EP1411245A1 - Hydraulic piston machine - Google Patents
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- EP1411245A1 EP1411245A1 EP03013609A EP03013609A EP1411245A1 EP 1411245 A1 EP1411245 A1 EP 1411245A1 EP 03013609 A EP03013609 A EP 03013609A EP 03013609 A EP03013609 A EP 03013609A EP 1411245 A1 EP1411245 A1 EP 1411245A1
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
- F04B1/06—Control
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- F04B1/06—Control
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/12—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members
- F04B49/123—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members by changing the eccentricity of one element relative to another element
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- F04B49/24—Bypassing
Definitions
- the invention relates to a hydraulic piston machine comprising one or more cylinders with guided therein Delivery piston, the cylinders one on and one Have an outlet valve and an element space, comprising a flow control and a drive shaft to control the delivery pistons.
- Such hydraulic piston machines are known, for example. from DE 199 54 639 A1, which is a hydraulic piston pump discloses, in particular for common rail injection systems, the piston pump being one or more axially or radially has arranged cylinders that are ring-shaped or star-shaped are arranged and a flow control over the Piston located oblique control edges.
- the pistons of all cylinders simultaneously and in to twist in the same way, the flow rate adjusting sloping control edges on the front of the Pistons are arranged.
- the available injection volume in the Element space can be varied.
- the inlet bore is closed or open, can be a zero or a full funding or each intermediate delivery rate can be set.
- US Pat. No. 5,603,609 is a Axial piston pump known in which the drive of the piston likewise as in DE 199 54 639 A1 via a Swashplate drive takes place. It is provided here controlling the amount of injection by the pistons High pressure is brought to regulate by means of sliders Passages in the individual cylinders completely or partially close or open. As with the aforementioned prior art consists of Disadvantage that all sliders are controlled separately must, which means an increased control effort and a higher probability of error arises.
- the object of the present invention is now a hydraulic piston machine of the above Provide described type in which a Demand control is easy to implement that only a little effort with regard to the to be controlled and which has moving parts.
- a hydraulic Piston machine comprising one or more cylinders conveying pistons guided therein, the cylinders being a single and have an outlet valve and an element space, comprising a flow control and a drive shaft to control the delivery piston, a control roller is provided, which is driven via the drive shaft and is displaceable in the axial direction, the Control roller has a control edge on its circumference, the has such a course that depending on the axial Position of the control roller has a bypass hole in the closes at least one cylinder or during one Delivery cycle of the delivery piston in whole or in part releases time.
- the invention has the advantage that due to a especially centered between the star or ring arranged cylinders provided individual control roller all pistons or cylinders are controlled simultaneously can.
- the control edge is designed so that it is enables for all assigned cylinders, in time Course over a conveying cycle, i.e. one stroke and one Suction phase of the delivery piston, which is usually one Rotation of the drive shaft corresponds to a bypass hole, the one in the cylinder next to the inlet and outlet bore is provided, completely or only during part of the funding cycle. Alternatively, the opening can also be completely released.
- the bypass hole is opened when only partial funding is to take place during the Piston stroke phase.
- Cross section of the bypass hole determining for itself adjusting delivery rate of the cylinder.
- the cylinders can be aligned axially, i. H. their longitudinal extent or the longitudinal axis of the cylinders runs in the direction of the drive axis or in Direction of the control roller axis. That way is a
- the individual pistons are particularly easy to drive realize.
- a radial piston pump in which the Pistons and cylinders are arranged in a star shape and radial point outwards.
- the individual cylinders controlled one after the other by the control edge constant axial displacement, the control with the control especially of the pistons via z.
- the Swashplate is synchronized.
- control edge at maximum delivery rate i.e. full funding
- Bypass drilling during the entire production cycle closes especially during the stroke phase of the piston.
- control roller is axially displaced in such a way that during the entire rotation of the control roller the Control edge fully or partially clears the bypass hole.
- partial funding can be provided, whereby the control edge is designed so that it is in the course the lifting phase from a closed to an open Bypass opening can be adjusted by turning the Control roller.
- a so-called oblique can be provided Control edge to be provided so that by the rotation of the First control roller completely or partially the bypass hole is open and then in the course of the further rotation is closed in whole or in part.
- the control edge runs thereby around the entire circumference of the control roller.
- the demand control can continue can be varied.
- the axial displacement of the control roller can, for example a proportional magnet or a piezo actuator.
- the position of the control edge can be relative to Bypass bore over the current strength of the Proportional magnets or the actuator voltage of the piezo actuator can be set. For example, a very high voltage is applied created the piezo actuator, it expands as a result of Tension off and the movement can be coupled or uncoupled and / or reinforced on the control roller be transmitted. This is done in an analogous manner via the Setting the current level for the Proportional solenoid.
- control roller with the Drive shaft is directly coupled, d. H. that per Revolution of the drive roller one revolution of the control roller he follows.
- Figure 1 shows a piston machine according to the invention in de-energized state.
- the piston machine includes several delivery pistons, which are designated by 1.
- the Delivery pistons 1 are arranged in cylinders 23 and therein rotationally fixed to the housing 2.
- the drive of the Delivery piston 1 takes place via a drive shaft 8, the Delivery piston 1 with the drive shaft 8 via a Swashplate 7 are connected and in axial Direction are arranged.
- this includes Inlet valve 13 of the piston, through which this with a Hydraulic fluid reservoir communicates, particularly with a fuel reservoir, provided the piston engine is used in a common rail system, for example.
- Inlet valve 13 of the piston through which this with a Hydraulic fluid reservoir communicates, particularly with a fuel reservoir, provided the piston engine is used in a common rail system, for example.
- a Hydraulic fluid reservoir communicates, particularly with a fuel reservoir, provided the piston engine is used in a common rail system, for example.
- a common rail system for example.
- an outlet valve 17 opens and the Piston displaced medium is in an annular space 18r promoted from where it is connected to a Consumers, especially a common rail module is forwarded.
- the outlet valve closes 17 again and via the inlet valve, new medium is expelled a reservoir, for example an engine room 18.
- Control roller 3 Centrally and also arranged in the axial direction is surrounded by the delivery piston 1 Control roller 3, which has a control edge 4.
- the Control roller 3 is with the drive shaft 8 via a Driving pin 5, which engages in a groove 6, with the Swash plate 7 connected and is driven thereby. This ensures that the swashplate 7 and turn the control roller 3 at the same speed and the angular position of the control edge 4 relative to the piston stroke is fixed. That is, an angular position of the control edge 4 a specific piston stroke is always assigned.
- the Control roller 3 can be moved axially. For this is in Area of the swash plate 7 on the swash plate supporting spring 9 is provided which the control roller 3 in axial direction - to the right in FIG. 1 - against one Tappet 10 of a fixed proportional magnet 11 suppressed.
- FIG 2 shows the piston machine according to Figure 1 in one Partial funding operation.
- the Proportional magnet 11 energized such that the plunger 10 moved to the left in the picture and onto the control roller 3 acts and this against the force of the spring 9 in the picture also shifted to the left.
- This will in one first position shown here of the drive shaft 8 and so that the control roller 3 released the bypass bore 15.
- the Current intensity of the proportional magnet 11 in this way set that the control edge 4 partially on the in the left side of the bypass bore 15 in the image plane comes, whereby the bypass bore 15 is completely released becomes. Any of the current levels can Position of the roller 3 with the control edge 4 relative to Bypass bore 15 can be set.
- the Proportional magnet 11 shown in a central position.
- the control edge 4 is designed so that it is too a continuously increasing closure of the Bypass bore 15 during the rotation of the control roller 3 comes. This allows a particularly low-pulsation Demand control can be realized.
- FIG. 3 shows the piston machine according to FIG. 1 in a zero funding mode.
- the proportional magnet 11 is energized to the maximum, so that the Ram 10 in its maximum position in the Drawing level has moved to the left.
- the roller 3 will further reinforced against the spring force 9 in the Drawing layer moved to the left until it with the Driving pin 5 rests in a groove base 21 of the groove 6.
- the Roller 3 is so far shifted that when entire control cycle the control edge 4 always in the Image plane to the left of the bypass hole opening, namely the Discharge cross section 14 remains. Closing the Discharge cross section 14 takes place throughout Funding cycle does not take place.
- FIGS. 1-3 show another alternative Design of the piston machine according to the invention FIGS. 1-3.
- the control roller 3 is used here shown with a constant pressure pump.
- the proportional magnet 11, which in FIGS. 1-3 is shown, replaced by a piston assembly 28, a piston 27 directly with the control roller 3 is connected and wherein a seal Abstellraumes 30, over the zero or partial funding Fluid can flow back into the engine room 18 from a piston chamber 25 takes place.
- the piston 27 is over a piston seal 24 is provided as a separator.
- the Piston chamber 25 is a transverse bore 26 which with a Annulus 29 is connected, filled and emptied. Is lying in Annulus 29 no pressure, so the spring 9 pushes the roller 3 to the far right in the figure.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kolbenmaschine umfassend einen oder mehrere Zylinder mit darin geführten Förderkolben, wobei die Zylinder ein Ein- und ein Auslassventil sowie einen Elementenraum aufweisen, umfassend eine Fördermengenregelung und eine Antriebswelle zur Ansteuerung der Förderkolben.The invention relates to a hydraulic piston machine comprising one or more cylinders with guided therein Delivery piston, the cylinders one on and one Have an outlet valve and an element space, comprising a flow control and a drive shaft to control the delivery pistons.
Derartige hydraulische Kolbenmaschinen sind bekannt, bspw. aus der DE 199 54 639 A1, die eine hydraulische Kolbenpumpe offenbart, insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme, wobei die Kolbenpumpe einen oder mehrere axial oder radial angeordnete Zylinder aufweist, die ring- oder sternförmig angeordnet sind und eine Fördermengenregelung über an den Kolben befindlichen schrägen Steuerkanten. Hierbei ist vorgesehen, die Kolben aller Zylinder zugleich und in gleicher Weise zu verdrehen, wobei die Fördermenge einstellende schräge Steuerkanten an der Stirnseite der Kolben angeordnet sind. Über die Verdrehung der Kolben kann dann das zur Verfügung stehende Einspritzvolumen in dem Elementenraum variiert werden. Je nachdem, ob über die Steuerkante die Einlassbohrung geschlossen oder offen ist, kann eine Null- oder eine Vollförderung bzw. jede dazwischen liegende Teilfördermenge eingestellt werden. Such hydraulic piston machines are known, for example. from DE 199 54 639 A1, which is a hydraulic piston pump discloses, in particular for common rail injection systems, the piston pump being one or more axially or radially has arranged cylinders that are ring-shaped or star-shaped are arranged and a flow control over the Piston located oblique control edges. Here is provided the pistons of all cylinders simultaneously and in to twist in the same way, the flow rate adjusting sloping control edges on the front of the Pistons are arranged. About the rotation of the pistons can then the available injection volume in the Element space can be varied. Depending on whether over the Control edge the inlet bore is closed or open, can be a zero or a full funding or each intermediate delivery rate can be set.
Nachteilig bei dem Stand der Technik ist hierbei, dass die verschiedenen Kolben aufwändig miteinander bezüglich ihrer Verdrehbewegung synchronisiert werden müssen und eine Verdrehbewegung vieler Teile notwendig ist. Derartige Systeme sind verschleißanfällig.A disadvantage of the prior art is that the different pistons laboriously related to each other Twisting motion must be synchronized and one Twisting movement of many parts is necessary. such Systems are prone to wear.
Des Weiteren ist aus der US-PS 5,603,609 eine Axialkolbenpumpe bekannt, bei der der Antrieb der Kolben ebenfalls wie bei der DE 199 54 639 A1 über einen Taumelscheibenantrieb erfolgt. Es ist hierbei vorgesehen, die Steuerung der Einspritzmenge, die durch die Kolben auf Hochdruck gebracht wird, mittels Schiebern zu regeln, die Durchtrittsöffnungen in den einzelnen Zylindern ganz oder teilweise verschließen bzw. öffnen. Ebenfalls wie beim vorgenannten Stand der Technik besteht hierbei der Nachteil, dass alle Schieber separat angesteuert werden müssen, wodurch ein erhöhter Steuerungsaufwand und eine höhere Fehlerwahrscheinlichkeit entsteht.Furthermore, US Pat. No. 5,603,609 is a Axial piston pump known in which the drive of the piston likewise as in DE 199 54 639 A1 via a Swashplate drive takes place. It is provided here controlling the amount of injection by the pistons High pressure is brought to regulate by means of sliders Passages in the individual cylinders completely or partially close or open. As with the The aforementioned prior art consists of Disadvantage that all sliders are controlled separately must, which means an increased control effort and a higher probability of error arises.
Der vorliegenden Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine hydraulische Kolbenmaschine der vorstehend beschriebenen Art bereitzustellen, bei der eine Bedarfssteuerung auf einfache Weise zu realisieren ist, die nur einen geringen Aufwand bezüglich der anzusteuernden und der beweglichen Teile besitzt.The object of the present invention is now a hydraulic piston machine of the above Provide described type in which a Demand control is easy to implement that only a little effort with regard to the to be controlled and which has moving parts.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine hydraulische Kolbenmaschine umfassend einen oder mehrere Zylinder mit darin geführten Förderkolben, wobei die Zylinder ein Einund ein Auslassventil sowie einen Elementenraum aufweisen, umfassend eine Fördermengenregelung und eine Antriebswelle zur Ansteuerung der Förderkolben, wobei eine Steuerwalze vorgesehen ist, die über die Antriebswelle angetrieben wird und in axialer Richtung verschiebbar ist, wobei die Steuerwalze an ihrem Umfang eine Steuerkante aufweist, die einen solchen Verlauf hat, dass sie je nach axialer Position der Steuerwalze eine Bypassbohrung in dem wenigstens einen Zylinder verschließt oder während eines Förderzyklusses des Förderkolbens ganz oder teilweise zeitlich freigibt.The invention solves this problem by a hydraulic Piston machine comprising one or more cylinders conveying pistons guided therein, the cylinders being a single and have an outlet valve and an element space, comprising a flow control and a drive shaft to control the delivery piston, a control roller is provided, which is driven via the drive shaft and is displaceable in the axial direction, the Control roller has a control edge on its circumference, the has such a course that depending on the axial Position of the control roller has a bypass hole in the closes at least one cylinder or during one Delivery cycle of the delivery piston in whole or in part releases time.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass aufgrund einer insbesondere zentrisch zwischen den stern- oder ringförmig angeordneten Zylindern vorgesehenen einzelnen Steuerwalze alle Kolben bzw. Zylinder gleichzeitig angesteuert werden können. Die Steuerkante ist dabei so ausgelegt, dass sie es für alle zugeordneten Zylinder ermöglicht, im zeitlichen Verlauf über einen Förderzyklus, also eine Hub- und eine Saugphase des Förderkolbens, die in der Regel einer Umdrehung der Antriebswelle entspricht, eine Bypassbohrung, die im Zylinder neben der Ein- und Auslassbohrung vorgesehen ist, vollständig oder aber auch nur während eines Teiles des Förderzyklusses zu verschließen. Alternativ kann die Öffnung auch ganz freigegeben werden. Insbesondere erfolgt ein Öffnen der Bypassbohrung, wenn lediglich eine Teilförderung erfolgen soll, während der Hubphase des Kolbens. Dabei ist der verbleibende Resthub des Förderkolbens nach vollständig verschlossenem Querschnitt der Bypassbohrung bestimmend für die sich einstellende Fördermenge des Zylinders.The invention has the advantage that due to a especially centered between the star or ring arranged cylinders provided individual control roller all pistons or cylinders are controlled simultaneously can. The control edge is designed so that it is enables for all assigned cylinders, in time Course over a conveying cycle, i.e. one stroke and one Suction phase of the delivery piston, which is usually one Rotation of the drive shaft corresponds to a bypass hole, the one in the cylinder next to the inlet and outlet bore is provided, completely or only during part of the funding cycle. Alternatively, the opening can also be completely released. In particular, the bypass hole is opened when only partial funding is to take place during the Piston stroke phase. Here is the remaining stroke of the delivery piston after completely closed Cross section of the bypass hole determining for itself adjusting delivery rate of the cylinder.
Über die Wahl der Form und den Verlauf der Steuerkante kann die Charakteristik beim Schließvorgang der Bypassbohrung bestimmt werden, wodurch eine pulsationsarme kantengesteuerte Bedarfssteuerung realisiert werden kann.About the choice of the shape and the course of the control edge can the characteristic of the closing process of the bypass hole be determined, creating a low pulsation edge-controlled demand control can be realized.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung der Förderkolben über eine mit der Antriebswelle verbundene Taumelscheibe erfolgt. Denkbar sind jedoch auch andere hydraulische Kolbenmaschinen mit nicht rotierenden Zylindern. D. h. die Zylinder sind relativ zum Gehäuse ortsfest.In a first exemplary embodiment, that the control of the delivery pistons via a with the Swash plate connected to the drive shaft. Conceivable However, other hydraulic piston machines are also available non-rotating cylinders. I.e. the cylinders are stationary relative to the housing.
Die Zylinder können dabei axial ausgerichtet sein, d. h. ihre Längserstreckung bzw. die Längsachse der Zylinder verläuft in Richtung der Antriebsachse beziehungsweise in Richtung der Steuerwalzenachse. Auf diese Weise ist ein Antrieb der einzelnen Kolben besonders einfach zu verwirklichen. Alternativ ist jedoch auch erfindungsgemäß möglich, eine Radialkolbenpumpe zu verwenden, bei der die Kolben und Zylinder sternförmig angeordnet sind und radial nach außen weisen. Dabei werden die einzelnen Zylinder nacheinander durch die Steuerkante angesteuert, bei konstanter axialer Verschiebung, wobei die Ansteuerung mit der Ansteuerung insbesondere der Kolben über z. B. die Taumelscheibe synchronisiert ist.The cylinders can be aligned axially, i. H. their longitudinal extent or the longitudinal axis of the cylinders runs in the direction of the drive axis or in Direction of the control roller axis. That way is a The individual pistons are particularly easy to drive realize. Alternatively, however, is also according to the invention possible to use a radial piston pump in which the Pistons and cylinders are arranged in a star shape and radial point outwards. The individual cylinders controlled one after the other by the control edge constant axial displacement, the control with the control especially of the pistons via z. B. the Swashplate is synchronized.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Steuerkante bei maximaler Fördermenge, also Vollförderung, die Bypassbohrung während des gesamten Förderzyklusses, insbesondere während der Hubphase des Kolbens verschließt.In particular, it can be provided that the control edge at maximum delivery rate, i.e. full funding, the Bypass drilling during the entire production cycle, closes especially during the stroke phase of the piston.
Während einer Nullförderung, d. h. es wird kein Kraftstoff bzw. anderes hydraulisches Fluid durch den Kolben gefördert, ist die Steuerwalze derart axial verschoben, dass während der gesamten Umdrehung der Steuerwalze die Steuerkante die Bypassbohrung ganz oder teilweise freigibt.During zero funding, i.e. H. it won't be fuel or other hydraulic fluid through the piston conveyed, the control roller is axially displaced in such a way that during the entire rotation of the control roller the Control edge fully or partially clears the bypass hole.
Schließlich kann eine Teilförderung vorgesehen sein, wobei die Steuerkante derartig gestaltet ist, dass sie im Laufe der Hubphase von einer geschlossenen zu einer offenen Bypassöffnung verstellt werden kann durch die Umdrehung der Steuerwalze. Hierzu kann vorgesehen sein, eine sog. schräge Steuerkante vorzusehen, so dass durch die Umdrehung der Steuerwalze die Bypassbohrung zunächst ganz oder teilweise geöffnet ist und dann im Verlauf der weiteren Umdrehung ganz oder teilweise geschlossen wird. Die Steuerkante läuft dabei um den gesamten Umfang der Steuerwalze um.Finally, partial funding can be provided, whereby the control edge is designed so that it is in the course the lifting phase from a closed to an open Bypass opening can be adjusted by turning the Control roller. For this purpose, a so-called oblique can be provided Control edge to be provided so that by the rotation of the First control roller completely or partially the bypass hole is open and then in the course of the further rotation is closed in whole or in part. The control edge runs thereby around the entire circumference of the control roller.
Es kann hierbei insbesondere vorgesehen sein, dass das Verschließen der Bypassöffnung kontinuierlich zunehmend erfolgt, d. h., dass keine plötzlichen Sprünge wie ein plötzliches Verschließen der Bypassbohrung vorgenommen werden.It can in particular be provided that the Closing the bypass opening continuously done, d. that is, no sudden jumps like a sudden closure of the bypass hole made become.
Über den Umfang und die Steigung, die die Abschrägung der Steuerkante besitzt, kann die Bedarfssteuerung weiter variiert werden.About the extent and the slope that the bevel of the Has control edge, the demand control can continue can be varied.
Die axiale Verschiebung der Steuerwalze kann bspw. über einen Proportionalmagneten oder einen Piezoaktor erfolgen. Dabei kann die Position der Steuerkante relativ zur Bypassbohrung über die Bestromungsstärke des Proportionalmagneten bzw. die Aktorspannung des Piezoaktors eingestellt werden. Wird bspw. eine sehr große Spannung an den Piezoaktor angelegt, so dehnt sich dieser infolge der Spannung aus und die Bewegung kann gekoppelt oder ungekoppelt und/oder verstärkt auf die Steuerwalze übertragen werden. Auf analoge Weise erfolgt dies über die Einstellung der Bestromungsstärke für den Proportionalmagneten.The axial displacement of the control roller can, for example a proportional magnet or a piezo actuator. The position of the control edge can be relative to Bypass bore over the current strength of the Proportional magnets or the actuator voltage of the piezo actuator can be set. For example, a very high voltage is applied created the piezo actuator, it expands as a result of Tension off and the movement can be coupled or uncoupled and / or reinforced on the control roller be transmitted. This is done in an analogous manner via the Setting the current level for the Proportional solenoid.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Steuerwalze mit der Antriebswelle unmittelbar gekoppelt ist, d. h. dass pro Umdrehung der Antriebswalze eine Umdrehung der Steuerwalze erfolgt.It can be provided that the control roller with the Drive shaft is directly coupled, d. H. that per Revolution of the drive roller one revolution of the control roller he follows.
Durch die vorliegende Erfindung ist die Ansteuerung für eine beliebige Anzahl von Kolben über ein einziges Steuerelement, nämlich die Steuerwalze möglich. Auf diese Weise kann eine erhebliche Teilereduzierung und damit Kosteneinsparung insbesondere bei der Umsetzung einer Volumenstromsteuerung bei Mehrzylinderpumpen erfolgen.The control for any number of pistons over a single one Control element, namely the control roller possible. To this Way, a significant reduction in parts and thus Cost savings especially when implementing a Volume flow control with multi-cylinder pumps.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Figur 1- eine erfindungsgemäße hydraulische Kolbenmaschine in einer Stellung der Steuerwalze zur Vollförderung;
Figur 2- die Kolbenmaschine gemäß
Figur 1 in einem Teilförderbetrieb; Figur 3- die Kolbenmaschine gemäß
Figur 1 in einem Nullförderbetrieb; - Figur 4
- ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Konstantdruckpumpe.
- Figure 1
- a hydraulic piston machine according to the invention in a position of the control roller for full delivery;
- Figure 2
- the piston machine according to Figure 1 in a partial conveyor operation;
- Figure 3
- the piston machine according to Figure 1 in a zero delivery mode;
- Figure 4
- a further embodiment of the invention in the form of a constant pressure pump.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine in
unbestromtem Zustand. Die Kolbenmaschine umfasst hierbei
mehrere Förderkolben, die mit 1 bezeichnet sind. Die
Förderkolben 1 sind in Zylindern 23 angeordnet und hierin
rotationsfest zum Gehäuse 2 festgelegt. Der Antrieb der
Förderkolben 1 erfolgt über eine Antriebswelle 8, wobei die
Förderkolben 1 mit der Antriebswelle 8 über eine
Taumelscheibe 7 in Verbindung stehen und in axialer
Richtung angeordnet sind. Treibt man die gezeigte
Kolbenmaschine über die Antriebswelle 8 an, so wird die
Drehung über die Taumelscheibe 7 auf Gleitschuhe 12
übertragen, wodurch eine axiale Bewegung der Förderkolben 1
je nach Lage der Taumelscheibe 7 in der Bildrichtung nach
rechts bzw. in der Bildrichtung nach links erfolgt.
Hierdurch kann eine Hub- und eine Saugbewegung des Kolbens
1 erzielt werden.Figure 1 shows a piston machine according to the invention in
de-energized state. The piston machine includes
several delivery pistons, which are designated by 1. The
Mit Beginn eines Förderhubes schließt sich ein
Einlassventil 13 des Kolbens, über den dieser mit einem
Hyraulikfluidreservoir in Verbindung steht, insbesondere
mit einem Kraftstoffreservoir, sofern die Kolbenmaschine
bspw. in einem Common-Rail-System eingesetzt ist. Über die
Drehung der Antriebswelle 8 erfolgt eine Verdrehung der
Taumelscheibe und über die Bewegung des Kolbens 1 wird ein
Elementenraum 16 unter Druck gesetzt. Ist der Enddruck
erreicht, öffnet sich ein Auslassventil 17 und das vom
Kolben verdrängte Medium wird in einen Ringraum 18r
gefördert, von wo aus es an einen angeschlossenen
Verbraucher, insbesondere ein Common-Rail-Modul
weitergeleitet wird.At the beginning of a delivery stroke, this includes
Beim Rückhub des Förderkolbens 1 schließt das Auslassventil
17 wieder und über das Einlassventil wird neues Medium aus
einem Reservoir, bspw. einem Triebwerksraum 18 angesaugt.On the return stroke of the
Zentrisch und ebenfalls in axialer Richtung angeordnet
befindet sich von dem Förderkolben 1 umgeben eine
Steuerwalze 3, die eine Steuerkante 4 aufweist. Die
Steuerwalze 3 ist mit der Antriebswelle 8 über einen
Mitnahmestift 5, der in eine Nut 6 eingreift, mit der
Taumelscheibe 7 verbunden und wird hierdurch angetrieben.
Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die Taumelscheibe
7 und die Steuerwalze 3 mit der gleichen Drehzahl drehen
und die Winkellage der Steuerkante 4 relativ zum Kolbenhub
fixiert ist. Das heißt, einer Winkellage der Steuerkante 4
ist stets ein spezifischer Kolbenhub zugeordnet. Die
Steuerwalze 3 lässt sich axial verschieben. Hierzu ist im
Bereich der Taumelscheibe 7 eine sich an der Taumelscheibe
abstützende Feder 9 vorgesehen, die die Steuerwalze 3 in
axialer Richtung - in der Figur 1 nach rechts - gegen einen
Stößel 10 eines feststehenden Proportionalmagneten 11
drückt.Centrally and also arranged in the axial direction
is surrounded by the
Ist nun wie in Figur 1 dargestellt eine Vollförderung, also
eine maximale Förderung durch die Kolbenmaschine erwünscht,
so bleibt der Proportionalmagnet 11 unbestromt, wodurch die
Steuerwalze in der im Bild dargestellten ganz rechten
Position zu liegen kommt. Die Steuerkante 4 ist dabei so
ausgestaltet, dass sie in diesem unbestromten Zustand nicht
in den Bereich einer Bypassbohrung 15 hineinragt, die den
Elementenraum 16 mit der Walze 3 und einer Walzennut 19 und
hierüber mit dem Triebwerksraum 18 verbindet. Vielmehr
verschließt die Steuerwalze 3 in dieser Position die
Bypassbohrung 15 vollständig. Das heißt, sämtliches durch
das Einlassventil eingeströmte Medium wird im Elementenraum
16 komprimiert und durch das Auslassventil in das System
eingespritzt. Der Absteuerquerschnitt 14, der der
Auslassöffnung der Bypassöffnung 15 im Bereich der
Steuerwalze 3 entspricht, bleibt hierbei über den gesamten
Förderzyklus, der einer Umdrehung der Taumelscheibe 7
entspricht, geschlossen.Is now a full funding, as shown in Figure 1, so
maximum delivery by the piston machine is desired,
so the
Figur 2 zeigt die Kolbenmaschine gemäß Figur 1 in einer
Teilförderungsbetriebsweise. Hierzu wird der
Proportionalmagnet 11 derart bestromt, dass sich der Stößel
10 im Bild nach links bewegt und auf die Steuerwalze 3
wirkt und diese gegen die Kraft der Feder 9 im Bild
ebenfalls nach links verschiebt. Hierdurch wird in einer
ersten hier gezeigten Stellung der Antriebswelle 8 und
damit der Steuerwalze 3 die Bypassbohrung 15 freigegeben.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die
Bestromungsstärke des Proportionalmagneten 11 derart
eingestellt, dass die Steuerkante 4 teilweise auf der in
der Bildebene linken Seite der Bypassbohrung 15 zu liegen
kommt, wodurch die Bypassbohrung 15 vollständig freigegeben
wird. Über die Bestromungsstärke kann eine beliebige
Position der Walze 3 mit der Steuerkante 4 relativ zur
Bypassbohrung 15 eingestellt werden. In Figur 2 ist der
Proportionalmagnet 11 in einer Mittelstellung dargestellt.
Zum Hubbeginn, der in der Figur 2 gezeigt ist, ist die
Bypassbohrung vollständig geöffnet. Mit zunehmendem Hub und
damit zunehmender Drehung der Antriebswelle 8 und hierdurch
der Steuerwalze 3 verschließt sich der Absteuerquerschnitt
14 der Bypassbohrung 15 aufgrund der in axialer Richtung
schräg verlaufenden Steuerkante 4. Hierdurch wird erreicht,
dass während der Hubphase des Förderkolbens 1 Medium so
lange über den Absteuerquerschnitt 14 und durch die
Walzennut 19 über eine Rücklaufbohrung 20 in den
Triebwerksraum 18 zurückfließt, bis die Walze 3 über die
Steuerkante 4 den Absteuerquerschnitt 14 vollständig
verschließt.Figure 2 shows the piston machine according to Figure 1 in one
Partial funding operation. For this, the
Sobald die Bypassbohrung 15 vollständig verschlossen ist,
beginnt die Förderphase der Kolbenmaschine. Das
Auslassventil 17 wird dann geöffnet und das verbleibende
Hubvolumen vom Förderkolben 1 wird in den Ringraum 18 in
der zuvor beschriebenen Weise gefördert. Es kann von
hieraus an angeschlossene Verbraucher weitergeleitet
werden.As soon as the bypass bore 15 is completely closed,
the delivery phase of the piston machine begins. The
Die Steuerkante 4 ist hierbei so ausgelegt, dass es zu
einem kontinuierlich zunehmenden Verschließen der
Bypassbohrung 15 während der Umdrehung der Steuerwalze 3
kommt. Hierdurch kann eine besonders pulsationsarme
Bedarfssteuerung realisiert werden. The control edge 4 is designed so that it is too
a continuously increasing closure of the
Bypass bore 15 during the rotation of the
Schließlich zeigt Figur 3 die Kolbenmaschine gemäß Figur 1
in einer Betriebsweise für eine Nullförderung. Hierbei ist
der Proportionalmagnet 11 maximal bestromt, so dass der
Stößel 10 in seiner maximalen Position in der
Zeichnungsebene nach links verfahren ist. Die Walze 3 wird
hierbei weiter verstärkt gegen die Federkraft 9 in der
Zeichnungsebene nach links bewegt, bis sie mit dem
Mitnahmestift 5 in einem Nutgrund 21 der Nut 6 anliegt. Die
Walze 3 ist hierbei derartig weit verschoben, dass beim
gesamten Förderzyklus die Steuerkante 4 stets in der
Bildebene links von der Bypassbohrungsöffnung, nämlich dem
Absteuerquerschnitt 14 verbleibt. Ein Verschließen des
Absteuerquerschnitts 14 findet während des gesamten
Förderzyklusses nicht statt. Hierdurch kann beim Förderhub
im Elementenraum 16 kein Druck aufgebaut werden, da das
gesamte Hubvolumen des Förderkolbens 1 über die
Bypassbohrung 15, die Walzennut 19 und die Rücklaufbohrung
20 in den Triebwerksraum 18 zurückfließt. Beim Saughub des
Förderkolbens 1, also dem zweiten Teil des Förderzyklusses,
wird der Elementenraum 16 über das Einlassventil 13 sowie
über den oben beschriebenen Absteuerpfad, nämlich die
Rücklaufbohrung, die Walzennut und die Bypassbohrung wieder
mit Medium gefüllt.Finally, FIG. 3 shows the piston machine according to FIG. 1
in a zero funding mode. Here is
the
Ein Druckaufbau findet in diesem Zustand nicht statt.A pressure build-up does not take place in this state.
Bei der in Fig. 1 - 3 dargestellten Kolbenmaschine prallt
bei Teil- bzw. Nullförderung der Absteuerstrahl des
Mediums, der aus dem Absteuerquerschnitt 14 austritt, auf
die schräg verlaufende Stirnfläche der Walze 3. Hieraus
resultiert eine Axialkraftkomponente, die gegen die
Federkraft der Feder 9 der Steuerwalze 3 wirkt. Hierbei ist
die Anströmung der an die Steuerkante 4 angrenzenden
Stirnfläche der Walze 3 über die Bypassbohrung 15
entscheidend für die auf die Walze 3 resultierenden
Strömungskräfte. Über die Form und Lage der Bypassbohrung
15 und Planfläche der Steuerwalze 3 lassen sich dabei die
hydraulischen Walzenkräfte beeinflussen.The piston machine shown in FIGS. 1-3 bounces
with partial or zero funding, the discharge jet of the
Medium that emerges from the
Um einen Verschleiß zwischen der rotierenden Steuerwalze 3
und dem stehenden Stößel 10 des Proportionalmagneten 11 zu
vermeiden, kann weiterhin vorgesehen sein, die Steuerwalze
3 und den Stößel 10 aus einem Stück herzustellen. Der
Stößel 10 rotiert mit der Steuerwalze 3. Stößel 10 und
Anker 22 laufen in dem stillstehenden Spulenkörper um. Der
Verschleiß kann hierdurch gesenkt werden.To prevent wear between the
Schließlich zeigt Figur 4 eine weitere alternative
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine gemäß
Figuren 1 - 3. Es wird hier die Anwendung der Steuerwalze 3
bei einer Konstantdruckpumpe gezeigt. In diesem Fall wird
der Proportionalmagnet 11, der in den Figuren 1 - 3
dargestellt ist, ersetzt durch eine Kolbenanordnung 28,
wobei ein Kolben 27 unmittelbar mit der Steuerwalze 3
verbunden ist und wobei eine Abdichtung eines
Absteuerraumes 30, über den bei Null- oder Teilförderung
Fluid in den Triebwerksraum 18 zurückfließen kann, von
einem Kolbenraum 25 erfolgt. Der Kolben 27 ist dabei über
eine Kolbenabdichtung 24 als Trennglied vorgesehen. Der
Kolbenraum 25 wird über eine Querbohrung 26, die mit einem
Ringraum 29 verbunden ist, befüllt und entleert. Liegt im
Ringraum 29 kein Druck an, so schiebt die Feder 9 die Walze
3 in der Figur ganz nach rechts. Dies entspricht der
Walzenposition gemäß Figur 1. Der Absteuerquerschnitt 14
der Bypassbohrung 15 bleibt verschlossen. Die
Kolbenmaschine arbeitet mit Vollförderung. Mit steigendem
Druck im Ringraum 29, der über die Querbohrung 26 der auf
den Kolben 27 wirkt, wird die Walze 3 gegen die Kraft der
Feder 9 so lange in der Bildebene nach links verschoben,
dass der Bereich der Teilförderung erreicht wird. Eine
Verschiebung erfolgt so lange, bis sich die Federkraft der
Feder 9 und der Druck im Kolbenraum 25 gegeneinander
aufheben und im Gleichgewicht stehen. Über die Abstimmung
der Federvorspannung und die Kolbenfläche lässt sich
hiermit ein beliebiger Druck einstellen, der von der
Kolbenmaschine konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann
besonders einfach der Proportionalmagnet bzw. ein anderer
Aktor zur Verschiebung der Walze 3 ersetzt werden. Der
Ringraum 29 kann mit dem Ringraum 18r in Verbindung stehen.Finally, Figure 4 shows another alternative
Design of the piston machine according to the invention
FIGS. 1-3. The
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Anmeldungsunterlagen, die Merkmale sind hierbei einzeln und in beliebiger Kombination miteinander für die Erfindung wesentlich.Further advantages and features of the invention result from the other application documents, which are characteristics individually and in any combination with each other essential for the invention.
Claims (11)
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---|---|---|---|
DE10247982A DE10247982A1 (en) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | Hydraulic piston machine |
DE10247982 | 2002-10-15 |
Publications (2)
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Country | Link |
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DE (2) | DE10247982A1 (en) |
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DE19954639A1 (en) * | 1999-11-13 | 2001-06-07 | Hermann Golle | Hydraulic piston pump, especially for common rail injection systems |
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- 2002-10-15 DE DE10247982A patent/DE10247982A1/en not_active Withdrawn
-
2003
- 2003-06-16 DE DE50301135T patent/DE50301135D1/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-06-16 EP EP03013609A patent/EP1411245B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1411245B1 (en) | 2005-09-07 |
DE10247982A1 (en) | 2004-04-29 |
DE50301135D1 (en) | 2005-10-13 |
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