Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE-GM 91 04 126 ist eine derartige Pumpe in einer Ausbildung als Radialkolbenpumpe bekannt, bei der als Verstellorgan ein Hubring vorgesehen ist, dessen Exzentrizität als maßgebliche Größe für die Pumpenverstellung bzw. die PumpenausSchwenkung angesehen wird. Der Hubring wird hier von zwei unterschiedlich großen, hydraulischen Verstellkolben in seiner Position gehalten, wobei der größere Verstellkolben Teil einer hydromechanischen Versteileinrichtung ist. Die Geräuschentwicklung bei einer derartigen Kolbenpumpe ist sehr stark von der Steifigkeit der hydraulischen Einspannung des Verstellorganes, des Hubrings, abhängig. Die

Geräuschentwicklung nimmt mit fallender Steifigkeit der hydraulischen Einspannung des Hubrings zu und wird durch die in Richtung der Verstellung wirkenden Anteile der Triebwerkskräfte verursacht. Je nach Steifigkeit der Einspannung führt dies zu einer mehr oder weniger starken Auslenkung des gesamten Triebwerks im Takt der in den Druckraum der Pumpe ein- bzw. austretenden Kolben. Die hierbei auftretenden Geräusche können bei manchen Anwendungsfällen stören, wo ein besonders geräuscharmes Arbeiten erwünscht ist. Vergleichbare Verhältnisse wie bei der Radialkolbenpumpe liegen bei der Axialkolbenpumpe vor, bei der das Verstellorgan als Schrägscheibe ausgebildet ist sowie bei einer Flügelzellenpumpe, die als Verstellorgan ebenfalls einen Hubring aufweist.

Ferner wurde nach einer älteren Anmeldung P 44 10 719.6 bereits vorgeschlagen, bei einer verstellbaren Radialkolbenpumpe eine aktive Geräuschdämpfung zu betreiben, wobei jedoch die Verstellung des Hubrings über eine elektrohydraulische Regeleinrichtung erfolgt. Der Eingriff für die Geräuschdämpfung wird hier über ein elektrohydraulisches Regelventil vorgenommen, das jedoch bei vielen verstellbaren hydrostatischen Pumpen nicht vorhanden ist.

Ferner ist aus der DE 37 00 573 AI eine Radialkolbenmaschine bekannt, bei der ein zusätzlicher Druckraum im Steuerzapfen über eine gedrosselte Verbindung von der Hochdruckseite her aufladbar ist. Abhängig von der Drehlage wird die im Rotor vorhandene Kolbenbohrung jeweils kurzzeitig mit diesem Druckraum verbunden und eine Druckerhöhung vorgenommen, bevor diese Kolbenbohrung mit dem eigentlichen Hochdrucksteuerschlitz in Verbindung kommt. Die mit der Verringerung der Förderstrompulsation einhergehende Geräuschminderung reicht in verschiedenen Fällen nicht aus, zumal die beim Austauchen des Kolbens aus der Hochdruckseite auftretenden Kraftsprünge nicht berücksichtigt werden. Zu der Art der VerStelleinrichtung werden hier keine näheren Angaben gemacht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße verstellbare hydrostatische Pumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haup anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Geräuschentwicklung der

Pumpe wesentlich verringert wird, indem der Einfluß der auf die hydraulische Einspannung des Verstellorgans einwirkenden Anteile der Triebwerkskräfte vermindert wird, wobei diesen entgegengewirkt wird. Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung des Stellkolbens über eine Zuεatzsteuereinrichtung mit einem zusätzlichen Drucksignal, das vom Drehwinkel der Pumpe abhängig ist, werden die triebwerkskraftbedingten Oszillationen und damit das Betriebsgeräusch günstig beeinflußt. Diese Beeinflussung bzw. Verminderung geht weit über ein Maß hinaus, das mit der konstruktiven Gestaltung des Verstellorgans bzw. der Verstellkolben und der VerStelleinrichtung möglich wäre. Die

Zusatzsteuereinrichtung zur aktiven Geräuschdämpfung läßt sich mit rein hydromechanischen Funktionselementen realisieren, wodurch eine relativ einfache, platzsparende und kostengünstige Bauweise möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Pumpe möglich. Besonders vorteilhaft ist es gemäß Anspruch 2, wenn die Zusatzsteuereinrichtung in bereits vorhandenen Funktionselementen integriert wird, so daß die angegebene Geräuschminderung mit einem sehr kleinen Zusatzaufwand erzielbar ist. Auf diese Weise ist die erforderliche

Relativbewegung und die notwendige Synchronisation in der Zusatzsteuereinrichtung bereits gegeben. Eine besonders wirksame Geräuschdämpfung läßt sich gemäß Anspruch 3 erreichen, wenn die Zusatzsteuereinrichtung eine Entlastung

des Druckraums zum Rücklauf steuert. Eine besonders wirksame Geräuschdämpfung läßt sich bei einer Radialkolbenmaschine gemäß Anspruch 5 erreichen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch eine rechtsdrehende Radialkolbenpumpe, Figur 2 einen Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpe nach Figur 1, Figur 3 ein Diagramm, das in stark vereinfachter Darstellung die Triebwerkskraft in Verstellrichtung in Abhängigkeit vom Drehwinkel darstellt und Figur 4 einen Teil eines Querschnitts nach IV-IV in Figur 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur 1 zeigt in Verbindung mit Figur 2 eine Radialkolbenpumpe 10, deren Gehäuse 11 auf der einen Seite durch einen Deckel 12 verschlossen ist. Im Gehäuse 11 ist eine mittige, durchgehende Längsbohrung 13 ausgebildet sowie eine sich daran anschließende zylindrische Ausnehmung 14. In der Längsbohrung 13 ist ein Steuerzapfen 15 befestigt, welcher in die Gehäuseausnehmung 14 ragt. Auf diesem Teil des Steuerzapfens 15 ist ein Rotor 16 gleitend gelagert, in dem mehrere radial verlaufende Zylinderbohrungen 17 ausgebildet sind, in denen Arbeitskolben 18 gleiten. Diese Arbeitskolben 18 sind gelenkig mit Gleitschuhen 19 verbunden, die sich mit ihren Gleitschuhsohlen an der Innenfläche 21 eines zylindrischen Hubrings 22 abstützen, welcher verstellbar in der Gehäuseausnehmung 14 angeordnet

ist. Durch die exzentrische Lage des als Verstellorgan dienenden Hubrings 22, wie sie aus Figur 1 erkennbar ist, werden den Arbeitskolben 18 Hubbewegungen erteilt. Zur Fesselung der Gleitschuhe 19 an den Hubring 22 sind Halteringe 23, 24 vorgesehen.

Im Steuerzapfen 15 sind in der Ebene der Kolbenbohrungen 17 zwei Steuerschlitze 25, 26 ausgebildet, die über ebenfalls im Steuerzapfen 15 ausgebildete Längskanäle 27, 28 und Durchbrüche, von denen lediglich in Figur 2 der obere Durchbruch 29 gezeigt ist, mit radial im Gehäuse 11 verlaufenden, nach außen dringenden Kanälen verbunden sind, die hier als Saugkanal 31 und Druckkanal 32 ausgebildet sind. Am Steuerzapfen 15 sind die zwischen den Steuerschlitzen 25, 26 gelegenen Stege mit 33, 34 bezeichnet, an welchen sich die Totpunkte für die Drehbewegung befinden.

Die Radialkolbenpumpe 10 ist mit einer hydraulischen Hubringverstellung ausgebildet, die eine rein hydromechanische Versteileinrichtung 35 aufweist. Zu diesem Zweck sind im Gehäuse 11 zwei unterschiedlich große Stellkolben angeordnet, die am Außenumfang des Hubrings 22 auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen einwirken. Dabei wird in an sich bekannter Weise der kleinere Stellkolben 36 über einen Kanal 38 stets von der Hochdruckseite 32 aus beaufschlagt. Der größere Stellkolben 37 begrenzt einen Druckraum 39, der über einen am Gehäuse 11 angeflanschten Druckregler 41 von dessen Regelschieber 42 abgesperrt, mit der Hochdruckseite 32 verbunden oder zur

Niederdruckseite 31 entlastet wird, wie dies an sich bei Radialkolbenpumpen mit hydraulischer Hubringverstellung bekannt ist.

Der hier als Zylinderstern ausgebildete Rotor 16 ist über eine Kreuzgelenkkupplung 43 von einer Triebwelle 44 angetrieben, welche im Deckel 12 in einem Doppelkugellager 45 gelagert ist.

Wie die Figur 1 in Verbindung mit Figur 2 und Figur 4 näher zeigt, weist die Radialkolbenpumpe 10 zur aktiven Geräuschdämpfung eine Zusatzsteuereinrichtung 47 auf, welche in eine Steuerverbindung 48 geschaltet ist, die vom Druckraum 39 des großen Verstellkolbens 37 zu einem Rücklauf im Gehäuse 11 geführt ist. Diese Steuerverbindung 48 ist in Figur 1 teilweise und vereinfacht als Leitung 49 dargestellt, die vom Druckraum 39 des Verstellkolbens 37 ausgeht und zu einem Axialkanal 51 im Steuerzapfen 15 führt. Diese Leitung 49 verläuft in nicht näher gezeichneter Weise innerhalb des Gehäuses 11 und steht über eine Ringnut 52 im Gehäuse 11, wie dies in Figur 2 näher gezeichnet ist, mit dem Axialkanal 51 in Verbindung. Zum Zwecke der leichteren Darstellung ist in Figur 2 dieser Axialkanal 51 in die Zeichenebene verdreht dargestellt. Von diesem Axialkanal 51 verläuft eine radiale Drosselbohrung 53 in die Mantelfläche des Steuerzapfens 15 in dessen Abschnitt, auf dem der Zylinderstern 16 gelagert ist. Wie die Figur 2 in Verbindung mit dem Teilschnitt nach Figur 4 näher zeigt, sind in dem Zylinderstern 16 an dessen zylindrischer Innenwand 54

Steuernuten 55 ausgebildet, welche mit der Drosselbohrung 53 zusammenarbeiten und die Zusatzsteuereinrichtung 47 bilden. Diese axial verlaufenden Steuernuten 55 sind zu einer antriebsseitigen Stirnseite des Zylindersterns 16 hin offen, so daß damit eine Verbindung zum Rücklauf im Gehäuse 11 geschaffen ist. Dabei sind jedem Arbeitskolben 18 zwei von diesen Steuernuten 55 zugeordnet, die jeweils im günstigsten Winkelabstand zu demjenigen Arbeitskolben liegen, dessen Kraftsprung kompensiert werden soll. Wie die Figur 4

vereinfacht zeigt, ist die Drosselbohrung 53 außerhalb des Winkelbereichs der Steuernuten 55 durch die Innenwand 54 des Zylindersterns 16 abgeschlossen. Entsprechend der im Zylinderstern 16 vorhandenen, sieben Arbeitskolben 18 sind somit in der Innenwand 54 insgesamt vierzehn Steuernuten 55 angeordnet.

Die Wirkungsweise der verstellbaren Radialkolbenpumpe 10 wird wie folgt erläutert, wobei deren grundsätzliche Funktion mit der Verstellung des Hubrings 22 durch die hydromechanische Versteileinrichtung 35 als an sich bekannt vorausgesetzt wird. Bei der in Figur 1 als rechtsdrehend dargestellen Radialkolbenpumpe 10 ist über die Versteileinrichtung 35 der Hubring 22 nach links ausgestellt. Dabei stützt sich der Hubring 22 aufgrund der zentrierend wirkenden Triebwerkskräfte auf dem großen Stellkolben 37 ab. Jedes Mal, wenn nun einer der Arbeitskolben 18 in die Hochdruckseite beim Steuerschlitz 26 eintaucht oder aus ihr austaucht, erfährt die Abstützkraft F _s am großen Stellkolben 37 einen Sprung in Höhe einer

Kolbenkraft nach unten. Verdeutlichen läßt sich dies anhand von Figur 1, wenn der Arbeitskolben 18' bei seiner rechtsdrehenden Bewegung den äußeren Totpunkt 56 überschreitet und dabei in seinen Druckhub übergeht, entsteht über dem Drehwinkel, der in etwa der Vorsteuernut 57 entspricht, ein Druck bzw. Kraftanstieg, der sich über den Gleitschuh auf dem Hubring abstützt. Eine Komponente dieser Abstützkraft beim Eintauchen des Kolbens 18 ' in die Hochdruckseite drückt den Hubring 22 in der Zeichnung nach Figur 1 nach links und entlastet dabei den großen

Stellkolben 37, wobei der Druck in dessen Druckraum 39 sinkt. Ein solcher Sprung der Triebwerkskraft F _s in Verstellrichtung ist über dem Drehwinkel φ in Figur 3 näher dargestellt, wo bei 58 diese periodische KraftSchwankung

auftritt. Die Figur 3 stellt dabei einen stark vereinfachten und rein schematischen Kraftverlauf dar, um die Zusammenhänge bei einer vorbekannten Pumpe ohne die erfindungsgemäße Einrichtung aufzuzeigen. Wird in Figur 3 der erste Kraftsprung 58 dem Kolben 18' zugeordnet, so entsteht der nachfolgende Kraftsprung 59 in dieser Kennlinie dadurch, daß der Arbeitskolben 18" aus der Hochdruckseite des Steuerschlitzes 26 austaucht. Beim Austauchen des Arbeitskolbens 18" und Übergang über den inneren Totpunkt zum Saughub wird die vom Arbeitskolben 18' ' auf den Hubring 22 nach außen wirkende Stützkraft abgebaut, was wiederum die Stellkraft am großen Stellzylinder 37 verringert. Wie Figur 3 näher zeigt, treten diese Sprünge in der Stellkraft F _s mit der doppelten Kolbenfrequenz auf, so daß insgesamt bei einer Umdrehung des Rotors 16 vierzehn Kraftsprünge 58, 59 auftreten. Diese Kraftsprünge 58, 59 lassen sich durch die Vorsteuernuten 57, 62 am Steuerzapfen 15 etwas verschleifen und in ihrer Höhe mindern, was aus Gründen der Deutlichkeit in Figur 3 nicht dargestellt ist. Der verbleibende Rest der Kraftsprünge führt aber wegen der Nachgiebigkeit der hydraulischen Einspannung zu einer Oszillation des Hubrings 22, die einen Teil des Geräusches der Radialkolbenpumpe 10 ausmacht. Um diese Geräusche zu mindern, wird nun synchron mit den Kraftsprüngen eine Druckänderung im großen Stellkolben 37 durch Öffnen und Schließen von

Steuerquerschnitten mit Hilfe der Zusatzsteuereinrichtung 47 bewirkt, wobei diese Zusatzsteuereinrichtung 47 parallel zum eigentlichen Druckregler 41 geschaltet ist. Zu diesem Zweck ist die Zusatzsteuereinrichtung 47 mit Hilfe der Drosselbohrung 53 im Steuerzapfen 15 und den Steuernuten 55 im Rotor 16 integriert, weil auf diese Weise die erforderliche Relativbewegung und die Synchronisation bereits gegeben sind. Wenn beim Eintauchen des Arbeitskolbens 18' in die Hochdruckseite 26 der Kraftsprung

58 am großen Stellkolben 37 auftritt, so wird dem entgegengewirkt dadurch, daß die Zusatzsteuereinrichtung 47 den Druck im Druckraum 39 über die Steuerverbindung 48 rechtzeitig zum Rücklauf abbaut, um somit die Auswirkung des Kraftsprunges 58 zu verringern. In entsprechender Weise wird beim Austauchen des Arbeitskolbens 18" aus der Hochdruckseite 26 ebenfalls von der Zusatzsteuereinrichtung 47 ein Steuerquerschnitt zum Rücklauf geöffnet und der Druck im Stellzylinder 39 abgebaut, um somit die Auswirkung des Kraftsprunges 59 zu mindern. Auf diese Weise lassen sich die durch die Einwirkung der Triebwerkskräfte auf die Stellkolben wirkenden Kraftsprünge erheblich verringern, was zu einer wesentlichen Geräuschabsenkung führt. Die Zusatzsteuereinrichtung 47 ist in ihrer Arbeitsweise auf die hydraulische Hubverstellung so abgestimmt, daß trotz der durch die hydromechanische Versteileinrichtung auftretenden Verzögerungen ein zeitliches Aufeinandertreffen von Kraftsprung aus dem Triebwerk und Gegenaktion an dem Stellkolben 37 sichergestellt ist.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann die Radialkolbenpumpe 10 anstelle des Druckreglers 41 auch mit einem kombinierten Druck- Stromregler ausgerüstet werden. Ferner läßt sich die

Zusatzsteuereinrichtung 47 ohne weiteres so abändern, daß anstelle der einen Drosselbohrung 53 zwei Steuerausnehmungen im Steuerzapfen 15 liegen, so daß an der Innenwand des Rotors 16 lediglich sieben Steuernuten erforderlich werden, also gleich viel wie die Anzahl der Pumpenelemente 18. Auch läßt sich die Radialkolbenpumpe 10 mit anderen hydromechanischen Versteileinrichtungen ausrüsten und mit anderen Drehrichtungen betreiben. Bei anderen Bauarten der Radialkolbenpumpe kann es erforderlich sein, daß die

Zusatzsteuereinrichtung in dem Druckraum des Stellkolbens eine Druckerhδhung steuert, somit also nicht die Steuerverbindung mit dem Rücklauf, sondern mit einer Hochdruckseite verbunden wird. Weiterhin läßt sich diese Art der aktiven Geräuschdämpfung auch auf Axialkolbenpumpen mit Schrägscheibenbauart übertragen, wobei die Zusatzsteuereinrichtung in die Zylindertrommel und die zugehörige Steuerscheibe integriert wird. Ebenso läßt sich die Geräuschdämpfung auch bei einer Flügelzellenpumpe anwenden, bei der eine vergleichbare Hubringverstellung wie bei der Radialkolbenpumpe vorliegt. In allen diesen Fällen läßt sich durch Einbeziehung bereits vorhandener Funktionselemente eine merkliche Geräuschminderung bei einem relativ kleinen Zusatzaufwand erzielen.