DE2208890A1

DE2208890A1 - Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE2208890A1
Application number: DE2208890A
Authority: DE
Inventors: Paul Bosch; Gerhard Lutz; Ec Ehart Dipl Ing Reichel; Walter Robeller; Werner Rometsch; Gerd Voehringer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1973-09-06
Also published as: JPS4898403A; US3890883A; GB1388775A

Description

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2.2.1972

Anlage zur

Gebrauchsmust erhilf s-^Anirielduns

ROBERT BOSCE GI3H, 7 Stuttgart ■

Axi a Ik ο Ib enwrine

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe rait einen umlaufenden Zylinderkörper, der parallel zur Drehachse angeordnete, Kolben aufnehmende Zylinder hat, Vielehe über in
der Stirnfläche des Zylinderkörpers nündende und mit scLlitzartig ausgebildeten 3teueroffnun gen in einem Steuerspiegel zusammenarbeitende Strönungskanäle axt Fördermedium gefüllt und entleert v/erden.

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Eine derartige Axialkolbenpumpe ist aus der US-Fatentschrift 2 299 233 bekannt. Bei dieser Axialkolbenpumpe sind die Steueröffnungen im Steuerspiegel unsymmetrisch zu der. durch die Kolbentotpunktlagen gebildeten Mittellinie ausgerichtet. Dabei werden die in der Stirnfläche des Zylinderkörpers mündenden Strömungskanäle erst mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden, wenn die obere Kolbentotpunktlage überschritten ist und der Kolben sich bereits wieder einwärts bewegt hat. Der Zeitpunkt, in dem die Strömungskanäle aufgesteuert werden,liegt also verspätet gegenüber dem Moment, in dem sich der jeweilige Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet. Das Absteuern der Zylinder erfolgt genau in der unteren Totpunktlage.

Mit den hier angewandten Mitteln soll durch Anwendung von Nachexpansion bzw. Vorkonpression des Zylindervolumens vor dem Aufsteuern der Zylinder die Erzeugung von Druckschwingungen und mechanischen Schwingungen in der Pumpe vermindert werden. Es hat sich allerdings gezeigt, dass bei den heute geforderten und an die Dieselmotordrehzahlen angepassten hohen Drehzahlen die bisher üblichen Steuerzeiten der bekannten Axialkolbenpumpen nicht mehr ausreichen. Bei den notwendigerweise kleinen Strömungsquerschnitten kann in der verfügbaren Zeit, in der jeder der Strömungskanäle mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden ist, der entsprechende Zylinder nicht voll gefüllt v/erden. Beim nachfolgenden Füllen der Zylinder von der der Hochdruckseite zugeordneten Steueröffnung im Steuerspiegel her entstehen dann Leistungsverluste, Geräusche und Kavitationsschäden am Zylinderkörper und an den Steuerflächen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der auch bei extrem hohen Drehzahlen die Zylinder infolge der Steuerspiegelausbildung derart gut gefüllt werden, dass beim

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Aufsteuern an der der Hochdruckseite zugeordneten Steueröffnung die Rückstreuung in den Zylinder höchstens auf diejenige rlenge beschränkt, die zum Komprimieren des Zylinderinhalts auf den Förderdruck nötig ist.

Dies v:ird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der Öf f nur: gsdrehwinkelber eich, in dem jeder der Strömungskanäie mit der der ITiederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden ist, sich um mindestens 5° über die durch die untere Kolbentotpunktlage definierte Winkelstellung hinaus erstreckt.

Das hat den Vorteil, dass der Zylinderraum vor dem Abschliessen von der der iliederdruckseite zugeordneten Steueröffnung durch den bereits v/ieder aus schieb end en Kolben soweit verkleinert wird, dass alle zunächst noch verbliebenen Hohlräume aufgefüllt werden. Ausserdem wird durch den vergrösserten Cffnungsdrehwinkelbereich erreicht, dass eine Ausgleichsströmung auftreten kann, die unter Ausnutzung der dem einströmenden Fördermedium innewohnenden kinetischen Energie den Zylinderraum besser befüllt.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn die . Steuerkanten der Strömungskanäle und zumindest diejenige Steuerkante der der Kiederdruckseite zugeordneten Steueröffnung sich beim Absteuern über die volle Breite der Steueröffnungen decken. Hierdurch wird erreicht, dass bis zum Absteuern ein möglichst grosser Strömungscuerschnitt zur Yerfüguri steht.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben.

Diese zeigt in

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Axialkolbenpumpe der

Fig. 1 entlang Linie H-II, Fig. 3 ein zv;eites Ausführungsbeispiel der Steueröffnung

gemäss Fig. 2,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Steueröffnung

gemäss Fig. 2,
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel gernäss Fig. 2.

Das topfförmige Gehäuse 1 einer Axialkolbenpumpe hat einen Innenraun 2, der durch einen Deckel 3 verschlossen ist. In Längsrichtung sind im Innenraum 2 des Gehäuses Wälzlager 4, 5 angeordnet; das Lager 4 liegt im Boden, das Lager 5 in Deckel des Gehäuses. In den Lagern ist eine Antriebswelle 6 gelagert, deren eines Ende durch den Deckel 3 hindurchgeführt ist. Der Innenraum des Gehäuses ist durch eine Wellendichtung 7 nach aussen abgedichtet. Die Welle 6 hat in einem Bereich nahe dem Wälzlager 5 einen verstärkten Bund 8, an dessen Umfang eine Nitnehmerverbindung 9 etwa in Form einer Keilnutenverzahnung angeordnet ist. Im Innenraum 2 des Gehäuses befindet sich ein Zylinderkörper 10, der eine inittige Bohrung 11 hat, durch die sich die Antriebswelle 6 erstreckt. An der dem Lager 5 zugewandten Stirnseite hat der Zylinderkörper 10 einen halsförmigen Fortsatz 12, der an seiner Bohrungsseite das Gegenstück zur Mitnehmerverbindung 9 der Antriebswelle 6 trägt. Auf einem zu seiner Drehachse konzentrischen Kreis sind im Zylinderkörper 10 achsparallel verlaufende Zylinder 14 angeordnet.

In jedem Zylinder 14 ist ein Kolben 15 dicht und gleitend geführt. An seinem aus dem Zylinder herausragenden Ende hat jeder Kolben einen Kugelkopf 16, der in einer Kugelpfanne eines Gleitschuhs 18 gelagert ist. An dessen Sohle ist ein hydrostatisches Lager 19 ausgebildet, das durch einen Durch-

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gang im Kolben 14- mit unter Druck stehendem Fördermittel versorgt wird.

Die Gleitschuhe 18 legen sich gegen eine im Innenraum 2 nahe dein Wälzlager 5 angeordnete und mit einer Gleitbahn versehene Schiefscheibe 20, durch die die Welle 6 hindurchgeführt ist. Eine ITiederhalterscheibe 21, die ebenfalls wie die Schiefscheibe ringförmig ausgebildet ist, hält die Gleitschuhe 18 in gleitender Berührung mit der Schiefscheibe 20.

Auf die kugelkalottenförnige Innenfläche am Innendurchmesser der ITiederhalterscheibe 21 legt sich ein Druckring 22 mit seiner kugelkalottenförnigen Aussenflache. Hit seiner ebenen, dem Zylinderkörper 10 zugewandten Seite liegt der Druckring 22 gegen eine axiale Anlagefläche am halsförmigen Fortsatz 12 des Zylinderkörpers 10. In dem von der Bohrung 11 und der Antriebswelle 6 gebildeten Ringraum ist eine Feder 23 angeordnet, die sich über Druckringe 24, 25 einerseits am Bund 8 der Antriebswelle 6 und andererseits im Zylinderkörper 10 abstützt.

Hit seiner der Schiefscheibe 20 abgewandten Stirnfläche 26 liegt der Zylinderkörper 10 gegen den Steuerspiegel 27 eines Steuerspiegelkörpers 28, der am Boden des Gehäuses 1 angeordnet ist. Im Steuerspiegel 28 sind in bekannter Weise ausgebildete schlitzförmige Steueröffnungen 29, 30 angeordnet, die nit den Zu- und Ablauf für das Fördermedium in Verbindung stehen.

Vom Boden eines jeden Zylinders 14 geht ein Strömungskanal 31 für das Füllen und Entleeren der Zylinder mit Fördermedium aus, welcher in der mit dem Steuerspiegel 27 zusammenarbeitenden

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Stirnfläche 26 des Zylinderkörpers 10 nündet. Der Kanal -31 ist zylinderförnig susgebildet. Die Leitkurve des zylinder-.förmigen Kanals 31 besteht aus zv;ei zur Punpendrehach.se konzentrischen Kreisbögen, die durch zv/ei Halbkreise 32, 33 verbunden sind, d.h. der Kanal hat einen Querschnitt der beschriebenen Form. An der Mündung jedes Strönungskanals 31 bilden die Halbkreise 32, 33 die Steuerkanten (in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt).

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die beiden Steueröffnungen 29» 30 symmetrisch ausgebildet sind, dass sie aber gegenüber der durch die Kolbentotpunktlagen definierten Linie 34- verdreht sind. Sie sind in dem Sinne verdreht, dass der öffnungsdrehwinkelbereich, in dem jeder der Strömungskanäle 31 mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29 verbunden ist, sich um 5° ··· 20° über die durch die untere Kolbentotpunktlage 34/UT definierte Winkelstellung hinaus erstreckt. Der in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnete Strömungskanal 31 ist genau in dem Punkt dargestellt, in dem er von der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29 abgesteuert worden ist.

Wird der Zylinderkörper 10 über die Antriebswelle 6 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben, so vollführen die Kolben 15 in den Zylindern 14 den allgemein bekannten Punpvorgang, auf dessen Beschreibung hier verzichtet wird. Durch die verdrehte Anordnung insbesondere der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29 wird erreicht, dass der Zylinderraum 14 über den Strömungskanal 31 so lange mit der Niederdruckseite der Pumpe verbunden ist, bis der Kolben 15 den unteren Totpunkt um 5° ··· 20° überschritten hat und bereits viieder eine ausschiebende Bewegung vollführt. Dadurch wird bewirkt, dass evtl. verbliebene, ungenügend gefüllte

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Hohlräume in Zylinder 14- durch die von Kolben verdrängte Flüssigkeit aufgefüllt werden. Ausserden verbleibt ein längerer .Zeitraun, in den die kinetische Energie der von der Hiederdruckleitung zur Pompe strönenden Flüssigkeit zum besseren Füllen der Zylinder ausgenutzt werden kann. Die Hassnahmen bewirken also eine erhebliche Verbesserung der Saugleistung der Pumpe, eine Verlängerung der Lebensdauer durch Vermeidung von Kavitationsschäden und einen günstigen Einfluss auf die Geräuschentwicklung.

Eine weitere Verbesserung lässt sich erreichen, wenn die Steuerkanten der Strönungskanäle 31' (Fig. 3) - zumindest die Steuerkante 32' an der Absteuerseite - sich mit der entsprechenden Steuerkante der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29' über die volle Breite der Steueröffnung deckt. Ist also die Steuerkante 32' wie an sich bekannt konkav halbkreisförmig gebildet, so erfordert dies eine konvex kreisförnig ausgebildete Steuerkante sn der Steueröffnung 23'. Durch diese Kassnahne stehen auch noch kurz vor dem Absteuern des Strönungskanals 31^! von der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung 29' beträchtlich grössere Strömungsquerschnitte zur Verfügung als bei der Ausbildung der Steuerkanten nach dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, was die Füllung der Zylinder begünstigt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass trotz der niederen Kolbengeschv/indigkeiten die Strömungsgeschwindigkeiten und damit auch die Ansaugwiderstände bei der bisher üblichen Ausbildung der Steuerkanten nach Fig. 2 kurz vor den unteren Totpunkt besonders gross sind.

In Fig. 4- ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Steuerkanten dargestellt. Hier äst die Mündung des Strömungskanals 31" an ihrer Absteuerseite nit einer geraden, radial verlaufenden

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Steuerkante 32" versehen. Entsprechend ist auch die der ITiederdruckseite zugeordnete Steueröffnung 29" ausgebildet. Auch, diese ist mit einei" geraden radial verlaufenden Steuerkante versehen.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine Axialkolbenpumpe entsprechend Fig. 2 dargestellt. Hier ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die der Niederdruckseite zugeordnete Steueröffnung 49 derart auch an ihrer Einlaufseite verlängert ist, dass der öffnungsdrehv.inkelbereich etwa 5 vor der durch die obere Kolbentotpunktlage 34/OT definierten Winkelstellung beginnt. Natürlich muss bei diesen Ausführungsbeispiel die der Hochdruckseite zugeordnete Steueröffnung 50 entsprechend verkürzt ausgeführt werden. Durch diese Massnahmen wird der öffnungsdrehwinkelbereich, in dem die zu den Zylindern 14 führenden Strömungskanäle mit der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung verbunden sind, gegenüber den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen noch wesentlich vergrössert. Dieses Ausführungsbeispiel gestattet, dass für Bereiche hoher Grenzdrehzahlen bei niedrigen Eingangsdrücken an der Pampe die Zylinderräume noch gut gefüllt werden, obwohl sich das Geschwindigkeit sprofil im Punkt der höchsten Kolbengeschwindigkeit nicht mehr voll ausbilden kann.

Natürlich können auch bei diesem Ausführungsbeispiel die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele der Steuerkanten angewendet werden.

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Claims

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Ansprüche

1J AxialkolbenpuEroe mit einem umlaufenden Zylinderkörper, der parallel zur Drehachse angeordnete, Kolben aufnehmende Zylinder hat, welche über in der Stirnfläche des Zylinderkörpers mündende und mit schlitzartig ausgebildeten Steueröffnungen in einem Steuerspiegel zusammenarbeitende Strömungskanäle mit Fördermedium gefüllt und entleert v/erden, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs-Drehv,^rinkelbereich in dem jeder der Strömungskanäle (31 > 31' ■> 31") mit der der Riederdruckseite zugeordneten Steueröffnung (29, 29' ■> 29") verbunden ist, sich um 5° f 20 über die durch die untere Kolbentotpunktlage (34-/UT) definierte Winkelstellung hinaus erstreckt.
2. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Cffnungsdrehv/inkelbereich, in dem die Strömungskanäle (31) ziit der der ITiederdruckseite zugeordneten Steueröffnung (4-9) verbunden sind, um 5 : 10 vor der _ durch die obere Kolbentotpunktlage (34-/0T) definierter. Winkelsteilung beginnt.

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3. Axialkolbenpunpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanten der Ströraungskanäle (31, 31¹I 31") und zumindest die Steuerkante der der ITiederdruckseite zugeordneten Steueröffnung (29, 29', 29") sich bein Absteuern über die volle Breite der Steueröffnungen decken.
4. Axialkolbenpunpe nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Niederdruckseite zugeordnete Steueröffnung (29") gerade, radial verlaufende Steuerkanten hat.
5· Axialkolbenpumpe nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Strömungskanäle (31") in der Stirnfläche (26) des Zylinderkörpers (10) gerade, radial verlaufende Steuerkanten (32") haben.
6. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die-v/ie an sich bekannt-konkav kreisförmig ausgebildeten Steuerkanten (32, 33) der Strömungskanäle (31) zumindest beim Absteuern mit der Steuerkante (32) der der Niederdruckseite zugeordneten Steueröffnung (29) deckt und dass diese Steuerkante konvex kreisförmig ausgebildet ist.

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