DE19516215A1

DE19516215A1 - Schrägscheibenbetätigungseinrichtung für Axialkolbenpumpen und -motoren

Info

Publication number: DE19516215A1
Application number: DE19516215A
Authority: DE
Inventors: James C Goade; Claude H Werner; Phillip L Freeman
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-05-03
Filing date: 1995-05-03
Publication date: 1995-11-09
Also published as: JPH08334001A; US5406878A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft allgemein Axialkolbenpumpen und -motoren mit variabler Verdrängung bzw. Fördermenge und insbesondere eine Schrägscheibenbetätigungseinrichtung zum Kippen bzw. Verstellen bzw. Schwenken der Schräg scheibe relativ zu einem Gehäuse zum Steuern der Ver drängung bzw. Fördermenge der Pumpen und Motoren.

Stand der Technik

Es sind Axialkolbenpumpen und -motoren mit variabler Verdrängung bekannt, bei denen eine Schrägscheibe relativ zu einem Gehäuse geschwenkt wird zum Steuern der Ver drängung von Kolben innerhalb von Kolbenbohrungen einer sich drehenden Trommel. Viele solcher Pumpen und Motoren umfassen einen Hebel, der an der Schrägscheibe angebracht bzw. gesichert ist und eine distales bzw. körperfernes Ende besitzt, das benachbart zu einem Betätiger positio niert ist, welcher auf dem Pumpengehäuse oder innerhalb des Pumpengehäuses angebracht ist. Bisher war das distale Ende des Hebels mit dem Betätiger mittels eines Stifts verbunden, der sich seitlich bzw. lateral nach außen erstreckte zum Eingriff mit einem Gleit- oder Schiebe element, das an dem Betätiger anliegt bzw. eine Zwischen fläche damit bildet, so daß eine Linearbewegung des Betätigers eine Kipp- oder Schwenkbewegung der Schräg scheibe verursacht.

Eines der Probleme, die bei solchen Anordnungen auf treten, besteht darin, daß die Übertragung der Kräfte von dem Betätiger auf den Hebel mittels eines sich ausleger artig von dem Hebel erstreckenden Stifts eine Verdreh kraft auf den Hebel ausübt, und zwar zusätzlich zu den normalen Betätigungskräften, die benötigt werden zum Kippen oder Schwenken der Schrägscheibe. Diese komplexe Belastung des Hebels macht einen robusteren Hebel not wendig, um Verbiegungen des Hebels zu minimieren. Verbiegungen des Hebels können leichte Veränderungen der gekippten oder geschwenkten Position der Schrägscheibe bezüglich der Bewegung der Betätigers hervorrufen.

Darüberhinaus ist das Kontaktgebiet zwischen der zylind rischen Oberfläche der Stifts und dem Gleitelement relativ klein, was hohe Kontaktbelastungen an den zusammenpassenden bzw. sich berührenden Oberflächen hervorruft, was zu vorzeitigem Versagen aufgrund von Festfressen oder Einfressen der sich berührenden Ober flächen führen kann. Schließlich erhöht die Stiftverbin dung die Schwierigkeiten beim Zusammenbau der Trommel, der Kolben, der Schrägscheibe usw. innerhalb des Gehäuses der Pumpe oder des Motors.

Somit wäre es wünschenswert, einen Schrägscheiben betätigungsmechanismus für eine(n) Axialkolbenpumpe oder -motor mit variabler Verdrängung bzw. Fördermenge vorzu sehen, bei dem die Betätigungskräfte, die von dem Be tätiger auf den Hebel übertragen werden, in einer geraden Linienbeziehung stehen, um die Torsionsbelastung des Betätigerhebels zu minimieren. Es wäre auch wünschens wert, einen solchen Betätigungsmechanismus mit größeren Kontaktflächen zwischen den zusammenpassenden bzw. sich berührenden Komponenten oder Bauteilen vorzusehen, um hohe Kontaktbelastungen dazwischen zu vermindern.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der obengenannten Probleme zu überwinden bzw. zu lösen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Schrägscheibenbetätigungseinrichtung für eine Axial kolbeneinheit folgendes auf: ein Gehäuse, eine Trommel, die innerhalb des Gehäuses drehbar um eine Längsachse angebracht ist und eine Vielzahl von gleichmäßig be abstandeten, umfangsmäßig angeordneten Kolbenbohrungen umfaßt, eine Vielzahl von Kolben, die individuell hin- und herbewegbar innerhalb der Kolbenbohrungen positio niert sind, und eine Schrägscheibe, die kipp- oder schwenkbar innerhalb des Gehäuses angebracht ist und eine ebene Oberfläche besitzt, die mit einem Ende jedes Kolbens in Eingriff steht, um die Verdrängung bzw. Fördermenge der Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen zu steuern. Ein langgestreckter Betätiger besitzt entgegen gesetzte Endteile, die gleitbar innerhalb eines Paars von axial ausgerichteten, in dem Gehäuse definierten Be tätigungskammern positioniert sind für eine geradlinige Bewegung darin. Der Betätiger besitzt einen Querschlitz darin, der zur Trommel weist. Ein Gleitblock ist gleitbar in dem Schlitz angeordnet und besitzt eine zylindrisch geformte Buchse darin. Ein an der Schrägscheibe be festigter bzw. gesicherter Betätigungshebel erstreckt sich von derselben allgemein zu dem Betätiger hin und besitzt eine zylindrisch geformte Oberfläche, die auf dem distalen bzw. körperfernen Endteil des Hebels ausgebildet ist und schwenkbar in der Buchse des Gleitelements oder Schlittens sitzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Ausführungs beispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, und

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Eine Schrägscheibenbetätigungseinrichtung 10 wird in einer Axialkolbeneinheit 11 mit variabler Verdrängung bzw. Fördermenge verwendet. Die Hydraulikeinheit 11 kann entweder eine Pumpe oder ein Motor sein und besitzt eine drehbare Trommel 12, die an einer Welle 13 befestigt bzw. gesichert ist und sich um eine Mittelachse X dreht. Die Trommel 12 ist innerhalb eines Gehäuses 14 angebracht und besitzt eine Vielzahl von gleich beabstandeten, umfangs mäßig angeordneten Kolbenbohrungen, von denen eine bei 16 gezeigt ist. Eine Vielzahl von Kolben, von denen einer bei 17 gezeigt ist, ist individuell hin- und herbewegbar innerhalb der Kolbenbohrungen positioniert. Eine Schräg scheibe 18 ist innerhalb des Gehäuses an einem Ende davon positioniert und besitzt eine ebene Oberfläche 19. Die Enden der Kolben sitzen in geeigneter Weise individuell in einer Vielzahl von Kolbengleitern bzw. -gleitelementen 21, die gleitbar mit der ebenen Oberfläche der Schräg scheibe in Eingriff stehen, um die Verdrängung der Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen zu steuern oder zu ver ändern. Die Schrägscheibe 18 ist kipp- bzw. schwenkbar innerhalb des Gehäuses 14 angebracht mittels eines Paars von seitlich beabstandeten Rollen- oder Walzen- bzw. Wälzlageranordnungen 22, 23.

Die Schrägscheibenbetätigungseinrichtung 10 umfaßt ein Paar von axial ausgerichteten Betätigungskammern 26, 27, die in dem Gehäuse 14 definiert sind, und einen lang gestreckten Betätiger 28 mit entgegengesetzten Endteilen 29, 31, die gleitbar innerhalb der Betätigungskammern 26 bzw. 27 positioniert sind, und zwar für eine geradlinige Bewegung darin. Der Betätiger 28 besitzt eine flache Oberfläche 32, die darin ausgebildet ist und zur Innen seite des Gehäuses weist, sowie einen Querschlitz 33, der in der flachen Oberfläche ausgebildet ist und zur Trommel 12 weist. Ein Gleitblock 34 ist gleitbar in dem Schlitz 33 angeordnet und besitzt darin ausgebildet eine zylind risch geformte Buchse 36. Ein Betätigungshebel 37 ist an der Schrägscheibe befestigt bzw. gesichert und erstreckt sich von derselben allgemein zu dem Betätiger 28 hin und besitzt eine zylindrisch geformte Oberfläche 38, die auf dem distalen bzw. körperfernen Endteil 39 des Hebels aus gebildet ist. Die zylindrisch geformte Oberfläche 38 sitzt schwenkbar in der Buchse 36 des Gleitblocks 34. Der Hebel 37 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein integrales Teil der Schrägscheibe 18 gezeigt. Alternativ dazu kann der Betätigungshebel 37 ein gesondertes Glied sein, das in jeglicher bekannten, geeigneten Weise an der Schrägscheibe angebracht bzw. gesichert ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Hebel 37 senkrecht zu der ebenen Oberfläche 19 der Schrägscheibe.

Industrielle Anwendbarkeit

Bei der Verwendung der Axialkolbeneinheit 10 wird die Schrägscheibe 18 auf den Wälzlageranordnungen 22, 23 in eine unendliche Anzahl von Betriebspositionen bzw. stufenlos gekippt oder geschwenkt, und zwar zwischen einer ersten oder neutralen Position mit minimaler Strömungsmittelverdrängung bzw. -fördermenge, in der die ebene Oberfläche 19 senkrecht zu der Achse der Trommel ist, und einer zweiten Position mit maximaler Strömungsmittelverdrängung bzw. -fördermenge, in der die ebene Oberfläche unter einem maximalen Verdrängungs- bzw. Schwenkwinkel bezüglich der Achse der Trommel ist. Das Kippen oder Schwenken der Schrägscheibe aus der gezeigten Neutralposition wird erreicht durch Einführen von Druck strömungsmittel in die Betätigungskammer 27 auf übliche Weise. Dies bewirkt eine geradlinige Bewegung des Betätigers 28 in Fig. 2 gesehen nach links. Diese Bewegung nach links bewirkt, daß der Gleitblock 34 den distalen Endteil 39 des Hebels 37 in einer Gegenuhr zeigerrichtung um die Achse der Lageranordnungen 22, 23 bewegt. Die Schrägscheibe wird in die Position mit minimaler Verdrängung zurückgebracht durch Einführen von Druckströmungsmittel in geeigneter Weise in die Betätigungskammer 27.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 3 ist es sogleich deutlich, daß die Betätigungskraft, die von dem Betätiger 28 zu dem Hebel 37 übertragen wird, eine geradlinige Bewegung ist aufgrund der seitlichen bzw. lateralen Beziehung des Hebels 37 und des Schlitzes 33 in dem Betätiger. Dies beseitigt im wesentlichen jegliche Tendenz des Betätigers, während der Betätigung Verdreh kräfte auf den Hebel aufzuprägen bzw. auszuüben. Darüber hinaus können dadurch, daß der distale Endteil 39 des Hebels direkt mit dem Gleitblock 34 zusammenpaßt bzw. in Eingriff kommt, die zusammenpassenden bzw. sich be rührenden, äußeren und inneren zylindrischen Oberflächen größer gemacht werden, um die Kontaktauflagefläche zwischen dem Hebel und dem Gleitblock zu maximieren. Schließlich gestattet diese ausgerichtete oder in-line- Beziehung, daß der Betätiger nahe zu der Trommel bewegt wird, wodurch die Gesamtgröße der Axialkolbeneinheit 11 minimiert wird.

Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also folgendes vor: Die Übertragung von Betätigungskräften von einem Be tätiger auf eine Schrägscheibe einer Axialkolbeneinheit über einen Stift, der sich von einem Hebel der Schräg scheibe aus erstreckt, induziert Torsionsbelastungen in den Hebel. Die vorliegende Erfindung überwindet bzw. löst dieses Problem durch Befestigen bzw. Sichern eines Hebels an einer Schrägscheibe, so daß ein distaler Endteil davon sich in einen Schlitz eines Betätigers erstreckt. Der distale Endteil besitzt eine zylindrisch geformte Ober fläche, die schwenkbar in einer passenden Buchse sitzt, welche in einem Gleitblock ausgebildet ist, welcher innerhalb des Betätigerschlitzes positioniert ist. Die Betätigungskräfte, die von dem Betätiger auf den Hebel übertragen werden, werden somit in einer geradlinigen Bewegung übertragen, wobei minimale Torsionsbelastungen in den Hebel induziert werden.

Claims

1. Schrägscheibenbetätigungseinrichtung für eine Axial kolbeneinheit mit einem Gehäuse, einer Trommel, die innerhalb des Gehäuses drehbar um eine Längsachse angebracht ist und eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten, umfangsmäßig angeordneten Kolben bohrungen umfaßt, einer Vielzahl von Kolben, die individuell hin- und herbewegbar innerhalb der Kolbenbohrungen positioniert sind, und einer Schräg scheibe, die kipp- oder schwenkbar innerhalb des Gehäuses angebracht ist und eine ebene Oberfläche besitzt, die mit einem Ende jedes Kolbens in Eingriff steht, um die Verdrängung bzw. Fördermenge der Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen zu steuern; wobei die Schrägscheibenbetätigungseinrichtung folgendes aufweist:
ein Paar von axial ausgerichteten Betätigungs kammern, die in dem Gehäuse definiert sind; einen langgestreckten Betätiger mit entgegen gesetzten Endteilen, die gleitbar innerhalb der Betätigungskammern positioniert sind für eine geradlinige Bewegung darin, wobei der Betätiger einen Querschlitz darin besitzt, der zur Trommel weist;
einen Gleitblock, der gleitbar in dem Schlitz in dem Betätiger angeordnet ist und eine zylindrisch geformte Buchse darin besitzt; und
einen an der Schrägscheibe befestigten bzw. gesicherten Betätigungshebel, der sich von der selben allgemein zu dem Betätiger hin erstreckt und eine zylindrisch geformte Oberfläche besitzt, die auf dem distalen bzw. körperfernen Endteil des Hebels ausgebildet ist und schwenkbar in der Buchse des Gleitblocks sitzt.

2. Schrägscheibenbetätigungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Betätigungshebel senkrecht zu der ebenen Oberfläche ist.

3. Schrägscheibenbetätigungseinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Betätigungshebel als ein integraler Teil der Schrägscheibe ausgebildet ist.

4. Schrägscheibenbetätigungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betätiger eine flache Oberfläche besitzt, die darauf ausgebildet ist und zur Innenseite des Gehäuses weist, wobei der Schlitz in dem Betätiger von der flachen Oberfläche ausgenommen bzw. zurückgesetzt ist.