DE1403747A1

DE1403747A1 - Pumpe mit veraenderlicher Foerdermenge und konstantem Druck

Info

Publication number: DE1403747A1
Application number: DE19611403747
Authority: DE
Inventors: auf Hichtnennung Antrag
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1960-08-30
Filing date: 1961-08-29
Publication date: 1969-03-06
Also published as: GB925060A

Description

Pumpe mit ■veränderlicher J'ördermenge und konstantem Druck

Die Erfindung betrifft einen zum Regeln des Hubvolumens und der Fördermenge einer Pumpe dienenden Stellkolben, dessen Einstellung durch einen im Zufluss des Druckmittels zur Druckseite des Stellkolbens angeordneten Steuerschieber erfolgt, wobei eine !eckverbindung zwischen der Druckseite des Stellkolbens und Niederdruck vorgesehen ist.

jJie !,rfindung geht von einer bekannten Pumpe aus, bei der •von einem Stellkolben die Pumpenfördermenge gesteuert wird und ein Steuerschieber vorgesehen ist, dessen Steuer npalt als Verbindung zwischen dem Stellkolben und der Druckseite der Pumpe dient. Der Steuerschieber verschiebt sich in Abhängigkeit vom Pumpenförderdruck, so dass der Steuerspalt mehr oder weniger geöffnet wird, was eine ent

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sprechende Verschiebung des Stellkolbens zur Folge hat, so dass Mur Konstanthaltung des Pumpenförderdruckes die Fördermenge der Pumpe entsprechend vergrössert oder verkleinert wird.

Bei diesen bekannten Pumpen treten jedoch Schwingungen beim Regeln auf, die zu einer unstabilen Betriebsweise führen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine Verschiebung des Steuerschiebers je nach Lage des Steuerschiebers oft nicht die beabsichtigte Wirkung hat, der Steuerschieber also einen toten Gang aufweist, dass auf den Stellkolben Reibungswiderstände einwirken, und dass zwischen der Bewegung des Stellkolbens und der des Steuerschiebers eine gewisse Verzögerung infolge der Kompressibilität des Druckmittels auftritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Schwingungen, die zu Schwankungen des Pumpenförderdruckes und/oder Verzögerungen im Ansprechen führen, zu vermeiden.

Es ist bereits ein Druckregelventil bekannt (deutsche Patentschrift 886 99o) das in der Zuleitung zu einer

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Brennerdüse zwischen dieser und der !Förderpumpe eingebaut ist. Die die Verbindung zwischen der Pumpendruckseite und dem Brenner herstellende Ventilnadel wird von einem Tauchkolben gesteuert, der auch zur Steuerung der Überlaufleitung dient. Der Rückfluss in die Überlaufleitung wird dabei so gesteuert, dass der Speisedruck des Brenners auf dem richtigen Wert gehalten wird. TJm Schwankungen des Speisedruckes zu vermeiden, wenn das Ventil um eine Gleichgewichts- · stellung schwingt, sind in dem Tauchkolben zwischen Zuleitung und Überlaufleitung Nuten veränderlichen Querschnitts vorgesehen, die eine !eckverbindung darstellen, so dass durch das ständige Überströmen von Druckmittel in die Überlaufleitung durch die !eckverbindung Schwankungen des Speisedruckes unterdrückt werden. Durch das bekannte Druclcregelventil wird jedoch nicht die Pumpe geregelt. Insofern liegen bei der Erfindung anders geartete Verhältnisse vor, da dort die Schwingungen beim Hegeln einer Pumpe vermieden werden sollen und deshalb das Druckmittel von der Pumpenaustrittsseite durch den Steuerspalt des Steuerschiebers zum Stellkolben fliesst.

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Die oben geschilderte Aufgabe ist bei einem Pumpenstellkolben der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass durch die durch die Leckverbindung ausströmende Drucktni tt elmenge der Steuerschieber so eingestellt ist, dass die ausströmende Menge stets durch den Steuerspalt des Steuerschiebers auf die Druckseite des Stellkolbens einströmendes Druckmittel ersetzt wird.

/Somit strömt durch die Leckverbindung so viel Druckmittel auf die Miederdruckseite ab, dass sieh ein Steuerspalt am Steuerschieber einstellt, durch den stets so viel Druckmittel zum Stellkolben gelangt, wie durch die Leckverbindung ausströmt. Durch die Leckverbindung einerseits und den Steuerspalt andererseits des Steuerschiebers wird also eine Gleichgewichtslage des Steuerschiebers bewirkt, in der der Steuerschieber leichter und besser bei Druclrveränderungen des Steuerdrucks anspricht, so dass Schwingungen und zu Schwingungen Anlass gebende übergrosse Stellwege vermieden sind. Durch den Steuerspalt fliesst also nicht nur das durch die Leckverbindung wieder ausströmende Druckmittel, sondern auch die zum Einstellen des Steuerkolbens der Pump'e zum Verändern der Fördermenge erforderliche

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Druclanittelregelmenge.

In zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung kann die Le clever "bindung durch eine im Steuerschieber oder im Steuerschiebergehäuse vorgesehene Bohrung, Anschrägung, Ringnut, Umgehungskanal oder dgl. gebildet werden.

Andererseits kann in zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung die Leckverbindung auch durch eine die beiden Seiten des Stellkolbens verbindende Drosselöffnung gebildet sein.

Die Erfindung ist nachstehend an einer Axialkolbenpumpe näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

3?ig. 1 eine Axialkolbenpumpe im Schnitt,

. 2 den vergrössert dargestellten Steuerschieber gem. Pig. I,

3?ig. 5 eine weitere Ausführungsform des Stellkolbens,

4 eine andere Ausführungsform des Steuerschiebers mit Abschrägung,

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Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Steuerschiebers mit einer Ringnut,

Fig. 6 eine v/eitere Ausführungsform des Steuerschiebers mit einem Umgehungskanal, und

Fig. 7 einen Schnitt längs der linie 7-7 der Fig. 6,

Die Zeichnungen zeigen eine durch Druck ausgeglichene Axialkolbenpumpe die wie bekannt arbeitet, jedoch eine !eckverbindung zwischen dem Druckraum eines Stellkolbens für die Tau-melscheibe und dem Niederdruckraum der Pumpe aufweist, welche Schwingungen in der Pumpe infolge des in einem Steuerschieber vorhandenen leerlaufweges, der Reibung zwischen dem Stellkolben und der Taumelscheibe und der Zusammendrückbarkeit des Strömungsmittels vermindert.

Das Gehäuse 2o ist mit einer Einlassöffnung 22 und einer Auslassöffnung 24 versehen. In dem Gehäuse 2o ist eine Welle 26 drehbar angeordnet, auf welcher ein ringförmiger Zylinderblock 28 befestigt ist. In diesem Zylinderblock sind sieben in gleichen Abständen angeordnete Zylinder 3o. vorgesehen. Jeder Zylinder 3o ist mit einem Kanal 32 ver-

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sehen, der über eine in dem Gehäuse 2o gebildete nierenförmige Öffnung 34 mit der Einlassöffnung 22 verbindbar ist. Der Kanal 32 ist ausserdem über eine nierenförmige Öffnung 36 mit der Auslassöffnunt 24 verbindbar.

Auf einem mit der Welle -26 fest verbundenen Kugelgelenk ist eine Taumelscheibe 4o schwenkbar, jedoch ctehfest gelagert. Die Taumelscheibe 4o läuft mit dem Kugelgelenk 38 und der Welle 26 zusammen um, ist jedoch in der Lage, um den Mittelpunkt der Gelenkkugel quer zur Welle 26 zu . taumeln. An der einen Seite der Scheibe 4o sind sieben mit Kugelpfannen 42 versehene Gleitscheiben 41 angeordnet, in denen Kugeln 44 gelagert sind, um eine allseitige Drehbewegung vorzusehen. Jede Kugel 44 ist an einem Kolben 46 befestigt, wobei sich die Kolben jeweils in einem entsprechenden Zylinder 3o hin- und herbewegen.

In dem Gehäuse 2o ist ein in der Längsrichtung verlaufender Zylinder 5o gebildet, in welchem sich ein Stellkolben 52 hin- und herbewegt, dessen Vorsprung 54 auf die Taumelscheibe 4o einwirkz, um ihren Winkel um eine Achse quer zur Welle 26 und damit den Hub der Kolben 46 in den Zylindern 3o zu verstellen. In den Gehäuse 2o ist diametral gegenüberliegend vom Zylinder 5o ein Zylinder 56 angeordnet, in dem

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ein. Gegenkraftkolben 58 hin- und herbeweglich angeordnet ist, wobei der Kolben 58 auf einen Kopf 53 einwirkt, der durch eine Peder 6o gegen die Taumelscheibe 4o gedruckt wird, um sie gegen den Vorsprung 54 zu drücken. Zum Heranführen von Strömungsmitteldruck, um den Stellkolben 52 gegen die Taumelscheibe 4o zu bewegen, ist in einem in dem Gehäuse 2o gebildeten axialen Z3^rlinder 64 eine Hülse 62 eingesetzt und in der Hülse zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung ein Steuerschieber 66 angeordnet. Die ; Pig. 2 zeigt eiie vergrösserte schematische Darstellung des Steuerschiebers 66 ohne die Hülse 62. Der Steuerschieber 66 wird durch eine Druckfeder 68 in die eine Richtung und durch den Pumpenforderdruck,'der das Ende 7o und eine Schulter 72 beaufschlagt, in die andere Richtung bewegt. In dem Steuerschieber 66 ist ein axialer Kanal 74 und ein den Kanal 74 überschneidender querverlaufender Schlitz 76 gebildet. "Wenn sich der Steuerschieber 66 unter dem Druck der Feder 68 nach rechts bewegt, tritt der Schlitz 76 mit einem ringförmigen Kanal 78 in der Hülse 62 in Verbindung, die wiederum über/4 inen Kanal 8o mit dem Stellkolben 52 in Verbindung steht. In der nach rechts verschobenen Stellung des Steuerschiebers 66 strömt das in der Leitung 8o befindliche Strömungsmittel von dem Kanal 74 durch

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den Schlitz 76 zu einer Ablassöffnung 82 der Hülse, was zur Folge hat, dass der gegen den Stellkorben 52 gerichtete Druck nachlässt und sich der Winkel der Taumelscheibe 4o vergrössert, wodurch die Pumpenleistung ansteigt. Wenn der Steuerkolben 66 so weit nach links bewegt wird, bis die Schulter 72 an dem Rand der ringförmigen !Tut 78 vorbeibewegt worden ist, wird das Strömungsmittel vom Pumpenauslass in die Leitung 8o hineingepumpt, wodurch der auf den Stellkolben 52 wirksame Druck erhöht und der Winkel der Taumelscheibe 4o vermindert wird. Diese Pumpe ist daher eine Pumpe mit konstantem Druck, da beim Sinken des Druckes in der Auslassöffnung 24 > was durch Öffnung eines Ventils 88 in einer Auslassleitung 9o verursacht v/erden würde, der Steuerschieber 66 durch die Feder 68 nach recht3 bewegt wird, so dass das Strömungsmittel durch die Leitung 8o zum Vorratsbehälter der Pumpe strömt und dadurch der Druck gegen den Kolben 52 vermindert, der Winkel der Taumelscheibe 4o vergrössert und die Fördermenge der Pumpe erhöht v/ird. Wenn die Menge des gepumpten Strömungsmittels ausreichend erhöht worden ist, wird der Förderdruck der Pumpe wieder ansteigen und der Steuerschieber 66 nach links gegen die Kraft der Feder 68 bewegt, bis die Schulter 72 sich von der ringförmigen Nut 78 entfernt hat und das geförderte Strömungsmittel in die Leitung 8o gepumpt wird, um den

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Winkel der Taumelscheibe 4o zu vermindern. Es ist ausserdem ein Kanal 97 vorgesehen, der die Auslassöffnung mit dem Zylinder 56 verbindet, so dass der Förderdruck bei der Druckbewegung des Gegenkraftkolbens 58 gegen die Taumelscheibe 4o unterstützend mitwirkt.

Die bisher beschriebene Axialkolbenpumpe mit konstantem Strömungsmitteldruck ist bekannt. Die Pumpen dieser Art unterlagen bisher Schwingungen, die auf verschiedene Ursachen zurückzuführen waren und zu einer Unstabilität der Pumpe führten. Am häufigsten wird unstabilität dadurch verursacht, dass unter bestimmten Pumpbedingungen die Schulter 72 die Neigung hat, sich ein bestimmtes Mass von der ringförmigen Öffnung 78 nach rechts zu bewegen, wenn sich der Steuerschieber 66 in der neutralen Lage befindet, bei einem Anstieg des Druckes in der Auslassöffnung 24 ein Leerlauf in der Steuerschieberbewegung entsteht, was darauf zurückzuführen ist, dass der Steuerschieber 66 sich erst um das zuvor erwähnte Mass nach links bewegen muss, bevor* zwischen der Leitung 8o und der Auslassöffnung eine Verbindung hergestellt ist. Infolge dieses Leerlaufes hat der Förderdruck die Neigung, sich zu einer grösseren Höhe aufzubauen, als es erforderlich oder erwünscht ist, und

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daher "bewegt sich der Stellkolben 52 zu weit nach rechts, so dass eine Korrektur erforderlich ist, um den Stellkolben 52 in die Stellung zurückzubewegen, in welcher der erforderliche Förderdruck erreicht wird. Der Steuerschieber 66 schliesst sich dann oder bewegt sich nach rechts, bis die Leitung 8o über die ringförmige Nut 78 mit dem G-ehäusebehälter oder der Abflussöffnung 82 in Verbindung steht. Dies verursacht eine unnötige Schwingung des Steuerschiebers 66 und Schwankung des Pumpenforderdruckes.

Diese !Instabilität wird durch die Anordnung einer kleinen Leäcleitung 94 (Pig. 1 und 2) im Steuerschieber 66 zwischen der Leitung 8o und dem Auslass 82 des G-ehäusebehälters ausgeglichen. Da eine bestimmte Strömungsnittelmenge ständig durch die Leckleitung 94 zum G-ehäuseauslass 82 fliesst, ist der Druck in der Leitung 8o etwas geringer als er normalerweise sein soll, so dass die !Fördermenge der Pumpe leicht erhöht wird. Dies führt zu einer Erhöhung des auf das Ende des Steuerschiebers 66 wirksamen Druckes, bis sich ein Spalt zwischen der Schulter 72 und der ringförmigen Hut 78 bildet, der eine aereichende Menge des geförderten Strömungsmittels in die Leitung 8o abfliessen lässt, um einen Ausgleich für das durch die Öffnung 94 verlorengegangene Strömungsmittel zu schaffen. Auf diese Weise führt ein Anstieg des ^x'örderdruckes stets zu einem

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im wesentliehen augenblicklichen Anstieg des Druckes in der leitung 80 und zu einer entsprechenden Bewegung des Kolbens 52. Übermässige Druckanstiege werden vermindert, da der Leerlauf oder die Überlappung in Portfall kommt.

Eine weitere Ursache der !Instabilität oder der Schwingung der Pumpe iät auf die Tatsache zurückzuführen» dass der Bewegung der Taumelscheibe durch die Kolben 52 und 58 und ihrer Bewegung in den Zapfenlagern ein gewisser Reibungswiderstand entgegengesetzt wird. Dies verlangsamt •die Bewegung des Stellkolbens 52, und es ist daher erforderlich, dass der Steuerschieber 66 offenbMbt, auch nachdem der erforderliche Förderdmck erreicht worden ist. Der Förderdruck wechselt, während das Ventil geöffnet ist, was zu übermässigen Druckanstiegen und Schwingungen führt. Durch die Vorsehung eines ausreichenden Leckdurchganges zwischen der Steuerdruckleitung 80 und dem Strömungsmittelbehälter der Pumpe, wird die Pumpe geringen Druckschwankungen gegenüber weniger empfindlich, da ein geringer Anstieg des Druckes in der Leitung 80 nur dazu führt, dass ein grösserer Teil des Strömungsmittels durch die Leckverbindung 94 strömt, ohne dass eine Steuerbewegung des Stellkolbens 52 stattfindet. Wenn daher der Leckdurchgang gross genug ist, so dass die

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Pumpe gegenüber Fehlern, die durch die Reibungskraft zwischen dem Stellkolben 52 und der Taumelscheibe entstehen, unempfindlich wird, entstehen keine Schwingungen.

Ein weiterer Fehler entsteht bei den bekannten Pumpen durch die Zusammenpressbarkeit des Strömungsmittels. Da das Strömungsmittel in der Steuerleitung 80 zusammendrückbar ist, besteht zwischen einer Erhöhung des Förderdruckes und der Bewegung des Stellkolbens 52 eine gewisse Verzögerung. 'Jährend dieser Zeit baut sich der Förderdruck zu einem Wert auf, der grosser als der gewünschte ist, was zu einer Bewgung des Stellkolbens 52 in entgegengesetzter Richtung führt, so dass der Druck gesenkt und dadurch ^unerwünschte Schwingungen hervorgerufen werden. Auch dies kann durch die Verwendung der Leckverbindung 94 vermieden werden, da jegliche Druckzunahrae infolge der Zusammendrückbarkeit des Strömungsmittels nur den Durchstrom einer grösseren otrömungsmittelmenge durch die !eckverbindung 94 bewirkt.

Der Durchgang der Leeckverbindung 94 ist daher so gross beiiQßsen, dass geringe Abweichungen des Druckes in der Steuerleitung: Go von dem genau ervriinschton Puaipenf or der druck nicht eine Bewegung dos ßtelll:olbens 52, sondern einen erhöhten oder vermiriüerten Durchstrom durch die Leclcverbindung

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verursacht. Während dies in sehr geringem Masse die Drucktoleranz des gewünschten Pörderdruckes erhöht, schliesst es.unerwünschte Schwingungen aus.

Die Figuren 3 Ms 7 zeigen v/eitere Möglichkeiten der Ausbildung des Leckdurchganges. Die Pig. 3 zeigt eine Tergrösserte Darstellung des Stellkolbens 52, in dessen vorderer "viand eine kleine Öffnung loo gebildet worden ist, um eine Verbindung zwischen dem Druckraum des Stellkolbens 52 und einem Fiederdruckraum, beispielsweise dem Behälterauslass 82 herzustellen. Pig. 4 zeigt eine Schulter Io2 des Steges des Steuerschiebers 66 zwischen den Kanälen So und 76, die abgeschrägt ist, so dass zwischen dem Kanal 8o und dem Behälterabfluss 82 ein geringer Leckweg besteht. Die Pig. 5 ist eine Ansicht ähnlich der Pig. 4, mit Ausnahme, dass die Anschrägung Io2 durch eine ringförmige Hut Io4 am Steg des Steuerschiebers 66 ersetzt worden ist, um den Leckweg zwischen dem Stellkolben 52 und dem Behälterauslass 82 vorzusehen. Die Pig. 6 und 7 zeigen einen Leckweg zwischen dem Pörderdruckkanal 24 und dem Behälterauslass 82, der durch je einen auf jeder Seite der Mündung der Leitung Bo vorgesehenen Drosseldurchgang gebildet ist, die den Durchgang des Strömungsmittels um den Steuerschieber 66 herum gestatten, wenn er sich in der neutralen Lage befindet.

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Der Querschnitt des erforderlichen Leckdurchganges ändert sich bei den gegebenen Pumpbedingungen unmittelbar mit dem gewünschten Steuerdruck in der leitung 80, der gewünschten Pumpenleistung, dem Strömungsmitteldurchlass des Steuerschiebers, nämlich dem Durchfluss in die Steuerleitung 80 bei jedem zum öffnen des Steuerschiebers erforderlichen Druckwechsel und dem Volumen des unter Druck stehenden Strömungsmittels in dem Steuerdruckkreis, und ändert sich umgekehrt zu dem Leckkoeffizienten der Pumpe, dem Gesamtmodul des Strömungsmittels und der Pläche des Stellkolbens 52.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf besondere Verwendungsgebiete beschrieben und dargestellt worden ist, können die Grundgedanken doch auf vielen anderen Gebieten Anwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

Zum Regeln des Hubvolumens und der Fördermenge einer Pumpe dienender Stellkolben, dessen Einstellung durch einen im Zufluss des Druckmittels zur Druckseite des Stellkolbens angeordneten Steuerschieber erfolgt, wobei eine !eckverbindung zwischen der Druckseite des Stellkolbens und Niederdruck vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch die durch die !eckverbindung ausströmende Druckmittelmenge der Steuerschieber (66) so eingestellt ist, dass die ausströmende Menge stets durch den Steuerspalt (72,78) des Steuerschiebe» auf die Druckseite des Steuerkolbene (52) einströmendes Druckmittel ersetzt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurah gekennzeichnet, dass die !eckverbindung durch eine im Steuerschieber (66) oder im Steuerschiebergehäuse (62) vorgesehene Bohrung (94), Anschrägung (lo2), Ringnut (lo4), Umgehungskanal (lo6, Io8) oder dgl. gebildet ist. - 2 -

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Ulilüi lUfcjbi ι (Mi.; § l Au«, j. Nr. 1 sau 3 du Änderungao··. v. 4,9. |9(>/

3, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LeckverMndung durch eine die "beiden Seiten des Stellkolbens (52) verMndene Drosselöffnung (loo) gebildet ist.