DE4134184A1 - Verstellbare hydrostatische pumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer verstellbaren hydrostatischen Pum­ pen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Häufig müssen derartige Pumpen bei stark schwankendem Druckmittelbedarf zwischen einem sehr hohen Fördervolumen (großer Bedarf bei niederen Drehzahlen) und einem sehr kleinen Fördervolumen (kleiner Bedarf bei hohen Dreh­ zahlen) verstellt werden können. Bisher benötigte man zum Abdecken von Bedarfsspitzen sehr große Pumpeneinheiten, die aber über große Zeitanteile im fast abgeregelten Zustand betrieben werden. Daraus resultiert ein unbefriedigender Wirkungsgrad, aber auch eine geringe Genauigkeit des zugemessenen Förderstroms und die Gefahr von Stabi­ litätsproblemen. Häufig verwendet man auch sogenannte saugdrossel­ bare Pumpen für einen so extremen Verstellbereich, was jedoch zu Lärmbelästigung führt, besonders im oberen Drehzahlbereich, weil die Gleichförmigkeit des Förderstroms solcher Pumpen mit zunehmender Drosselung immer schlechter wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Pumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie sich besonders wirtschaftlich dem momentanen Bedarf, insbesondere auch Spitzenbe­ darf, auch bei stark wechselnden Antriebsdrehzahlen anpaßt, und insbesondere auch geräuscharm arbeitet. Sie benutzt dazu zwei über­ lagerte Systeme für die Kompensation der Drehzahländerungen und für die Zumessung des von den verschiedenen Verbrauchern benötigten Öl­ stroms. Besonders vorteilhaft ist es, die Pumpe so auszulegen, daß sich die Kolben im Stator befinden, also auch Ventilsteuerung der Pumpe möglich ist, daß das huberzeugende Element, zum Beispiel Taumelscheibe, Exzenter oder dergleichen, dagegen im Rotor, also mit Antriebsdrehzahl umläuft. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der nachfolgenden Be­ schreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung der Pumpe mit Saug- und Druckkreis, in Fig. 2 ein Arbeitsdiagramm der erfindungsgemäßen Pumpe, in Fig. 3 einen Längsschnitt einer etwas vereinfacht darge­ stellten Pumpe und in Fig. 4 einen Schnitt längs IV-IV nach Fig. 3.

Beschreibung des Erfindungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 eine Antriebswelle bezeichnet, welche einen Exzenter 11 antreibt. Die Antriebswelle 10 ist beispielsweise von einer Brennkraftmaschine angetrieben. Auf dem Exzenter 11 stützt sich ein in einem Zylinder 12 angeordneter Kolben 13 ab. An den Zylinder ist einerseits eine Saugleitung 14 mit verstellbarer Saugdrossel 15 angeschlossen, welche Leitung zu einem Behälter 16 führt. In dieser ist ein Rückschlagventil 17 angeordnet, das sich in Richtung von der Saugdrossel 15 zum Zylinder 12 hin zu öffnen vermag. An den Zylinder 12 ist außerdem die Förderleitung 18 angeschlossen, in der ebenfalls ein Rückschlagventil 19 angeordnet ist, das sich vom Zylinder 12 zur Verbraucherseite hin zu öffnen vermag.

Angenommen, der Exzenter 11 treibe drei Kolben an, so zweigen von der Saugleitung 14 zwei Leitungen 21, 22 ab - sie sind in Fig. 1 gestrichelt dargestellt - die jeweils zu den an sie angeschlossenen Zylindern mit Kolben führen, von denen dann Druckleitungen 23, 24 ausgehen. In den Saugleitungen 21, 22 sind ebenfalls Rückschlag­ ventile 25, 26 angeordnet, in den Förderleitungen 23, 24 Rückschlag­ ventile 28, 29. Die Förderleitungen 23, 24 können sich, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, wieder mit der Förderleitung 18 vereinigen, oder auch zu weiteren Verbrauchern führen.

Die Fig. 3 zeigt ein etwas vereinfacht dargestelltes, praktisches Ausführungsbeispiel einer Pumpe, wobei wesentlich ist, daß - und das gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - die Exzentrizi­ tät des Exzenters 11 veränderbar ist und gegenüber den Kolben mit zunehmender Drehzahl geringer wird, so daß sich dadurch auch der Hub der Kolben und damit die Fördermenge der Pumpe bei höherer Drehzahl verringert. Dies geschieht mit Hilfe eines Drehzahlsensors, wobei nun nach dieser allgemeinen Erläuterung auf das praktische Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eingegangen ist. Dieses ist jedoch inso­ fern vereinfacht dargestellt, als hier die Kolben und das Pumpenge­ häuse nicht dargestellt sind, sondern nur die Verstelleinrichtung für den Exzenter 11.

Auf der Antriebswelle 10 sind zwei nebeneinanderliegende Führungs­ ringe 31, 32 drehfest angeordnet zwischen denen der Exzenter 11 liegt. Er besteht aus einer außenliegenden, nicht rotierenden Hülse 11A, einer darunterliegenden Gleitbuchse 11B und einer wiederum weiter innen liegenden Hülse 11C, die mit einem Doppelkeil 33 zusammenwirkt. Der Doppelkeil ist in einer Längsbohrung 34 der An­ triebswelle 10 angeordnet und besteht aus einem ersten Keilteil 33A, das an der Hülse 11C anliegt, und einem zweiten Keilteil 33B, das wesentlich länger ausgebildet ist als das Keilteil 33A und das ver­ schiebbar in der Längsbohrung 34 angeordnet ist und dort an einer Fläche 35 gleitet. Auf das Keilteil 33B wirkt von der einen Seite her eine Druckfeder 37 ein, die sich am Grund der Längsbohrung 34 abstützt. Auf die entgegengesetzte Seite des Keilteils 33B wirkt ein Fliehkraftregler 38 ein bzw. ein von diesem betätigter Kolben 39, der in einem Bohrungsteil 40 der Antriebswelle 10 verschiebbar gelagert ist, und dessen Achse achsgleich verläuft wie die Achsen der Bohrung 34. Der Fliehkraftregler bildet den Drehzahlsensor.

Die Wirkungsweise der Pumpe sei anhand des Diagramms nach Fig. 2 erläutert. Auf der Abszisse ist der Drehwinkel y aufgetragen, auf der Ordinate die Fördermenge. Ein Fahrzeug braucht beispielsweise bei niedriger Drehzahl für seine Hydraulikverbraucher den vollen Förderstrombedarf, das Stellglied der Pumpe ist voll ausgestellt, so daß sich das unter der Kurve gestrichelt dargestellte Hubvolumen ergibt. Wenn die Drehzahl der Pumpe hoch ist und ebenfalls voller Bedarf notwendig ist, hat der Drehzahlsensor das Stellglied der Pumpe zurückgestellt, so daß sich eine Kurve nach Fig. 2b ergibt. Durch die hohe Drehzahl der Pumpe ist diese Fördermenge ausreichend. Wird nun bei hoher Drehzahl nur ein Teilbedarf benötigt - dies zeigt die Fig. 2c - so wird durch entsprechendes Schließen der Saugdrossel 15 nur noch ein Teil des in Fig. 2b dargestellten Druckmittels gefördert, das heißt es verbleibt ein entsprechend kleiner schraffierter Bereich.

Zusammengefaßt ist nochmal festzustellen: Bei zunehmender Drehzahl wird durch die Regeleinrichtung der Hub entsprechend verkleinert, und wenn nur ein Teilbedarf notwendig ist, tritt die Saugdrossel 15 in Aktion. Die Bedarfsanpassung erfolgt - und abhängig vom Hub (unabhängig von der Drehzahl) - immer durch Saugdrosselung.

Ohne durch das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt zu sein, sind eine große Anzahl von Steuerungs- und Regelungsmöglichkeiten gegeben, zum Beispiel kann zwischen Rotor und Stator eine kleine, integrierte hydrodynamische Pumpe einen der Antriebsdrehzahl zuge­ ordneten Druck erzeugen, der direkt über einen Stellkolben den Hub­ erzeuger gegen eine Feder in Richtung zu kleinerem Hub verstellt. Es kann aber auch ein elektrischer Sensor vorgesehen sein, der auf einen Regelschieber wirkt, der die Nachführung des huberzeugenden Elements über einen Hilfsdruck bewirkt. Weiterhin könnte der Ex­ zenter einer Radialkolbenmaschine von einer Federanordnung in seine maximale Exzentrizitätsstellung gebracht werden. Entgegen der Feder wirkt dann ein Druckzylinder, der die Exzentrizität in Abhängigkeit von einem Druck stetig oder in Stufen verringern kann. Bei einer mit einer Taumelscheibe ausgerüsteten Axialkolbenpumpe könnte durch eine Federanordnung der Anstellwinkel in Maximalstellung gehalten werden. Entgegen der Feder wirkt ein Druckzylinder, der den Anstellwinkel in Abhängigkeit von einem Druck stetig oder in Stufen verringert. Der Druck kann auch unmittelbar auf eine geeignete Fläche am verstell­ baren Teil der Taumelscheibe wirken. Der Querschnitt der Saugdrossel kann in Abhängigkeit vom Bedarf der Verbraucher verändert werden, zum Beispiel erfolgt bei einem Konstantdrucknetz die Querschnitts­ verringerung beim Erreichen des Nenndrucks.

Dies sollen nur einige Beispiele bzw. Anregungen für die Möglichkeit der Pumpen - bzw. der Saugdrosselsteuerung - sein.

Claims (5)

1. Verstellbare hydrostatische Pumpe mit mehreren Kolben, wobei in der Saugleitung eine verstellbare Drossel (15) angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hub der Kolben (12) in Abhängigkeit von der Drehzahl so verändert wird, daß der Förderstrom auf den maximalen Bedarf begrenzt wird.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem zu dem die Kolben aufnehmenden Bohrungen (12) führenden Leitungszweig der Saugleitung (14, 21, 22) hinter der Drossel (15) ein sich von dieser zur Bohrung hin öffnendes erstes Rückschlagventil (17, 25, 26) befindet und in dem von der Bohrung (12) zum Verbraucher führen­ den Leitungszweig (18, 23, 24) ein zweites Rückschlagventil (19, 28, 29).

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das huberzeugende Glied (11) ein rotierendes Teil ist (Nocken, Exzenter, Taumelscheibe) und sich die die Kolben aufnehmenden Bohrung (12) samt eventuell vorhandenen Ein- und Auslaßventilen im Stator befin­ den.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des huberzeugenden Glieds vom Signal eines Dreh­ zahlsensors gesteuert wird.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl­ sensor ein Fliehkraftregler ist.