DE3319822C2 - Hydraulikpumpe mit Vorkompressionsventil - Google Patents

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.