CZ20022062A3

CZ20022062A3 - Hydraulické pístové čerpadlo

Info

Publication number: CZ20022062A3
Application number: CZ20022062A
Authority: CZ
Inventors: Hermann Golle
Original assignee: Hermann Golle
Priority date: 1999-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2002-10-16
Also published as: DE50003582D1; EP1228313A1; WO2001036820A9; DE19954639C2; CN1390281A; EP1228313B1; AU2826001A; DE19954639A1; WO2001036820A1; ATE248991T1

Description

Vynález se týká hydraulického pístového čerpadla s hnacím hřídelem a vůči tomuto hnacímu hřídeli axiálně nebo radiálně hvězdicově uspořádanými válcovými písty, z nichž každý je ve směru své podélné osy pružně předepnut a uspořádán pohyblivě v axiálním směru, přičemž čelní strana pístu a válec vymezují čerpací prostor, který je v závislosti na řídicí hraně propojen s přívodním otvorem a je dále propojen s výpustním ventilem, kde hnací hřídel je v případě radiálně uspořádaných pístů spojen s kyvným kotoučem nebo v případě radiálně hvězdicově uspořádaných pístů s výstředným hřídelem pro pohon pístů, které jsou opatřeny ústrojím pro regulaci dopravního množství.

Zmíněné hydraulické pístové čerpadlo je vhodné zejména pro Common-Rail vstřikovací systémy.

Dosavadní stav techniky í Pro uvedenou aplikaci nepřipadají v úvahu běžné regulační | systémy pro olejovou hydrauliku, ve kterých se dopravní množství

Ϊ» reguluje náklonem hnacího kotouče nebo tělesa^- čerpadla. Taková čerpadla jsou pro Common-Rail vstřikovací systémy příliš velká a drahá a jsou kromě toho obtížně zvládnutelná pro požadovaný tlakový rozsah, protože v průmyslových hydraulických systémech se zpravidla nepoužívají tlaky přes 1000 bar. Pro Common-Rail vstřikovací čerpadla s tlaky 1500“ bar nebo více se proto používají jiné regulační systémy. Tyto regulační systémy, které

představují stav techniky, jsou včetně jejich nedostatků popsány níže :

1. Škrcení přívodu paliva na vstupní straně, což má nevýhodu, že může vznikat podtlak s následnou kavitací.

2. Regulace průtoku paliva na vysokotlaké straně, což má nevýhodu podstatného zhoršení energetické bilance a vysokého ohřevu paliva.

3. Vyřazování čerpacích prvků, což má za následek zhoršení rovnoměrnosti dopravního .množství.

4. Zařazení prostředků, jako jsou mezilehlé páky nebo podobně, pro regulaci zdvihu pístu, jak je popsáno například v dokumentech DE-3803735 a DE-4140801, což má nevýhodu zvýšených konstrukčních nákladů a zvýšeného opotřebení.

Úkolem vynálezu je proto odstranění zmíněných nedostatků známých řešení. Při zachování jednoduché a prostorově úsporné konstrukce se má dosáhnout skutečné regulace dopravního množství, to jest vysokému tlaku se má vystavovat vždy jen právě potřebné množství paliva.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých řešení tohoto druhu do značné míry odstraňuje hydraulické pístové čerpadlo s hnacím hřídelem a vůči tomuto hnacímu hřídeli axiálně nebo radiálně hvězdicově uspořádanými válcovými písty, z nichž každý je ve směru své podélné osy pružně předepnut a uspořádán pohyblivě v axiálním směru, přičemž čelní strana pístu a válec vymezují

• ··		• fe			fefe	• fe		•	•
·· fe	•	•	•	fe		fe	fe	fe		fe
•	fe	fe	fe	•	fefe	fe	•		fe	•
fe ·		fe	fe	fe	fe	fe	fe	•
• · · · · ·	•	fefe			• ·	• ·		« ·	•	•

čerpací prostor, který je v závislosti na řídicí hraně propojen s přívodním otvorem a je dále propojen s výpustním ventilem, kde hnací hřídel je v případě radiálně uspořádaných pístů spojen s kyvným kotoučem nebo v případě radiálně hvězdicově uspořádaných pístů s výstředným hřídelem pro pohon pístů, které jsou opatřeny ústrojím pro regulaci dopravního množství, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že píst je na své čelní straně opatřen zploštěním nebo prohlubní, tvořícími spolu s plochou jeho pláště řídicí hranu, která je uspořádána v podstatě šikmo k podélné ose pístu, přičemž všechny písty jsou opatřeny prostředky pro jejich společné natáčení ve stejném smyslu.

Výpustní ventily jsou s výhodou uspořádány v pokud možno minimální vzdálenosti přímo proti pístům nebo napříč k nim.

Je výhodné, jestliže při axiálně uspořádaných pístech zasahují na hlavách pístů uspořádaná vnější ozubení do vnitřního ozubení přestavitelné uspořádaného ozubeného věnce.

Na hlavách pístů jsou s výhodou uspořádány ozubené segmenty s vnějšími ozubeními.

Ozubený věnec je s výhodou opatřen ozubeným segmentem s vnějším ozubením, se kterým je pro přestavování tohoto ozubeného věnce v přímém záběru elektromagnetické točivé stavěči ústrojí.

Jiné možné řešení spočívá v tom, že hlavy pístů jsou pomocí klínových ozubení ve směru otáčení pevně, avšak v axiálním směru posuvně spojeny se stavěcími prstenci, na kterých jsou uspořádána stavěči ramena, která zasahují do otočně uspořádaných čepů, které jsou otočně uloženy ve vrtáních ozubeného věnce.

Při radiálně hvězdicově uspořádaných pistech dosedají ozubené segmenty ve tvaru vidlic na kluzné plochy pístů a jsou svými vnějšími ozubeními v záběru s protilehlým ozubením ozubeného věnce.

Je výhodné, jestliže elektromagnetické točivé stavěči ústrojí je uspořádáno uvnitř pouzdra a je na jedné straně přímo spojeno s ozubeným věncem a na druhé straně s tímto pouzdrem.

Konečně je také výhodné, jestliže válcová pouzdra jsou k v pouzdru uspořádaným těsněním přitlačena a vůči nim vysokotlakově' utěsněna pomocí tlačného prstence a šroubů.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na dvou příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují podélný řez pětiválcovým hydraulickým pístovým čerpadlem s axiálně uspořádanými písty (axiální čerpadlo), řez v rovině A-A z obr. 1, stejný řez jako na obr. 2 s elektromagnetickým točivým stavěcím ústrojím jako řídicí jednotkou, doplňkové znázornění systému otáčení pístů s ozubenými prvky (axiální čerpadlo),

- na obr. 1

- na obr. 2

- na obr. 3

- na obr. 4

- na obr. 5 jiný systém otáčení pístů (axiální čerpadlo),

- na obr. 6

- na obr. 7

podélný řez pětiválcovým hydraulickým pístovým čerpadlem s radiálně uspořádanými písty (radiální čerpadlo) , a doplňkové znázornění systému otáčení pístů s ozubenými prvky (radiální čerpadlo).

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn v pouzdru 1 instalovaný kyvný kotouč 2, na který je z hnacího hřídele 3 přenášen točivý pohyb. Písty 4 vykonávají v důsledku toho axiální zdvihy, přičemž trvalý kontakt mezi hlavami 6 pístů 4 a tlačným kotoučem 7 kyvného kotouče 2 je zajištěn tlačnými pružinami 5. Tato známá konstrukce axiálního pístového čerpadla bez regulace dopravního množství je podle vynálezu upravena na přestavitelné hydraulické pístové čerpadlo následovně:

Písty 4 jsou na svých k výpustnímu ventilu 8 přivrácených čelních stranách opatřeny řídicími hranami 9, které způsobem známým ze řadových vstřikovacích čerpadel korespondují s přívodními otvory 10. V závislosti na natočení pístu 4 není příslušný přívodní otvor 10 šikmou řídicí hranou 9 v průběhu zdvihu pístu 4 uzavřen a palivo odtéká zpět, což znamená nulový dopravní výkon, nebo je tento přívodní otvor 10, jestliže je řídicí hrana 9 od přívodního otvoru 10 otočena,'uzavřen již čelní stranou pístu 4 a veškeré palivo je skrze výpustní ventil 8 dopraveno do sběrné přípojky 11, což znamená plný dopravní výkon. Mezi těmito stavy lze natočením pístu 4 nastavit jakékoliv dopravní množství. Výpustní ventily 8 jsou podle vynálezu uspořádány v pokud možno nepatrné vzdálenosti od pístů 4. Aby bylo možno písty 4 při vysokých hydraulických tlacích__odlehčit

Φ ΦΦ	• Φ «·	φφ
• φφφ	ί
Φ	• · ·	φφφ
Φ	φφφ Φ	φ φ ·
	• · ·	φ φ
		φφ

* i ·

Φ · φ ·· ·Φ·· od bočních tlačných sil, jsou na pístech 4 vytvořeny vždy dvě navzájem protilehlé šikmé řídicí hrany 9.

Otáčení všech pístů 4 se provádí podle vynálezu tak, že hlava 6 každého pístu 4 je opatřena vnějším ozubením 12, které je v záběru s odpovídajícím vnitřním ozubením 13 přestavitelně uspořádaného ozubeného věnce 14. V průběhu zdvihového pohybu pístů 4 vykonávají tento zdvihový pohyb ve vnitřním ozubení 13 také vnější ozubení 12. Toto je, protože přestavovací síly jsou nepatrné, umožněno vhodnou volbou materiálů ozubení 12, 13. Je však také možné, jak je znázorněno na obr. 2, aby na hlavách 6 pístů 4 byly uspořádány předem vyrobené ozubené sementy 15. Palivo vstupuje do pouzdra 1 vstupním otvorem 16 a proudí odtud válcovým prostorem 17 k přívodním otvorům 10. Palivo kromě toho prochází kanálkem 18 v pouzdru 1 do pouzdra převodů, chladí tyto převody a opouští hydraulické pístové čerpadlo výstupním otvorem 19.

Na obr. 2 je znázorněno přestavování ozubeného věnce 14 pomocí známého tangenciálně působícícho stavěcího pístu 20. Stavěči, popřípadě vratné síly mohou být vyvozovány elektromagnety, popřípadě pružinami nebo tlakem paliva ve vnitřním prostoru hydraulického pístového čerpadla.

Přestavování ozubeného věnce 14 však lze, jak je znázorněno na obr. 3, provádět také elektromagnetickým ‘ točivým stavěcím ústrojím 21, například krokovým motorem, který je v přímém záběru s ozubeným segmentem 22 ozubeného věnce 14 a tento takto přestavuje. Takto vznikne uvnitř hydraulického pístového čerpadla zaintegrovaný stavěči systém, který nevyžaduje žádné utěsnění směrem ven.

	··		··	• ·
·· · ·	•	Φ	•		«	• 4»
• ·	•	•	•	··		•
							•
* ·	•	*	•	•			*
• · · · · · «	··			Φ »	• ·		····

Na obr. 4 je v doplňkovém vyobrazení ještě jednou znázorněn systém pro natáčení pístů 4 s hlavami 6 a ozubenými segmenty 15, jejichž vnější ozubení 12 zasahují do vnitřního ozubení 13 ozubeného věnce 14. Natáčení ozubeného věnce 14 je analogicky k obr. 2 provedeno pomocí stavěcího pístu 20.

Na obr. 5 je znázorně princip systému pro natáčení pístů 4, ve kterém je opuštěn přenos pohybu pomocí ozubených kol nebo podobně. Stavěči prstence 23 v pouzdru 1 nejsou uloženy posuvně v axiálním směru, jsou však otočné. Tyto stavěči prstence 23 jsou opatřeny klínovými ozubeními 24, ve kterých mohou svými vnějšími ozubeními 12, v tomto případě rovněž klínovými ozubeními, klouzat písty 4. Stavěči prstence 23 jsou opatřeny stavěcími rameny 25, která jsou svými vnějšími konci prostřednictvím napříč uspořádaných a otočně uložených čepů 26 v záběru s 'věncem 14, který je v tomto případě místo vnitřním ozubením 13 opatřen odpovídajícím počtem vrtání pro otočné uložení čepů 26.

Na obr. 6 je znázorněn pohon radiálního hydraulického pístového čerpadla, který je uspořádán v pouzdru 1, které je v tomto případě hvězdicové. Pohon zde sestává z hnacího hřídele 3, který je v tomto případě excentrický, mezilehlých prvků, například kluzných botek, které jsou zde zjednodušeně znázorněny jako oběžný prstenec 27, a pěti pístů 4. Tyto písty 4 provádějí jeden po druhém zdvihové pohyby. Ve spodní poloze každého z pístů 4 natéká palivo přívodním otvorem 10, který je zde uspořádán za pístem 4. Regulace pomocí šikmé řídicí hrany 9 probíhá již popsaným způsobem. Nachází-li se šikmá řídicí hrana 9 vůči přívodnímu otvoru 10 v takové poloze, že tento není až do konce zdvihu zakryt, nedochází k žádné dopravě paliva. Je-li píst 4 nastaven tak, že čelní strana pístu 4 již uzavírá přívodní otvor 10, je do sběrné přípojky 11 dopravováno skrze výpustní ventil

• 0 »·· ·

• _ · <···· • 0. 0 · ·-♦ plné množství paliva. Jednotlivé výpustní ventily 8 jsou zde neznázorněnými kanálky propojeny navzájem a se sběrnou přípojkou 11. Palivo se do hydraulického pístového čerpadla přivádí vstupním otvorem 16, teče pak jednak k přívodním otvorům 10, jednak kanálkem 18 skrze převody k výstupnímu otvoru 1.9,. Systém pro přestavování pístů 4 je podle vynálezu proveden tak, že každý píst 4 je opatřen dvěma protilehlými kluznými plochami 28, se kterými jsou ve vidlicovém záběru ozubené segmenty 15. Tyto ozubené segmenty 15 jsou v axiálním směru přidržovány ve štěrbinách pouzdra 1 a jsou svými vnějšími ozubeními 12 v záběru s ozubením 29 ozubeného věnce 14. Ozubení jsou přitom provedena jako kuželová ozubení. Pootočením ozubeného věnce 14 se takto v požadovaném smyslu přestaví všechny písty 4, čímž se reguluje množství dopravovaného paliva.

Řídicí jednotka, také v tomto případě například elektromagnetické točivé stavěči ústrojí 21, je plně zaintegrována do hydraulického pístového čerpadla. Na jedné straně je přímo spojena s ozubeným věncem 14 a na druhé straně se opírá o pouzdro 1.

Na obr. 7 je v doplňkovém vyobrazení znázorněn systém pro natáčení pístů 4 v radiálním hydraulickém pístovém čerpadle. Písty 4 s jejich šikmo uspořádanými řídicími hranami 9 se svými protilehlými konci opírají prostřednictvím oběžného prstence 27 o výstředník hnacího hřídele 3. Ozubené segmenty 15 dosedají na způsob vidlic na kluzné plochy 28 a jsou svými šikmými vnějšími ozubeními 12 v záběru s protilehlým ozubením 29 ozubeného věnce 14.

Prvky popsaných provedení,zejména přestavovací systémy pro nastavení dopravního množství, mají jednoduché tvary a. jsou.

• titi ti ti 9 9 »4 • ti titi .titi. .titi titi ·Γ ό 5 ti 'tititi » /« ¹¹ ti · · ti · V 4 ti ti tititi ti ti ti ti 4 vhodné pro hromadnou výrobu. Při volbě vhodných materiálů je lze včetně ozubení vyrábět zcela beztřískově. Ve smyslu úkolu vynálezu lze takto jednoduše vyrábět přestavitelné hydraulické pístové čerpadlo bez přídavných přesně seřizovaných prvků nebo mezičlenů pro přestavování zdvihu.

Doplňkově k obr. 1, který zejména charakterizuje vynález, lze zmínit další zvláště výhodné provedení vynálezu. Jednotlivé písty 4 jsou přesně vedeny v samostatných válcových pouzdrech. Tato válcová pouzdra jsou vsazena v pouzdru 1 a jsou uzavřeným tlačným prstencem pomocí šroubů přitlačována k těsnění a takto utěsněna na vysokotlaké straně. Zásluhou tohoto řešení může být pouzdro 1 na své čelní straně uzavřeno. Mohou odpadnout velké šroubové spoje, které jsou znázorněny na čelní straně čerpadla na obr. 1, z nichž každý musí být vysokotlakově utěsněn.

Claims

_l__s__ .Hydra.uLic-ká-=-pí s-to^zé- čexpa-dXo s- -h-nacirn - h-ži-de-lern- -·(-3) --a--v-ůě-i— tomuto hnacímu hřídeli (3) axiálně nebo radiálně hvězdicově uspořádanými válcovými písty (4), z nichž každý je ve směru své podélné osy pružně předepnut a uspořádán pohyblivě v axiálním směru, přičemž čelní strana pístu (4) a válec vymezují čerpací prostor, který je v závislosti na řídicí hraně (9) propojen s přívodním otvorem (10) a je dále propojen s výpustním ventilem (8), kde hnací hřídel (3) je v případě radiálně uspořádaných pístů (4) spojen s kyvným kotoučem (2) nebo v případě radiálně hvězdicově uspořádaných pístů (4) s výstředným hřídelem pro pohon pístů (4), které jsou opatřeny ústrojím pro regulaci dopravního množství, vyznačující se tím, že píst (4) je na své čelní straně opatřen zploštěním nebo prohlubní, tvořícími spolu s plochou jeho pláště řídicí hranu (9), která je uspořádána v podstatě šikmo k podélné ose pístu (4), přičemž všechny písty (4) jsou opatřeny prostředky (12; 13; 14; 15; 20; 21; 22; 23; 24; 25; 26; 28; 29) pro jejich společné natáčení ve stejném smyslu.
2. Hydraulické pístové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že výpustní ventily (8) jsou v pokud možno minimální vzdálenosti uspořádány přímo proti pístům (4) nebo napříč k nim.
3. Hydraulické pístové čerpadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že při axiálně uspořádaných pístech (4) zasahují na hlavách (6)-pístů-(4) v

9 * 9 9 9 9 9'.

* ».·'·»·*«* ·

9 · 9 · 9- 9 ·'· 9 9 ··♦ ··«· ·· ·♦ ·'» ··♦»

- 11 uspořádaná vnější ozubení (12) do vnitřního ozubení (13) přestavitelně uspořádaného ozubeného věnce (14).
4. Hydraulické pístové čerpadlo podle některého z nároků 1 až

3, v y z n a č u j í c í s e t í m, že na hlavách (6) pístů (4) jsou uspořádány ozubené segmenty (15) s vnějšími ozubeními (12).
5. Hydraulické pístové čerpadlo podle některého z nároků 1 až

4, vyznačující se tím, že ozubený věnec (14) je opatřen ozubeným segmentem (22) s vnějším ozubením, se kterým je pro přestavování tohoto ozubeného věnce (14) v přímém záběru elektromagnetické točivé stavěči ústrojí (21) .
6. Hydraulické pístové čerpadlo podle některého z nároků 1 až

5, vyznačující se tím, že hlavy (6) pístů (4) jsou pomocí klínových ozubení (12; 13) ve směru otáčení pevně, avšak v axiálním směru posuvně spojeny se stavěcími prstenci (23), na kterých jsou uspořádána stavěči ramena (25), která zasahují do otočně uspořádaných čepů (26), které jsou otočně uloženy ve vrtáních ozubeného věnce (14) .
7. Hydraulické pístové čerpadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tí m,. že při radiálně hvězdicově uspořádaných pístech (,4) ‘dosedají ozubené segmenty (15) ve tvaru vidlic na kluzné plochy (28) pístů (4) a jsou svými vnějšími ozubeními (12) v záběru s protilehlým ozubením (29) ozubeného věnce (14).
8. Hydraulické pístové čerpadlo nároků 1 nebo 2 a 7, vyznačující se tím, že elektromagnetické » ♦ » ) * ··«

I · » · » 9 9 9
9'9·' «»·♦ točivé stavěči ústroji (21) je uspořádáno uvnitř pouzdra (1) a je na jedné straně přímo spojeno s ozubeným věncem (14) a na druhé straně s tímto pouzdrem (1).

9. Hydraulické pístové čerpadlo _podle některého z nároků. .1. až.

8, vyznačující se tím, že válcová pouzdra jsou k v pouzdru (1) uspořádaným těsněním přitlačena a vůči nim vysokotlakově utěsněna pomocí tlačného prstence a šroubů.