich eine Weiterführung des Kanals zu der Schmierfläche des Gleitschuhes. Die Anordnung der Kanäle ist so getroffen, daß sich ein Durchlaß beim oberen Totpunkt des Kolbenhubes ergibt, wobei gleichzeitig ein gewisser Geräuschdämpfungseffekt infolge Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels in die Schmiermittelräume ergibt. Ein erweiterter Durchlaß in diese Schmierräume oder gar einen Abfluß bei verringerter Fördermenge ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenpumpe der eingangs angegebenen Art geräuschmindernd auszubilden, und zwar soll die Entspannung des Druckmittels hohen Drucks vor der Übersteuerung bzw. dem Überfahren des Saugkanals auch in Betriebszuständen mit verringerten Fördermengen erreicht werden können.

Die gestellte Aufgäbe wird auf Grund der Mäßnähmen des Hauptanspruches gelöst.

Nach einer Ausstattung der Erfindung hat die Schrägscheibe die Form einer von einem schwenkbaren Joch gehalterten ringförmigen Scheibe, die relativ zum joch in zwei unterschiedlichen Stellungen wahlweise festlegbar ist.
Die Entspannungsbohrung ist also auf der Schräg-

scheibe an einer solchen Stelle angeordnet, daß unter Berücksichtigung der Gleitbahnen der Gleitschuhe ihr wirksamer Durchlaßquerschnitt vom Schwenkwinkel der Schrägscheibe abhängt

Somit wird bei einer Null-Schwenkstellung oder bei kleineren Schwenkwinkeln hei denen keine ausreichende Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels am oberen Totpunkt durch den Kolbenrückhub erreicht wird, das eingeschlossene Druckmittel über die Entspannungsbohrung entspannt Bei größeren Schwenkwinkeln, wo durch den Kolbenrückhub eine zufriedenstellende Entspannung erzielt wird, bleibt die Entspannungsbohrung abgetrennt und unwirksam. Bei dazwischenliegenden Schwetikwinkeln sind die Entspannungsbohrung und der Kolbenrückhub beide bei der Entspannung wirksam, und zwar in entgegengesetzten Phasen allmählich ansteigend und abnehmend. Auf diese Weise wird der Geräuschpegel in fördermengenveränderlichen Axialkolbenpumpcn, die in Systemen mit konstantem Druck arbeiten, erheblich verringert wobei gleichzeitig eine Verringerung von Gasausscheidungen und Kavitationserosion erreicht wird.

Die vorgeschlagene Einrichtung weist im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen keine zusätzlichen störanfälligen Organe, wie Ventile, Dämpfungsräume od. dgl. auf.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, es zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt einer fördermengenvariablen Axialkolbenpumpe,

Fig.2 die Draufsicht auf den Steuerspiegel der ir. F i g. I dargestellten Axialkolbenpumpe,

F i g. 3 die Rückseite der Schrägscheibe der Axialkolbenpumpe nach F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt der F i g. 1 auf der Linie 4-4,

Fig.5 und 6 Kolben, Gleitschuh und Schrägscheibe der Axialkolbenpumpe mit unterschiedlichen Schwenkwinkeln der Schrägscheibe.

F i g. 1 z-igt eine Axialkolbenpumpe, deren Gehäuse 10 am rechten Ende mit dem Deckel 12 verschlossen ist. Die Pumpenwelle 14 ist in Lagern 16,18 im Gehäuse 10 in dem Deckel 12 gelagert. Auf der Welle 14 ist die Zylindertrommel 20 verkeilt, die eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 22 aufweist, in denen die Kolben 24 verschiebbar sitzen. Die Zylindertrommel 20 ist mit der Innenfläche des Deckels 12 in Kontakt, der mii Steueröffnungen versehen ist, welche mit entsprechenden Zylinderöffnungen 26 zusammenwirken.

Die Kolben 24 sind üher ihre Kugelenden 28 mit den Gleitschuhen 30 verbunden, die mit Ausnehmungen 32 mit etwa gleichem Durchmesser wie die Zylinderbohrungen 22 versehen sind. Die Ausnehmungen 32 stehen mit den Zylinderbohrungen durch Kanäle 34 und 36 in den Kolben bzw. Gleitschuhen in Verbindung. Die Gleitschuhe 30 gleiten auf der flachen ringförmigen Schrägscheibe 38, die von dem kippbaren joch 40 getragen wird. Das Joch 40 ist in dem Gehäuse 10 kippbar um die Achse 42 mit Hilfe eines Drehzapfens gelagert, der nicht dargestellt ist. Der Kippwinkel wird durch geeignete Verdrängungseinrichtungen bekannter Art gesteuert. Er kann beispielsweise mit einem Hilfskolben, der auf den Förderdruck der Pumpe anspricht, gesteuert werden, so daß der Druck verhältnismäßig konstant gehalten wird.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen im S'euerspiegel des Gehäusedeckels 12. Für eine Pumpe, in der die Zylindertrommel im Uhrzeigersinn am Steuerspiegel rotiert, sind der Saugkanal 44 und der Druckkanal 46 bogenförmig ausgebildet und mittels eingesenkter Durchgänge, die gestrichelt 48 und SO dargestellt sind, mit den Pumpenanschlössen verbunden. Der Umschalt- oder Trennsteg am oberen Totpunkt 52 ist im Uhrzeigersinn erheblich über die Kante der Zylinderöffnung 26 verlängert und in F i g. 2 in der Eröffnungsslellung gestrichelt dargestellt. Mit dem oberen Totpunkt ist der Punkt der

ίο Arbeitsbewegung eines einzelnen Kolbens gemeint, bei dem das Volumen im Zylinder ein Minimum ist.

An diesem Punkt ist das Druckmittel im Zylinder eingeschlossen, sobald es vom Druckkanal 46 abgeschnitten ist Vor der Verbindung der Zylinderöffnung 26 mit dem Saugkanal 44 soll das Druckmittel allmählich auf einen Druck entspannt werden, der dem saugseitigen Druck in etwa entspricht Wenn die Schrägscheibe 38 den maximalen Schwenkwinkel aufweist, dient der Rückhub des Kolbens, der am oberen Totpunkt beginnt, bis zu dem Zeitpunkt an dem die Steueröffnung 26 den Saugkanal 44 öffnet, diesem Zweck. Wenn die Schrägscheibe 38 jedoch im Bereich des Schwenkwinkels Null steht und der Druck in dem Druckkanal 50 konstant bleibt, wird das in dem Zylinder eingeschlosse-

2*> ne Druckmittel durch die Kolbenbewegung nicht genügend entspannt, so daß Stöße und dadurch Geräusche sowie eine Erosion der Steuerflächen im Bereich des Steuerspiegels entstehen.

Um das zu vermeiden, ist eine Entspannungsleitung

ω vorgesehen, die durch den Kolben, den Gleitschuh und die Schrägscheibe zurück ins Innere des Gehäuses führt, wobei vorteilhaft von der geometrischen Beziehungen zwischen der Schrägscheibe und dem Gleitschuh Gebrauch gemacht wird und die Entspannungsleitung

J5 so gesteuert wird, daß sie nur wirksam ist, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Zu diesem Zweck ist eine Entspannungsbohrung 54 (Fig.3) in der Arbeitsfläche 56 der Schrägscheibe 38 vorgesehen, die über eine Ansenkung 58 in der Rückseite und eine Öffnung 60 ins Innere des Gehäuses führt Die Schrägscheibe 38 weist ein Paar zylinderförmiger Bohrungen 62 und 64 auf ihrer Rückseite auf, die mit einem nicht dargestellten Paßstift im Joch 40 zusammenwirken, der auf halbem Wege zwischen dem oberen und unteren Totpunkt angeordnet ist Bei Eingriff des PnSstiftes in die Bohrungen 62 liegt die Entspannungsbohrung 54 gemäß F i g. 3 bei Pumpen, die sich gegen den Uhrzeigersinn drehen, ein paar Grad hinter dem oberen Totpunkt, und der Eingriff des Paßstiftes in die Bohrung 64 dient in gleicher Weise für Pumpen mit Drehung im Uhrzeigersinn.

In den Fig.5 und 6 sind die geometrischen Beziehungen zwischen der Schrägscheibe und den Gleitschuhen 30 schematisch dargestellt. Fig.5 zeigt die Stellung der Bauteile bei in Null-Schwenklage befindlicher Schrägscheibe und F i g. 6 die Stellung bei maximaler Schwenklage. In beiden F i g. 5 und 6 ist der Abstand A von der Mittellinie bzw. Achse Wder Welle 14 zu den Mittellinien Xder Kolben konstant. In F i g. 5 steht die Entspannungsbohrung 54 mit der Ausnehmung 32 in Verbindung mit einem Abstand B Von der Wellenachse W der Welle 14. Wenn die Schrägscheibe 38 um die Schwenkachse 42 verschwenkt wird, durchläuft die Kante der Entspannungsbohrung 54 eine bogenförmige BaIn, die in F i g. 5 gestrichelt angedeutet ist. Wenn ein maximaler Hub eingestellt ist, hat die Entspannungsbohrung einen Abstand B' von der Weüenachse W. Beim Verschwenken der Schrägscheibe

5 6

38 kippen auch die Gleitschuhe 30 um den Mittelpunkt Abstandes Ceinen gmßeren Abstand Czur Wi

der Kugel 28, wie Fig. 6 zeigt. Die innere Kante der se W. Der Abstand C ist größer als der Abstai

Ausnehmung 32 bewegt sich somit längs des gestriche!- Verlaufe dieser Bewegung wird die Vei

ten Bogens 68 aus der gestrichelt angedeuteten Stellung zwischen der F.ntspantiungsbohrung 54 ι

30' und hat deshalb an Stelle des anfänglichen ϊ Ausnehmung 32 vollständig unterbrochen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Geräuschminderung an einer schlitzgesteuerten Axialkolbenpumpe mit durch Verschwenkung neigungsveränderlicher Schrägscheibe, bei welcher mit den in der umlaufenden Zylindertrommel vorgesehenen Zylinderbohrungen in Verbindung stehende Steueröffnungen abwechselnd mit einem bogenförmigen Saugkanal und einem bogenförmigen Druckkanal im Steuerspiegel in Verbindung treten, wobei mindestens die Eröffnungssteuerkante des Saugkanals gegenüber der Totpunktlage der umlaufenden Steueröffnungen in Umlaufrichtung zurückversetzt ist, so daß sie erst nach einer gewissen Entspannung des eingeschlossenen Druckmittels übersteuert wird, wobei jeder Kolben mittels eines über eine Gelenkkugel verschwenkbar an der Kolbenunterseite angeordneten Gleitohuhes auf der Schrägscheibe abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aniagefläche des Gleitschuhes (30) an der Schrägscheibe (38) eine Ausnehmung (32) vorgesehen ist, die über Bohrungen im Gleitschuh und Kolben mit dem Arbeitsraum in Verbindung steht und so ein hydrostatisches Gleitlager bildet, und daß die Schrägscheibe (38) eine Entspannungsbohrung (54) in einem Bereich aufweist, der dem Steuersteg, der dem oberen Totpunkt (52) zugeordnet ist und zwischen dem Druck- und dem Saugkanal (46, 44) des Steuerspiegels liegt, gegenüberliegt, und daß die Entspannungsbohrung (54) auf der Schrägscheibe an einer solchen Stelie ang-.ordnet ist, daß der wirksame Durchiaßqucrcchnitt der Entspannungsbohrung (54) vom jeweilige! Schwenkwinkel der Schrägscheibe (38) abhängt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe (38) die Form einer von einem verschwenkbaren Joch (40) gehalterten ringförmigen Scheibe hat, die relativ zum Joch in zwei unterschiedlichen Stellungen wahlweise festlegbar ist.