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Kolbenpumpe Die v()rlicgciide Erfindung bezieht sich auf hydraulisclic
Kolbenpumpen von der Art, in welcher die Kolben um eine gemeinsame Achse in einem
Zylinderblock ;ingeordnet sind, wobei sie ohne dazwischen geschaltete Pleuelstangen
entweder direkt oder durch Stoßstangen hin und her bewegt werden, dies viermittel;
einer Koibenbetätigungsyorrichtung, welche cine Tauinelscheibe umfaßt, der mittels
einer Schiefscheibe mit Bezug auf die Achsen der Kolben eine T@iunielbcw-egung mitgeteilt
wird. Die obige Beschreibung ist als Definition der Bezeichnung des beschriebenen
Typs aufzufassen, wie sie am Ende der vorliegenden Beschreibung in den Patentansprüchen
verwendet wird. 1-s gilt als vorausgesetzt, daß eine Pumpe des obigen Typs, wenn
sie mit Druckflüssigkeit, welche im folgenden als Flüssigkeit bezeichnet wird, beliefert
und mit einer geeigneten Ventilanordnung versehen wird, auch als Motor arbeitet.
Dementsprechend soll unter der Bezeichnung Pumpe, die im folgenden verwendet wird,
nicht nur eine Pumpe, sondern auch ein Motor verstanden werden.
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Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Pumpe
des obigen Typs, welche verbesserte Mittel zur Aufnahme der Druckbelastungen auf
der Taumelscheibe und der Schiefscheibe aufweist, damit diese auch unter den schwersten
Belastungen, denen die Pumpe unterzogen werden kann, keinen Brüchen ausgesetzt sind.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die allgemeine Verbesserung der Leistung solcher
Pumpen.
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In einer Axial-Kolbenpumpe gemäß vorliegender Erfindung wird der Axialdruck
auf der Taumelscheibe
und der Schiefscheibe durch Lager aufgenommen,
die aus gegenüberliegenden flachen und mit Bezug aufeinander drehbaren Flächen gebildet
werden, die durch einen dazwischenliegenden Ölfilm so voneinander getrennt sind,
daß kein metallischer Kontakt zwischen ihnen besteht. Jedes der besagten Lager kann
eine Unterlagsscheibe aufweisen, von denen eine zwischen der Taumelscheibe und der
schiefen Fläche der Schiefscheibe, die andere zwischen der Rückenfläche der Schiefscheibe
und einem Stützelement angeordnet sein kann, wobei die besagten Unterlagsscheiben
mit Bezug auf die Schiefscheibe gegen Drehung fixiert sind. Eine der zusammenwirkenden
Flächen jedes Lagers besteht aus einem relativ weichen Lagermetall, und eine der
besagten Flächen ist mit radial verlaufenden Rillen versehen, welche sich innen
in einen Hohlraum öffnen, in dem während des Betriebes eine ununterbrochene Ölzufuhr
zur Verfügung steht.
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Wo Unterlagsscheiben zur Verwendung gelangen, sind die weichen Oberflächen
der zusammengebauten Unterlagsscheiben außen, so daß sie einerseits die hintere
Fläche der Taumelscheibe und andererseits die gegenüberliegende Fläche des Stützelementes
für die Schiefscheibe berühren. Wo keine Unterlagsscheiben verwendet werden, können
die Weichmetallflächen auf der Taumelscheibe bzw. dem Stützelement der Schiefscheibe
angebracht werden, wobei die Flächen der Schiefscheibe selbst in Hartmetall ausgeführt
werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die beiden Flächen der Schiefscheibe
aus Weichmetall herzustellen, während die damit zusammenwirkenden Flächen der Taumelscheibe
und des Stützelementes in Hartmetall ausgeführt sind. In der vorzugsweisen Ausführung
hat sowohl die Taumelscheibe als auch die Schiefscheibe so viel Spiel, daß sie mit
Bezug auf ihre Stützflächen kippbar ist, und in der folgenden Beschreibung des auf
den Begleitzeichnungen illustrierten Ausführungsbeispieles wird erklärt, wie diese
Möglichkeit geschaffen werden kann. In den Zeichnungen ist Fig. i ein Längsschnitt
durch eine Axial-Kolbenpumpe mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften, Fig. 2 ein
Aufriß derselben Pumpe mit einem weggebrochenen Teil, der eine Anordnung zeigt,
welche weiter unten beschrieben wird.
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Die Axial-Kolbenpumpe nach den Zeichnungen umfaßt eine Antriebswelle
i, eine Schiefscheibe 2, die im Preßsitz auf der Antriebswelle angeordnet ist, eine
Taumelscheibe 3, die auf einer Nase oder einem Ansatz 4 der Schiefscheibe montiert
ist, ein Stützelement 5 zur Stützung der Schiefscheibe gegen Axialdruck, ein Kurbelgehäuse
6, das den Antriebsmechanismus umschließt, einen Pumpenkörper 7, der die axial verlegten
Kolben 8 und 9 mit ihren Ventilen enthält, und eine einfache Zahnradpumpe io, welche
als Zusatzpumpe dient und durch eine biegsame Verlängerung i i der Antriebswelle
i angetrieben wird.
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In der dargestellten Pumpe wird der auf die Taumelscheibe und auf
die Schiefscheibe wirkende Druck von Lagern aufgenommen, welche eine Unterlagsscheibe
12, die zwischen der Taumelscheibe und der schiefen Fläche der Schiefscheibe angeordnet
ist, und eine weitere Unterlagsscheibe 13 aufweisen, die zwischen der Rückenfläche
der Schiefscheibe und der gegenüberliegenden Fläche des Stützelementes 5 angeordnet
ist. Diese Unterlagsscheiben werden durch Paßstifte 14, welche in Löcher der Schiefscheibe
eingreifen, gegen Drehung mit Bezug auf die besagte Schiefscheibe festgehalten.
Diese Unterlagsscheiben weisen an den Seiten, die der Taumelscheibe bzw. dem Stützelement
gegenüberliegen, einen Belag aus einem verhältnismäßig weichen Lagermetall auf und
diese weichen Oberflächen werden radial von Rillen für die Verteilung des Öles durchzogen.
Es hat sich erwiesen, daß es ein Vorteil ist, wenn diese Radialrillen scharfe Kanten
aufweisen.
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Öl fließt an die Lagerflächen, indem es zuerst durch die Radiallöcher
15 in dem Stützelement 5 einwärts in einen ringförmigen Raum 16 zwischen dem Stützelement
und einem rückwärtigen Ansatz 2a der Schiefscheibe gesogen wird. Aus diesem ringförmigen
Raum 16 fließt ein Teil des Öles durch die Radialrillen in der Fläche der Unterlagsscheibe
13, und das restliche Öl fließt durch eine Reihe von Axiallöchern 17
in die
Rillen in der gegenüberliegenden Fläche der anderen Unterlagsscheibe 12. Infolge
der Abschrägung der vorderen Fläche der Schiefscheibe öffnen sich einige dieser
Löcher 17 in die Rillen an einer Stelle ihrer Längsausdehnung, während sich
andere in der Mitte der Unterlagsscheibe 12 in den ringförmigen Raum 18 öffnen.
Das im Raum i8 befindliche Öl tritt zwischen der Trommelscheibe 3 und einer Hülse
io auf dem verlängerten Teil 4 der Schiefscheibe durch.
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Bei der dargestellten Pumpe sind die Pumpenzylinder in zwei Gruppen
geteilt, wobei diejenigen der einen Gruppe abwechslungsweise zwischen denjenigen
der zweiten Gruppe angeordnet sind. Die lichte Weite der einen Gruppe ist geringer,
vorzugsweise die Hälfte der lichten `'Feite der anderen Gruppe. Einer der Vorteile
dieser Anordnung ist es, daß die Durchgänge der Druckventile auf Ebenen angeordnet
«-erden können, die senkrecht auf der Achse der Pumpenwelle stehen, wobei die Druckbohrungen
mit einer Gruppe von Kolben in Verbindung stehen, die auf einer Ebene liegen, welche
näher der Schiefscheibe liegt als diejenige, auf welcher die Druckbohrungen, welche
mit der anderen Gruppe von Pumpenzylindern zusammenwirken, angeordnet sind. Die
einzelnen Druckbohrungen für jede Gruppe von Pumpenzylindern sind ebenfalls vorzugsweise
in verschiedenen Ebenen angeordnet; diejenigen beispielsweise, die mit den kleineren
Zylindern zusammenwirken, liegen der Schiefscheibe näher als diejenigen, die mit
den Zylindern größerer Weite zusammenwirken, oder umgekehrt.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sechs Pumpenzylinder
und Kolben in zwei Dreiergruppen 8 und 9 vorgesehen, wobei die Druckbohrungen 20
in jeder Gruppe parallel zueinander verlaufen und mit Bezug auf diejenigen der anderen
Gruppe von Druckbohrungen an der entgegengesetzten Seite des Pumpenkörpers angeordnet
sind. Die Druckbohrungen in jeder Gruppe sind gegeneinander versetzt; zwei, 8°,
wirken mit der einen Gruppe von Pumpenzylindern zusammen und eine, 911, mit der
anderen Gruppe (s.Fig. 2). Dabei sind die Druckbohrungen so angeordnet, daß zwei
auf einer Seite des Pumpenkörpers mit der
einen der gleichen Gruppe
auf der anderen Seite des Pumpenkörpers vereinigt und alle drei zusammen mit der
Druckhauptleitung verbunden werden.
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Bei der verbesserten Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
neuartige Konstruktion und Anordnung der Einlaßventilführungen und Sauggänge verwendet.
Sie besteht darin, daß in dem Ende des Pumpenkörpers, das demjenigen mit den Pumpenkolben
entgegengesetzt ist, eine einzige zylindrische Höhlung 2 t gebildet wird, welche
mit der Pumpenantriebswelle konzentrisch verläuft, und in diese Höhlung wird eine
ringförmige Buchse 22 so eingepreßt, daß zwischen ihrem Ende und dem Boden der Höhlung
ein Abstand bleibt und ein Teil der Buchse aus dem Pumpenkörper ragt, um einen ringförmigen
Stutzen zu bilden. Konzentrisch mit den Pumpenzylindern und Saugventilbohrungen
wird in der Buchse eine entsprechende Zahl von parallelen Bohrungen geschaffen,
welche die Saugventilführungen darstellen. Die Sauggänge können auf geeignete Weise
dadurch gebildet werden, daß in der Buchse zwischen den Führungsbohrungen Löcher
geschaffen werden, die ztr dem Raum 23 zwischen dem Ende der Buchse und der entsprechenden
Bohrung im Pumpenkörper führen.
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In der obigen Konstruktion wird das Ende des Pumpenkörpers mittels
einer Deckplatte 24 geschlossen, welche auf dem vorspringenden Teil der Saugventilführung
zentriert und selbst mit einem ringförmigen Ansatz 25 versehen ist, der durch ein
Loch in der 'Mitte der vorstehend erwähnten ringförmigen Führungsbuchse des Saugventils
ragt, damit die Einl;rßleiturrg 25° bildet und mit dem Pumpenkörper ; bei 26 eine
Frrge bildet. Die Deckplatte bildet vorteilhaft einen feil der Zusatzzahnradpumpe
ro, und die Verlängerung ii der Hauptantriebswelle für den Antrieb dieser Pumpe
kann durch den vorstehend beschriebenen ringförmigen Teil 25 des Deckels
geführt werden.
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Die Bohrungen -27, welche die Sitze der Druckventile bilden, sind
zvlindrisch und enden einwärts in stumpfkonischen Teilen 28, die ihrerseits in zylindrische
Durch@rän ge 29 iibergehen, wobei die L'bergänge von den stumpfkonischen Teilen
zu den zylindrischen Durchgängen die Sitze der Druckventile bilden.
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Jede Druckventilführung 3o weist an ihrem äußeren Ende einen kurzen
zylindrischen Teil auf, der in die vorerwähnte zylindrische Bohrung eingreift, ferner
einen langen, weniger starken Teilar und einen kurzen stumpfkonischen Teil 32, der
in das äußere Ende des stumpfkonischen Teiles der Bohrung des Druckventils eindringt.
Dieser Teil weist Schlitze auf, welche Durchgänge für das 01 bilden.
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Jedes Druckventil besteht aus einem kurzen stumpfkonischen Teil
33 und einem langen zylindrischen Teil 34 kleineren Durchmessers, wobei der
besagte zylindrische Teil in einer entsprechenden zylindrischen Bohrung in der Führung
31 geführt wird. In der Führung des Druckventils ist ferner auch eine Druckfeder
untergebracht, welche einen Druck auf das Ende des zvlindrischen Teiles des Druckventils
ausübt. Der Innenwinkel der Flanken des stumpfkonischen Teiles des Druckventils
ist vorzugsweise etwas kleiner als der Innenwinkel der Flanken des stumpfkonischen
Teiles der Bohrung des Druckventils, so daß das Druckventil beim Übergang des inneren
Endes des stumpfkonischen Teiles 28 der Bohrung des Druckventils zum zylindrischen
Durchgang aufsitzt.
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Überschüssiges 01 von der Zusatzpumpe fließt durch eine verengte
Öffnung 35 (s. Fig. 2) zur Kühlung des Schmieröles in das Kurbelgehäuse und dann
zurück in das Reservoir. Diese Öffnung 35 ist so ausgebildet, daß unter der Voraussetzung,
daß eine entsprechende Menge überschüssigen Öles zur Kühlung des Kurbelgehäuses
vorhanden ist, genügend Druck besteht, um das 01 durch die Saugventile in
die Pumpenzylinder zu drücken und die Kolben gegen die Fläche der Taumelscheibe
zu pressen. Ist jedoch andererseits nicht genug 01 für die Zahnradpumpe vorhanden
oder sorgt diese aus irgendeinem Grunde nicht für genügende Ölzufuhr, so reduziert
die durch die Öffnung in das Kurbelgehäuse fließende Ölmenge den Druck so stark,
daß das 01 nicht mehr in die Pumpenzylinder gepreßt wird. Damit stellt die
Pumpe ihre Arbeit ein. Dies ist eine Sicherheitsvorrichtung, die gewährleistet,
daß die Lagerorgane im Kurbelgehäuse nicht belastet werden (sie können nicht belastet
werden, wenn die Pumpe nicht arbeitet), wenn nicht ein entsprechender Überschuß
an Öl zur Kühlung des Kurbelgehäuses vorhanden ist.
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Um Beschmutzung des Schmieröles durch das von der Zahnradpumpe zugeführte
01 zu verhindern, ist ein dünner Metallring 36 zwischen dem Schmieröl und
dem Kühlöl eingesetzt, so daß das Kurbelgehäuse 6 in eine Zentralkammer 37, welche
die Teile der Kolbenbetätigungsvorrichtung und das Schmieröl enthält, und eine ringsherum
verlaufende ringförmige Kammer 38 getrennt wird, welche das Kühlöl enthält.
Dieser dünne Trennring bzw. diese Abschirmung besteht vorzugsweise aus perforiertem
Blech, über das eine sehr feinmaschige Gaze gespannt ist.
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Eine weitere ringförmige Abschirmung 39 mit größeren Perforationen
ist innerhalb der feinen Abschirmung 36 angeordnet und dient dazu, das Öl in der
Kammer 37 an der Wirbelbildung zu verhindern. Diese Wirbel würden die Einwärtsbewegung
des Öles an die Radiallöcher 15 in dem Stützelement 5 störend beeinflussen.
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Das 01 in der Zentralkammer 37 wird durch das 01
nachgefüllt,
das über die Pumpenkolben fließt; obwohl die Menge sehr gering ist, genügt sie,
um das 0I innerhalb der Abschirmung während des Betriebes der Pumpe innerhalb nützlicher
Zeitabstände zu erneuern, wodurch seine Schmiereigenschaften erhalten bleiben.
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Wie in vorliegender Beschreibung vorgängig erwähnt, ist die Taumelscheibe
3 mit Bezug auf die Schiefscheibe 2 frei kippbar. Gleicherweise ist auch die Schiefscheibe
mit Bezug auf das Stützelement 5 um einen kleinen Wert kippbar. Diese Kippbewegung
wird dadurch erreicht, daß die Hauptantriebswelle so ausgebildet ist, daß sich die
Verlängerung ii biegen kann und daß die Hauptwelle i mittels eines einzigen Traglagers
40 gegen Radialbelastung abgestützt wird.. Die Taumelscheibe ist ebenfalls durch
ein verhältnismäßig kurzes Traglager, das durch die Hülse i9 gebildet wird, gegen
Radialbelastung abgestützt. Der lose
Sitz zwischen Taumelscheibe
und Traglager gibt dem ersteren die -Möglichkeit der gewünschten Kippbewegung.
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Die Kolbenenden können entweder sphärisch oder konisch sein, doch
wird eine konusälinliche Form vorgezogen, wobei die Flanken der komisähnlichen Fläche
Kurven mit großem Radius beschreiben, dies auf eine Art und «'eise, daß die Kontaktfläche
auf dem Kolbenende bei voller Belastung sich fast von einen: Ende der konusartigen
Flanke zum anderen erstreckt. In einem typischen Fall lag die Abweichung der konusä
linlichen Form von der wirklich konischen bei einem Koibendurchrnesser von 13 mm,
einem :'lrbeitsdrucl@ von 5oo kg 'cm', einem Kippwinkel von 12` der Schiefscheibe
und einem Radius Gier gebogenen konusähnlichen Flanke von i5o min in der Größenordnung
von 0,025 mm.
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Die Antriebswelle i und die Schiefscheibe 2 drehen sich, während der
Pumpenkörper 7 stationär bleibt. Dagegen wird die Taumelscheibe 3 langsam im entgegengesetzten
Sinne der Aiitriebsw-elle mittels eines Kegelgetriebes gedreht, wobei ein Rad :l1
am Pumpenkörper und das andere Rad 42 an der Taumelscheibe angeordnet ist. Der Winkel
des Kegelgetriebes ist gleich wie die Sekante des Kippwinkels der Schiefscheibe;
daraus ergibt sich, daß die Gegenrotation der Taumelscheibe im wesentlichen reinen
Abrollkontakt zwischen den Kolbenenden und der Fläche der Taumelscheibe gewährleistet,
wobei die Kolben frei rotieren können. In Verbindung mit filmgeschmierten Druckscheiben
ermöglicht diese verzahnte Taumelscheibe, daß die Pumpe ohne erwähnenswerte Abnutzung
kontinuierlich bei sehr hohen Drücken betrieben werden kann, aber die Erfindung
ist nicht auf eine Pumpe mit diesem Getriebe beschränkt.
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Die zwei Druckleitungen 43 und 44 stehen in Verbindung mit einem kombinierten
Entlade- und Entlastungsventil (in den Zeichnungen nicht dargestellt), das auf eine
Weise angeordnet ist, daß die größeren Kolben bei Erreichung eines vorbestimmten
Druckes entlastet werden oder, in anderen Worten, daß die Druckleitung 43 an die
Einlaßöffnung angeschlossen wird und der Druck in der Druckleitung 44 durch ein
Rückschlagventil aufrechterhalten bleibt. Schließlich wird, wenn der Maximaldruck
erreicht ist, die Zufuhr der kleinen Kolben entlang der Druckleitung 44 durch das
Entlastungsventil abgeblasen.
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Das kombinierte Entlade- und Entlastungsventil kann als DruckregeLventil
ausgebildet sein, in welchem Fall zwischen dem vorbestimmten Druck, bei welchem
die großen Kolben umgangen werden, und dem Maximaldruck, bei welchem der Druck der
kleinen Kolben abgeblasen wird, nur ein Unterschied von 14 bis 21 kg"'cm2 besteht.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Ventil so anzuordnen, daß die Pumpe als
zweistufige Hochdruckpumpe betrieben wird, in welchem Fall sich ein Druckunterschied
von 140 bis 21o kg, cm2 zwischen dem vorbestimmten Druck, bei welchem die großen
Kolben entlastet oder umgangen werden, und dem 'Maximaldruck, bei welchem die Leistung
der kleinen Kolben am Entlastungsventil abgeblasen wird, ergibt. Darüber hinaus
kann die Zahnradpumpe io auf eine Kapazität von bis 451 Min bei
| 35 kgcm2 erhöht werden, wodurch für den schnellen |
| Einwärtshul> eine; Prcßkoiheiis ein niedriger Druck |
| und für die Druckopcr<ition, wie oben beschrieben, ein |
| anhaltender Druck oder ein Zweistufen-Hochdruck |
| geschaffen wird. |
| Das Entlade- und h_ntlastung;ventil kann verstellbar |
| sein, so daß der maximale (ireitzclrtick für das Ab- |
| blasen nach Maßgabe der Preßoperation nach Gut- |
| dünken variiert werden kann. |