DE3713076A1 - Axialkolbenmaschine, insbesondere axialkolbenpumpe und/oder -motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, insbesonde­ re eine Axialkolbenpumpe und/oder einen Axialkolbenmotor, und insbesondere betrifft die Erfindung eine kleine Mehrkol­ benpumpe vom Taumelscheibentyp zum Pumpen von wesentlichen Mengen an Strömungsmitteln von relativ niedriger Schmierung bei erhöhten Drücken.

Axialkolbenpumpen und -motoren vom Taumelscheibentyp sind auf dem Gebiet der Hydraulik an sich bekannt und werden als die primäre Quelle von Strömungsmitteldruck für viele hy­ draulisch betriebene Einrichtungen verwendet, beispielsweise für hohe Fahrstühle, Bagger, insbesondere Tieflöffelbagger und Trockenbagger, Erdhobel, Sortiermaschinen und verschie­ dene andere Bauausrüstung und industrielle Ausrüstung. Im allgemeinen sind solche Pumpen und Motoren große, schwerge­ baute Einrichtungen, die in bzw. mit hydraulischem Strö­ mungsmittel von angemessen guter Schmierfähigkeit arbeiten.

Es gibt Fälle, in denen Axialkolbenpumpen von Miniaturabmes­ sungen zum Pumpen von Strömungsmitteln von verschiedenen Ar­ ten und Schmierfähigkeiten wünschenswert sind, wie beispiels­ weise in Steuer- bzw. Regelschaltungen, Bremskreisen u.dgl., wo Strömungsmittel wie Siliconöle o.dgl. verwendet werden können. Versuche, die großen Axialkolbenpumpen für solche Zwecke einfach im Maßstab zu verkleinern, sind aus einer Vielzahl von Gründen heraus generell fehlgeschlagen. Ein wichtiger Grund für den Fehlschlag ist, wie es hätte erwar­ tet werden können, das Fehlen von einer adäquaten Schmierung. Ein anderer besteht in der Schwierigkeit der Miniaturisie­ rung der vielen Teile von konventionellen Axialkolbenpumpen, wie es beispielsweise Gleitteile, Gleitteilführungen u. dgl. sind, während Festigkeit, Leichtigkeit des Zusammenbaus und Wirtschaftlichkeit der Reparatur und Wartung aufrechterhal­ ten werden sollen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde eine kleine Multi­ bzw. Mehrkolben-Axialkolbenpumpe entwickelt, welche diese Probleme löst und welche zum Pumpen von Strömungsmitteln von niedriger Schmierfähigkeit, wie beispielsweise Siliconölen, bei hohem Druck und hohen Geschwindigkeiten verwendet werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde außerdem überraschenderweise gefunden, daß eine All- bzw. Ganzstahl­ konstruktion enge Spiele zwischen den Teilen zur Minimali­ sierung der Leckage von sehr dünnen Strömungsmitteln, wie sie beispielsweise gegenwärtig als Bremsströmungsmittel ver­ wendet werden, ermöglicht, während sie einen Betrieb über einen weiten Temperaturbereich ohne Festfressen erlaubt. Die Pumpe nach der vorliegenden Erfindung ist nicht eine maßstablich verkleinerte Version von existierenden Axialkol­ benpumpen, sondern sie ist ein vollständig neues Konzept bei solchen Pumpen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe vom Taumelscheibentyp zur Verfügung gestellt, die folgendes umfaßt: ein Gehäuse; eine zylindrische Bohrung in dem Gehäuse; eine Kolbentrommel bzw. -zylinderbüchse, die in der Bohrung drehbar und im Abstand von den Bohrungswänden angeordnet ist; eine Antifriktions­ lagereinrichtung, welche die Trommel bzw. Zylinderbüchse um­ gibt bzw. umgreift, zwischen der Trommel bzw. Zylinderbüchse und der Bohrung; eine Mehrzahl von Axialkolbenbohrungen in der Trommel bzw. Zylinderbüchse, die im Abstand um die Trom­ mel- bzw. Zylinderbüchsenachse herum angeordnet und an einem Ende offen sind sowie an dem anderen Ende Strömungsmittel­ kanäle durch die Trommel bzw. Zylinderbüchse haben, wobei vorzugsweise pro Axialkolbenbohrung wenigstens ein Stromungs­ mittelkanal durch die Trommel bzw. Zylinderbüchse an dem erwähnten anderen Ende vorgesehen ist; einen Kolben in jeder solchen Kolbenbohrung, der sich aus dem erwähnten offenen Ende heraus erstreckt; eine Federeinrichtung auf bzw. an jedem Kolben und dem anderen Ende der Kolbenbohrung, welche die Kolben aus der Bohrung herausdrückt bzw. herauszudrücken bestrebt ist; eine ortsfeste Rampentaumelscheibe in der Ge­ häusebohrung unterhalb der sich erstreckenden bzw. der sich aus dem offenen Ende der Kolbenbohrung heraus erstreckenden Kolben; eine Antifriktionsdrucklagereinrichtung bzw. -axial­ drucklagereinrichtung zwischen der Taumelscheibe und den Kolben; eine axiale Antriebswelle auf bzw. an der Trommel bzw. Zylinderbüchse, die sich durch ein Antifriktionslager in einer Öffnung in dem Gehäuse gegenüber der Bohrung er­ streckt und von diesem Antifriktionslager gehalten wird so­ wie zum Antriebseingriff mit einer externen Antriebseinrich­ tung vorgesehen ist; und eine entfernbare Kanalkappen- bzw. -deckeleinrichtung auf dem Gehäuse über der erwähnten Boh­ rung, die Einlaß- und Auslaßkanäle bzw. einen Einlaß- und einen Auslaßkanal hat, welche mit den Strömungsmittelkanälen in der Tronmel bzw. Zylinderbüchse in Verbindung stehen. Vorzugsweise ist die Antifriktionslagereinrichtung zwischen der Trommel bzw. Zylinderbüchse und der Bohrung ein Nadel­ rollenlager. Die Antifriktionsdrucklagereinrichtung bzw. -axialdrucklagereinrichtung zwischen der Taumelscheibe und den Kolben ist vorzugsweise ein Nadelrollenlager zwischen zwei Ringen. Das Antifriktionslager, welches die Antriebs­ welle umgibt und hält, ist vorzugsweise ein Kugellager. Die Kanalkappen- bzw. -deckeleinrichtung ist vorzugsweise durch versetzte Schrauben an dem Gehäuse angebracht und mittels eines O-Rings gegen das Gehäuse abgedichtet.

In der vorstehenden allgemeinen Beschreibung der vorliegen­ den Erfindung wurden gewisse Ziele, Zwecke, Merkmale und Vor­ teile der Erfindung beschrieben.

Diese Ziele, Zwecke, Merk­ male und Vorteile sowie andere Ziele, Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, in welcher besonders bevorzugte Ausführungsfor­ men der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenauf­ rißansicht einer Axialkolbenpumpe gemäß einer be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Aufsicht von oben auf die Pumpe der Fig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht von unten auf die Pumpe der Fig. 1;

Fig. 4 eine Aufsicht von oben auf die Pumpentrommel bzw. -zylinderbüchse der Pumpe der Fig. 1;

Fig. 5 eine Aufsicht von unten auf die Kanalkappe bzw. den Kanaldeckel der Pumpe der Fig. 1; und

Fig. 6 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Pumpenaufbaus gemäß der Erfindung, in welchem ein Drucklager bzw. Axialdrucklager und Ringe vor­ gesehen sind.

Es sei nun auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, in denen eine Pumpengehäuse 10 von generell quadratischem oder rechteckigem Querschnitt veranschaulicht ist, in welchem sich eine mittige zylindrische Bohrung 11 befindet, die an einem Ende 12 zur Aufnahme einer Kolben-Zylinderbüchse 13 offen ist, die ihrerseits in einem Nadelrollenlager 14 dreh­ bar gelagert ist, welches sich zwischen der Zylinderbüchse 13 und der Bohrung 11 befindet. Die Zylinderbüchse 13 ist mit drei Kolbenbohrungen 15 versehen, welche sich axial be­ züglich derselben bzw. in Axialrichtung derselben erstrecken, zur Aufnahme von Kolben 16 an einem Ende offen sind, und je eine mittige Bohrung 16 a haben, die eine Feder 17 trägt bzw. enthält, welche sich gegen das obere Ende der Kolbenbohrung 15 (in Fig. 1 ist es das untere Ende) abstützt, so daß sie den Kolben aus der Bohrung drückt bzw. mit einem aus der Bohrung hinausgerichteten Druck beaufschlagt. Jede Kolben­ bohrung 15 hat einen Kanal 18, der sich durch die Oberseite bzw. das obere Ende des Zylinderbüchse 13 erstreckt. Die Boh­ rung 11 ist im mittleren Bereich der Dicke des Gehäuses 10 im Durchmesser durch Abstufung vermindert, und zwar zum An­ bringen eines Gleit- oder Rollagers 19, insbesondere eines Kugellagers, welches die Antriebswelle 20, die sich auf bzw. an der Zylinderbüchse 13 befindet, umgibt und trägt bzw. la­ gert. Die Antriebswelle 20 erstreckt sich aus dem Gehäuse 10 heraus und ist dazu geeignet, mittels einer Kraftquelle, wie beispielsweise mittels eines Elektromotors, angetrieben zu werden. Zwischen dem Lager 19 und der Zylinderbüchse 13 be­ findet sich eine die Antriebswelle 20 umgebende bzw. umgrei­ fende, befestigte Rampen- bzw. Ansteigungs-Taumelscheibe 21, die mittels einer Kugel 22, welche sich in einer Nut 21 a der Rampe bzw. Ansteigung und in einer Ausnehmung 10 a des Gehäu­ ses befindet, gegen Drehung gehalten wird bzw. gesichert ist. Die einander kontaktierenden Oberflächen der Rampe bzw. An­ steigung 21 und des Endes des Kolbens 16 bzw. der Kolben 16 sind vorzugsweise mit Tellurnickel versehen oder in sonsti­ ger geeigneter Weise so oberflächenbehandelt und/oder be­ schichtet, daß sich eine Gleitlageroberfläche ergibt. Chev­ rondichtungen 23 werden um die Antriebswelle 20 mittels ei­ nes Kompressionsrings 23 a an Ort und Stelle gehalten, so daß dadurch das Lager vom Äußeren des Gehäuses 10 abgedich­ tet wird.

Eine Anschluß- bzw. Kanalkappe 24 deckt das offene Ende der Bohrung 11 ab und wird mittels Kappen- bzw. Kopfschrauben 25 an Ort und Stelle gehalten. Ein O-Ring 26 zwischen der Kanal­ kappe 24 bzw. dem Kanaldeckel 24 und dem Gehäuse 10 dient dazu, das Ende der Kappe bzw. des Aufsatzes gegenüber dem Gehäuse 10 abzudichten, um Strömungsmittel in dem Gehäuse selbst bei erhöhten Temperaturen zurückzuhalten. Der Einlaß­ kanal 27 befindet sich in Verbindung mit einem Einlaßschlitz 29 auf bzw. an der Unterseite des mit Kanälen versehenen Deckels 24. Der Auslaßkanal 28 befindet sich in Verbindung mit einem Auslaßschlitz 30 auf bzw. an der Unterseite des mit Kanälen versehenen Deckels 24. Wenn die Zylinderbüchse 13 rotiert, werden die Kolben 16 in den Kolbenbohrungen 15 hin- und herbewegt. Der zeitliche Verlauf ihrer Bewegung bei der Rotation auf der Rampe 21 ist derart, daß sie sich in Verbindung mit dem Einlaßschlitz 29 befinden, wenn sie um den Maximalbetrag aus den Kolbenbohrungen herausbewegt sind, so daß, wenn sich die Kolbenbohrungen 15 bei der Rotation mit Strömungsmittel füllen, sich die Kolben 16 aus dem Kon­ takt bzw. aus der Verbindung mit dem Einlaßschlitz heraus und in Verbindung mit dem Auslaßschlitz bewegen, zu welcher Zeit sie Strömungsmittel in den Auslaßkanal 28 entladen bzw. abgeben. Das Roll- bzw. Wälzlager 14 zwischen der Zylinder­ büchse 13 und dem Gehäuse 10 schaltet jedes Problem einer Reibungserwärmung und von Verschweißerscheinungen zwischen diesen relativ zueinander rotierenden Teilen aus. In ent­ sprechender Weise schaltet die mit Tellurnickel versehene Gleitoberfläche oder die in sonstiger Weise durch Oberflä­ chenbehandlung und/oder -beschichtung als Gleitlageroberflä­ che ausgebildete Oberfläche zwischen der Taumelscheibenrampe und den Kolbenenden eine Reibungserwärmung, Abnutzung und Verschweißerscheinungen der Teile aus. Als Ergebnis hiervon kann die Pumpe nach der vorliegenden Erfindung bei hohen Drücken während ausgedehnter bzw. langdauernder Zeitdauern laufen, ohne daß eine Überhitzung oder Verschweißerscheinun­ gen auftreten.

In Fig. 6 ist eine andere Form einer Antifriktionsdruckla­ ger- bzw. -axialdrucklageranordnung zwischen der Taumelschei­ benrampe 21′ und den Kolbenenden 16′ veranschaulicht. In die­ ser Ausführungsform ist ein Nadelrollendruck- bzw. -axial­ drucklager 30 zwischen Ringen 31 und 32 anstelle der mit Tellurnickel versehenen Antifriktionsoberfläche auf der Ram­ pe 21 oder den Kolben 16 oder auf der Rampe 21 und den Kol­ ben 16 der Fig. 1 vorgesehen. Der Ausgleich des Aufbaus ist derselbe.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschrie­ benen und/oder dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfin­ dung, wie er in den Patentansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er den ge­ samten Unterlagen zu entnehmen ist, in vielfältiger Weise mit Erfolg ausführen.

Es sei darauf hingewiesen, daß das erwähnte Tellurnickel be­ sonders bevorzugt Melonit ist, insbesondere NiTe₂ bzw. Ni₂Te₃ mit vorzugsweise 76 bis 81% Te.

Claims (9)

1. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, mit einem Gehäuse, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axialkolbenmaschine weiter folgen­ des umfaßt: eine zylindrische Bohrung (11) in dem Gehäuse (10); eine Kolbenzylinderbüchse (13, 13′), die in der Bohrung (10) drehbar ist und sich im Abstand von den Bohrungswänden befindet; eine Antifriktionslagereinrichtung (14), welche die Zylinderbüchse (13, 13′) umfaßt bzw. umgreift und zwi­ schen der Zylinderbüchse (13, 13′) und der Bohrung (11) vor­ gesehen ist; eine Mehrzahl von axialen Kolbenbohrungen (15) in der Zylinderbüchse (13), die an einem Ende offen sind und am anderen Ende Strömungsmittelkanäle (18) durch die Zylin­ derbüchse (13) haben; einen Kolben (16, 16′) in jeder derarti­ gen Kolbenbohrung (15), der sich aus dem erwähnten offenen Ende heraus erstreckt; eine Federeinrichtung (17) zwischen jedem Kolben (16, 16′) und dem erwähnten anderen Ende der Kol­ benbohrung (15); eine ortsfeste Rampentaumelscheibe (21, 21′) in der Gehäusebohrung (11) unterhalb der sich erstreckenden Kolben (16); eine Antifriktionsdrucklagereinrichtung bzw. -axialdrucklagereinrichtung (30′, 31, 32) zwischen der Taumel­ scheibe (21, 21′) und den Kolben (16, 16′); eine axiale An­ triebswelle (20) auf bzw. an der Zylinderbüchse (13, 13′), die sich durch ein Antifriktionslager (19) in einer Öffnung in dem Gehäuse (10) gegenüber der Bohrung (11) zum Antriebs­ eingriff mit einer äußeren Antriebseinrichtung erstreckt; und eine entfernbare Kanalkappeneinrichtung (24) auf dem Ge­ häuse (10) über der Bohrung (11), die Einlaß- und Auslaßka­ näle (27, 28) bzw. einen Einlaß- und einen Auslaßkanal (27, 28) hat, welche mit den Strömungsmittelkanälen (18) in der Zylin­ derbüchse (13, 13′) in Verbindung sind.

2. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antifriktionslagereinrichtung (14) zwischen der Zylinderbüchse (13, 13′) und der Gehäuse­ bohrung (11) ein Nadelrollenlager ist.

3. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antifriktionslagerein­ richtung (30′, 31, 32) zwischen der Taumelscheibenrampe (21′) und den Enden der Kolben (16′) ein Paar Ringe (31, 32) ist, die durch ein Nadelrollendrucklager bzw. -axialdrucklager (30′) getrennt sind.

4. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antifriktionslagerein­ richtung zwischen der Taumelscheibenrampe (21) und den Enden der Kolben (16) eine mit Tellurnickel versehene Oberfläche entweder auf den Kolbenenden oder der Taumelscheibenrampe (21), die in Kontakt miteinander sind, oder sowohl auf den Kolbenenden als auch auf der Taumelscheibenrampe (21), die in Kontakt miteinander sind, ist.

5. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antifriktionslagerein­ richtung (19), welche die Antriebswelle umfaßt bzw. umgreift und hält, ein Kugellager ist.

6. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antifriktionslagereinrichtung (19), welche die Antriebswelle (20) umfaßt bzw. umgreift und hält, ein Kugellager ist.

7. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antifriktionslagereinrichtung (19), welche die Antriebswelle (20) umfaßt bzw. umgreift und hält, ein Kugellager ist.

8. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpe und/oder der Motor vollständig aus Stahl aufgebaut ist.

9. Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe und/oder -motor, nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pumpe und/oder der Motor vollständig aus Stahl aufgebaut ist.