DE3319822C2 - Hydraulikpumpe mit Vorkompressionsventil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Pumpe nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Axial- oder Radialkolbenpumpen tritt eine
starke Geräuschbildung auf, wenn die Zylinder, die mit der
Einlaßöffnung der Steuerscheibe verbunden waren und in
denen die Flüssigkeit unter dem niedrigen Einlaßdruck
stehen, mit der Auslaßöffnung in Verbindung kommen. In der
Auslaßöffnung steht die Flüssigkeit unter dem hohen
Auslaßdruck. Es erfolgt ein schlagartiger Druckausgleich,
der Geräusche erzeugt.
Um dies zu verhindern, ist es bekannt, zwischen
Einlaßöffnung und Auslaßöffnung eine Vorkompressionszone
zu bilden. Dort sind die an der Steuerscheibe mündenden,
von den Zylindern ausgehenden Kanäle weder mit der
Einlaßöffnung noch mit der Auslaßöffnung direkt in
Verbindung. Dort erfolgt durch den Hub des Kolbens jeweils
eine Vorkompression der in dem Zylinder enthaltenen
Flüssigkeit. Da die Flüssigkeit weitgehend inkompressibel
ist, stehen die Zylinder in der Vorkompressionszone mit
einer zusätzlichen Öffnung in der Steuerscheibe in
Verbindung. Diese Öffnung ist über ein als Rückschlagventil
ausgebildetes Vorkompressionsventil mit der Auslaßöffnung
verbunden. Das Rückschlagventil öffnet in Richtung auf die
Auslaßöffnung hin. Es ist in Schließrichtung durch eine
Feder belastet. Wenn der Druck in dem Zylinder den
Auslaßdruck plus Federkraft überwindet, öffnet das Ventil
und begrenzt damit die Vorkompression. Dabei hat man nach
dem Stand der Technik Teller- oder Kugelventile vorgesehen,
die von relativ schwachen Schraubenfedern belastet waren.
Die US-PS 3,382,813 und die GB-PS 442 450 zeigen durch
Schraubenfedern belastete Tellerventile. Die US-PS
3,170,060, die US-PS 2,642,809, die US-PS 2,529,309 und die
GB-PS 442 450 zeigen durch Schraubenfedern belastete
Kugelventile. In der US-PS 2,642,809 wird beschrieben, daß
der auf die Kugel wirkende Auslaßdruck die Schraubenfeder
darin unterstützt, die Kugel in ihrer Schließstellung auf
dem Ventilsitz zu halten. Es wird dort ausdrücklich
angegeben, daß eine relativ schwache Schraubenfeder
verwendet werden kann, die der Öffnungsbewegung des Ventils
nur einen sehr geringen Widerstand entgegensetzt.
Die allgemeine Auffassung der Fachwelt war, daß die
Schließfeder des Vorkompressionsventils aus Wirkungsgradgründen
schwach bemessen werden sollte. Es hat sich in
der Praxis gezeigt, daß sich bei Pumpen mit hohen
Auslaßdrücken und hoher Drehzahl mit den bekannten
Konstruktionen von Vorkompressionsventilen die Geräuschbildung
nicht vermeiden läßt und die Lebensdauer der
Vorkompressionsventile nur kurz ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Vorkompressionsventil bei einer Pumpe nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 so auszubilden,
- - daß es bei hohen Ausgangsdrücken und hohen Drehzahlen der Pumpe eine lange Lebensdauer besitzt und
- - ein niedriger Geräuschpegel der Pumpe erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im
Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen
erreicht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für die
Funktion des Vorkompressionsventils wesentlich ist, das
Vorkompressionsventil nach jedem Vorkompressionsvorgang und
Druckausgleich in einem Zylinder unter dem Einfluß seiner
Schließfeder wieder zu schließen, bevor die Verbindung zu
dem nächsten, noch drucklosen Zylinder hergestellt ist.
Andernfalls wird der Ventilschließkörper des
Vorkompressionsventils durch die plötzliche Druckdifferenz
jedesmal mit hoher kinetischer Energie auf den Ventilsitz
geschlagen. Das erzeugt Geräusche und führt zu schneller
Zerstörung des Ventils. Es muß daher eine starke
Ventilfeder bei geringer Masse des Ventilschließkörpers
vorgesehen werden. Die bekannten Kompressionsventile
erfüllen diese Bedingung nicht, wohl aber ein nach der
Erfindung ausgebildetes Ventil. Die Erfindung beruht weiter
auf der Erkenntnis, daß die bei dem erfindungsgemäßen
Vorkompressionsventil durch die gegenüber dem Stand der
Technik vergrößerte Federkraft auftretende
Verschlechterung des Wirkungsgrades sich in tolerierbaren
Grenzen hält.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Abbildungen dargestellt und wird nachfolgend anhand der
Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch eine
Axialkolbenpumpe, die erfindungsgemäß ausgebildet
werden kann;
Fig. 2 eine Ansicht der Steuerscheibe der hydraulischen
Pumpe nach Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt durch die Steuerscheibe der
hydraulischen Pumpe nach Fig. 1; und
Fig. 4 und 5 Draufsicht auf verschiedene Ausführungen von
Federn, die bei dem Vorkompressionsventil der
hydraulischen Pumpe nach Fig. 1 einsetzbar sind.
Die in Fig. 1 dargestellte Axialkolbenpumpe hat eine
rotierende Wellenanordnung 1, die einen zylindrischen Rotor
2 antreibt, welcher gegen eine in ihrer Neigung
einstellbare Schrägfläche 3 anläuft, wodurch eine Anzahl
von Kolben 4 in Zylindern 5 hin- und herbewegt wird und
Flüssigkeit durch Öffnungen (6 und 7 in Fig. 2) in der
Schrägfläche 3 gefördert wird. Eine Verstellung des
Zylinderkopfs 8, 8a entlang einer radialen Bahn 9 ändert den
Neigungswinkel der Schrägfläche 3 und damit den Kolbenhub
und die Pumpenleistung. Die Öffnungen 6 und 7 sind an
Rohranschlüsse 10 angeschlossen, durch die Flüssigkeit in
die Axialkolbenpumpe hinein und aus dieser wieder
herausgeleitet werden kann. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel besteht der Zylinderkopf aus zwei
Teilen, einem Verteilerblock 8 und einer Steuerscheibe 8a.
Wenn der Rotor 2 gemäß Fig. 2 in Uhrzeigerrichtung umläuft,
werden die Zylinder 5 nacheinander und ständig in dem Maße
zu dem Niederdruck-Einlaß 6 geöffnet, in dem sich die
Kolben 4 zurückziehen und Flüssigkeit in den Zylinder 5
einsaugen. Anschließend werden sie mit dem Hochdruck-Auslaß
7 in dem Maße verbunden, wie die Kolben 4 umkehren und
Flüssigkeit aus den Zylindern 5 hinausfördern. Es ist eine
Vorkompressionszone 11 vorgesehen, in der je der Kolben 4
die Flüssigkeit vorkomprimieren kann, bevor sich der
Zylinder 5 zum Auslaß 7 öffnet. Ein Loch 12 stellt eine
verbindung der Vorkompressionszone 11 zu einem in Fig. 3
dargestellten Vorkompressionsventil her. Das
Vorkompressionsventil enthält ein flach ausgebildetes
Federelement 13, das eine der in Fig. 4 und 5 dargestellten
Formen annimmt. In jedem Fall werden die Außenenden der
Arme 19 zwischen den Teilen 8 und 8a und dem Mittelteil 18
der Ventilsitze an einer Dichtfläche 14, die um das Loch 12
herum ausgebildet ist, eingeklemmt. Das Federelement
befindet sich in einer Kammer 16, die durch einen Kanal 15
mit dem Auslaß 7 verbunden ist. Die Verstellung des
Federelements 13 wird durch einen Anschlag 17 begrenzt,
dadurch wird ein Schnellschluß des Federelements 13
sichergestellt und seine Überbeanspruchung verhindert. Wenn
das Druckmittel im Zylinder 5 den Auslaß 7 erreicht, tritt
das Druckmittel nach unten durch das Loch 12, drückt das
Federelement von der Dichtfläche 14 ab und tritt durch den
Kanal 15 hindurch aus der Kammer 16 zum Auslaß 7.
Bei weiterer Verdrehung des Rotors 2 öffnet sich der
Zylinder 5 direkt zum Hochdruck-Auslaß 7, so daß auf beiden
Seiten des Federelements 13 gleiche Drücke herrschen und
dieses unter seiner eigenen Federkraft schließen kann. Bei
weiterer Verdrehung des Rotors 2 wird der nächste Zylinder
5 über das Loch 12 geführt und der gleiche Ablauf zyklisch
wiederholt.
Fig. 4 und 5 zeigen Draufsichten auf flach ausgebildete
Federelemente 13, die aus einem abdichtenden Mittelteil 18
und Federfinger bildenden Armen 19 bestehen. Das
Federelement 13 kann eben oder auch gekrümmt ausgebildet
sein, um eine zwangsläufige Vorspannung gegen die
Dichtfläche 14 zu erhalten. Typischerweise ist das
Federelement 13 aus Federstahl hergestellt und hat eine
solche Federhärte, daß es im wesentlichen schließt, wenn
daran kein Druckabfall besteht, d. h. bevor der
Druckmitteldruck an der Hochdrucköffnung schließend darauf
wirkt.
Die Federelemente 13 nach Fig. 4 und 5 sind aus einem
Material hergestellt, das für den besonderen Anwendungsfall
geeignet ist. Für viele Anwendungen ist Federstahl
geeignet, jedoch können in geeigneten Fällen auch andere
Materialien wie rostfreier Stahl oder Beryllium-Kupfer
verwendet werden.
Aus Feder-Blankstahl hergestellte Federelemente 13 nach
Fig. 4 haben eine Länge von 22 mm, eine Breite von 8 mm und
eine Stärke von 0,6 mm. Solche Federelemente 13 sind von
der Anmelderin ausführlich geprüft worden, und zwar während
vieler Betriebsstunden in einer hoch aufgestellten
Wasserpumpe für Kohlebergwerke und in einem hydrostatischen
Getriebe für Motorfahrzeuge. Das Federelement 13 hat unter
einem weiten Bereich von Bedingungen zufriedenstellend
gearbeitet, und es wurden keine Ausfälle beobachtet. Im
Gegensatz dazu haben Experimentierarbeiten mit
federbelasteten Kugelventilen unter Betriebsbedingungen
Ausfälle ergeben.
Claims (3)
1. Hydraulische Pumpe enthaltend
- - einen nicht-umlaufenden Zylinderkopf, bestehend aus einem Verteilerblock mit einem Einlaß und einem Auslaß sowie einer Steuerscheibe mit einer bogenförmigen Einlaßöffnung (6), die mit dem Einlaß in Verbindung steht, und mit einer der Einlaßöffnung (6) diametral gegenüberliegend angeordneten, bogenförmigen Auslaßöffnung (7), die mit dem Auslaß in Verbindung steht,
- - einen Rotor (2) mit einer Mehrzahl von Zylindern (5), der mit einer Kontaktfläche dicht an der Steuerscheibe anliegt, wobei die Zylinder (5) mit der Kontaktfläche über Kanäle verbunden sind, und beim Umlauf des Rotors (2) abwechselnd mit der Einlaß- und der Auslaßöffnung (6, 7) in Verbindung gelangen,
- - Kolben, die in den Zylindern (5) geführt sind, und bei jedem Umlauf des Rotors (2) eine hin- und hergehende Bewegung ausführen,
- - eine Vorkompressionszone (11) in der Steuerscheibe zwischen Einlaßöffnung (6) und Auslaßöffnung (7), in welcher die Kanäle im Rotor (2) weder mit der Einlaß- noch mit der Auslaßöffnung (6, 7) direkt in Verbindung stehen,
- - eine Öffnung (12) in der Steuerscheibe, die über ein Vorkompressionsventil, das einen Ventilschließkörper und einen Ventilsitz aufweist, mit der Auslaßöffnung (7) in Verbindung steht, wobei das Vorkompressionsventil in Richtung auf die Auslaßöffnung (7) öffnet, und das Vorkompressionsventil bei Druckausgleich zwischen dem Druck im Zylinder und dem in der Auslaßöffnung durch Federkraft schließt, bevor die Öffnung mit dem nächsten Zylinder verbunden wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Vorkompressionsventil ein im eingebauten Zustand im wesentlichen flachen Federelement (13) mit einem den Ventilschließkörper bildenden Mittelteil (18) und wenigstens zwei drehsymmetrisch angeordnete Arme (19) aufweist,
- - die Arme (19) an ihren Enden fest zwischen Verteilerblock (8) und Steuerscheibe (8a) eingeklemmt sind,
- - der Mittelteil (18) mit dem rotorseitig angeordneten, mit der Öffnung (Loch 12) der Vorkompressionszone (11) in Verbindung stehenden Ventilsitz (Dichtfläche 14) an der Steuerscheibe zusammenwirkt und durch die Arme (19) federnd gegen den Ventilsitz (Dichtfläche 14) vorgespannt ist.
2. Hydraulische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß auf der der Öffnung (Loch 12)
abgewandten Seite des Federelements (13) im Abstand
dazu ein Anschlag (17) vorgesehen ist, durch den der
Hub des Federelements (13) begrenzt ist.
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