DE10103014A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Abstract

Die Radialkolbenpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem mehrere Zylinderbohrungen vorgesehen sind, in denen Förderkolben angeordnet sind, die durch einen Exzenter antreibbar sind; in jedem Förderkolben (3) ist eine Anordnung vorgesehen, die entweder den Einlaß oder den Auslaß oder sowohl den Einlaß als auch den Auslaß des Fluids in bzw. aus jeder Zylinderbohrung steuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolben­ pumpe mit einem Pumpengehäuse, in dem mehrere Zylinderboh­ rungen vorgesehen sind, in denen Förderkolben angeordnet sind, die durch einen Exzenter antreibbar sind, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Radialkolbenpumpen sind vielfältig bekannt. So be­ schreibt die DE 41 39 611 eine Radialkolbenpumpe, deren Förderkolben an der Oberkante über mit einem Ringkanal ver­ bundene Saugöffnungen Drucköl ansaugen. Die durch die För­ derkolben verursachte Druckpulsation im Ansaugweg bewirkt eine unterschiedliche Befüllung der Kolbenräume. Des weite­ ren entsteht in dem Ringkanal in Abhängigkeit vom jeweils fördernden Kolben eine Umkehr der Strömungsrichtung, die gleichfalls eine ungleiche Kolbenbefüllung bewirkt.

Prinzipbedingt verursachen Radialkolbenpumpen außerdem Geräusche, die bei Verwendung einer Radialkolbenpumpe als Getriebeölpumpe in Getrieben für Kraftfahrzeuge als störend empfunden werden.

Um diese Geräuschbildung zu verringern, wurde bereits in der DE 44 25 929 der Anmelderin eine Radialkolbenpumpe mit mehreren sternförmig um einen Exzenter angeordneten Förderkolben vorgeschlagen, wobei den Kolben Tilgerräume zugeordnet sind, die durch einen Ringkanal miteinander in Verbindung stehen. Dadurch enthält jeder Kolben von den Tilgerräumen beruhigtes Saugöl, sodass eine gleichmäßige Druckraumbefüllung bei geringeren Geräuschen stattfindet. Die Verbindung der Tilgerräume untereinander erlaubt es, nur einen einzigen Sauganschluß vorzusehen, wobei durch den gebildeten Ölvorrat für jeden Kolben gleiche Ansaugverhält­ nisse geschaffen werden. Eine derartige Radialkolbenpumpe eignet sich beispielsweise für ein Automatgetriebe eines Personenkraftwagens, wobei sie unmittelbar nach dem hydro­ dynamischen Wandler eingesetzt ist. Als Antriebselement der Radialkolbenpumpe ist dabei ein Exzenter drehbar auf der Leitradhohlwelle gelagert, wobei die Kolben in der Radial­ kolbenpumpe durch die Kraft von Druckfedern mit ihren Kol­ benböden an einem Gleitring in Anlage gehalten werden. Die Kolben gleiten in Zylinderbohrungen des Pumpenkörpers, wo­ bei die Zylinderbohrungen durch Stopfen verschlossen sind. Jeder Stopfen hat als Auslaß aus Druckräumen eine Bohrung, wobei eine Bandfeder ringartig alle Stopfen umspannt. Die Bandfeder dichtet die Bohrungen gegen einen Sammelraum ab, der mit einem oder mehreren Verbrauchern in Verbindung steht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ra­ dialkolbenpumpe für das Getriebe eines Kraftfahrzeuges da­ hingehend auszugestalten, dass keine Geräusch- und Druck­ pulsationsentwicklung mehr auftritt.

Ausgehend von einer Radialkolbenpumpe der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Aus­ gestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung sieht also vor, dass im Förderkolben eine Anordnung vorgesehen ist, die sowohl den Einlaß als auch den Auslaß des Fluids in bzw. aus jeder Zylinderboh­ rung steuert.

Durch die Verlegung der Einlaß- und Auslaßsteuerung in den Förderkolben können die bisher auftretenden Druckspit­ zen, die sich in Form von Pulsationen im Sammelraum bemerk­ bar machen, verhindert bzw. sehr stark reduziert werden. Bei den bisher bekannten Radialkolbenpumpen mit Ventilband muß in der Zylinderbohrung eine Druckspitze erzeugt werden, um das Ventilband gegen den außen anstehenden Druck zu öff­ nen; demgegenüber wird mit der vorliegenden Erfindung ein Effekt von Beschleunigung und Gegenbeschleunigung von im Förderkolben angeordneten Bauteilen in Form eines Rück­ schlagventiles so eingesetzt, dass eine Einlaß- und Auslaß­ steuerung gebildet wird, die nicht mehr allein von den Druckverhältnissen in der Zylinderbohrung und außerhalb der Zylinderbohrung abhängig ist.

Es wird ferner mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Radialkolbenpumpe der Vorteil erzielt, dass der Druckaufbau in der Zylinderbohrung schneller erfolgt, da über den ge­ samten Saughub angesaugt werden kann und dass beim nachfol­ genden Förderhub die Einlaßöffnung sofort, d. h. schneller verschlossen wird als bei dem bisher bekannten Radialkol­ benpumpen mit Schlitzsteuerung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche Radialkolbenpumpe;

Fig. 2a, 2b einen Teilschsnitt durch ein erstes Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe einmal während des Saug­ hubes und einmal während des Förderhubes;

Fig. 3a, 3b einen Teilschnitt durch ein zweites Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe ebenfalls einmal während des Saughubes und einmal während des Förder­ hubes;

Fig. 4a, 4b Teilschnitte durch ein weiteres Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;

Fig. 5 eine Verdrehsicherung für den Förderkolben und

Fig. 6, 7 Teilschnitte durch zwei weitere erfindungs­ gemäße Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer herkömmli­ chen Radialkolbenpumpe, wobei mit 1 der Pumpenkörper, mit 2 eine Vielzahl von im Pumpenkörper ausgebildeten Zylinder­ bohrungen, mit 3 in die Zylinderbohrungen eingesetzte För­ derkolben, mit 4 Kolbenfedern, mit 5 Ventilstopfen, mit 6 ein Exzenter, mit 7 eine ringförmige Saugnut und mit 8 eine Bandfeder bezeichnet sind, die die in den Ventilstopfen 5 angeordneten Ventilstopfenöffnungen verschließt. Zur Steue­ rung der Ölansaugung wird die ringförmige Saugnut 7 verwen­ det, die alle Zylinderbohrungen auf der Saugseite miteinan­ der verbindet.

Eine derartige herkömmliche Radialkolbenpumpe erzeugt ein erhebliches sogar nagelndes Geräusch, das durch. das Abheben des Ventilbandes 8 und den dazu nötigen Druckspit­ zen im jeweiligen Förderkolben entsteht. Diese Druckspitzen sind in Form von Pulsationen im Sammelraum (Tilgerraum) nachweisbar.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in jedem För­ derkolben 3 eine Anordnung vorgesehen ist, die sowohl den Einlaß als auch den Auslaß des Fluids in bzw. aus jeder Zylinderbohrung 2 steuert.

Fig. 2a und 2b zeigen ein erstes Ausführungsbei­ spiel einer derartigen Anordnung, wobei in Fig. 2a der Förderkolben 3 in der Saughubstellung ist und in Fig. 2b in der Förderhubstellung. Zu diesem Zweck ist im Förderkol­ ben 3 ein Kanal 9 vorgesehen, der sowohl mit dem Einlaß 12 als auch mit dem Auslaß 11 in zumindest einer bestimmten Stellung des Förderkolbens 3 in Verbindung steht. In diesem Kanal 9 ist eine von einer Feder 13 beaufschlagte Kugel 10 eingesetzt, die je nach Förderrichtung die Verbindung zwi­ schen Einlaß und Auslaß schließt bzw. freigibt. Die Kugel­ bewegungsrichtung ist in ausgezogener Linie dargestellt. Bewegt sich der Kolben 3, wie in Fig. 2a mit strichpunk­ tierter Linie angedeutet, während des Saughubes nach unten, so wird die Kugel 10 durch ihre Trägheit und unterstützt durch die Feder 13 in ihren Sitz gepreßt und dichtet ab. Dadurch kann der Förderkolben 3 Öl aus der Saugnut 12 an­ saugen. Zur Verdeutlichung ist in den Fig. 2a und 2b (und entsprechend in den später beschriebenen Fig. 3a, 3b, 4a, 4b, 6 und 7) der Ölfluß in gestrichelter Linie dar­ gestellt. Bei der nachfolgenden Bewegung des Förderkolben 3 nach oben, d. h. während des Förderhubes, wie in Fig. 2b strichpunktiert angedeutet, hebt die Kugel 10 durch ihre Trägheit von ihrem Sitz ab und das Fluid, d. h. das Öl kann nach außen zum Auslaß 11 gefördert werden. Die Trägheit der Kugel 10 (an deren Stelle auch ein anderes geeignetes Bau­ teil verwendbar ist) wird noch durch den im Kolbenraum ent­ stehenden Druck in ihrer Abhebewirkung beim Förderhub un­ terstützt, bzw. beim Saughub durch von außen anstehenden Druck in Richtung Sitzanpressung. Die Kugel 10 wirkt daher wie ein Rückschlagventil.

Die Funktionsweise der Kugel 10 kann durch ihr Gewicht und ihre Größe in bestimmten Grenzen eingestellt werden.

Es ist auch möglich, wie es in Fig. 3a und 3b darge­ stellt ist, keine Druckfeder für die Kugel 10 zu verwenden, da bei entsprechender Bemessung deren Gewicht und Trägheit für die erwünschte Funktion ausreichen. Eine Druckfeder 13 unterstützt jedoch je nach Einbaulage der Kugel bzw. des entsprechenden Bauteils deren Funktion.

Die erwünschte Funktion der Auslaßsteuerung kann auch zur Einlaßsteuerung verwendet werden, wobei die Funktion der als Rückschlagventil wirkenden Kugel 10 gemäß Fig. 3a und 3b umgedreht werden muß. Dies bedeutet, dass beim Saughub (Fig. 3a) die Kugel 10 die Verbindung zwi­ schen Einlaß und Auslaß öffnet und beim Förderhub ( Fig. 3b) verschließt (Bewegungsrichtung des Kolbens in strichpunktierter Linie und der Kugel in ausgezogener Li­ nie).

Wie Versuche ergeben haben, ist die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe besonders vorteilhaft beim Druckaufbau im Kolben während des Kaltanlaufs der Pumpe, da über den gesamten Saughub das Fluid angesaugt werden kann und beim nachfolgenden Förderhub der Einlaß sofort verschlossen wird im Gegensatz zur bisherigen Schlitzsteuerung.

Fig. 4a und 4b zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die Einlaßsteuerung als auch die Auslaßsteuerung in einem einzigen Förderkolben 3 eingesetzt ist. Dies be­ deutet, dass zwei getrennt voneinander angeordnete Kanä­ le 9, 14 im Förderkolben 3 vorgesehen sind, von denen der eine gemäß Fig. 2 der Auslaßsteuerung dient und der an­ dere gemäß Fig. 3 der Einlaßsteuerung, wobei zwei Kugeln 10, 15 in den beiden Kanälen 9, 14 vorgesehen sind (Bewe­ gungsrichtung des Kolbens in strichpunktierter und der Ku­ geln in ausgezogener Linie).

Um zu verhindern, dass bei der erfindungsgemäßen Ra­ dialkolbenpumpe der Förderkolben 3 sich in der Zylinderboh­ rung 2 frei um seine Achse dreht, wodurch sich die Auslaß-, bzw. Einlaßöffnungen überschneiden würden, ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 eine Ver­ drehsicherung vorgesehen in Form einer Kolbendruckfeder 16, die an beiden Enden Verankerungszapfen 17, 18 aufweist, die beispielsweise durch einfaches Abbiegen des Federdrahtes herstellbar sind. Das eine Ende 18 der Kolbendruckfeder 16 greift dabei in eine Bohrung im Kolben 3 ein, während das andere Ende 17 der Kolbendruckfeder im Pumpengehäuse bzw. im Ventilstopfen 5 ebenfalls in eine Bohrung eingreift. Der Förderkolben 3 kann nun nur noch eine geringe Drehbewegung, die durch die Torsion der Kolbendruckfeder 16 begrenzt ist, ausführen, sodass eine gegenüberliegende Anordnung von Aus­ laßsteuerung und Einlaßsteuerung gemäß Fig. 4a und 4b problemlos möglich ist.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Radialkolbenpumpe mit Auslaßsteuerung, bei der zwischen dem oberen Abschnitten der Zylinderbohrungen 2 im Pumpengehäuse 1 Aussparungen 19 vorgesehen sind, wobei die Kanäle 9 in den Förderkolben in diesen Aussparungen 19 mün­ den. Die Aussparung 19, die mit dem Tilgerraum in Verbin­ dung steht, kann dabei als Beruhigungsraum für das austre­ tende Fluid dienen, wodurch Bauraum für die Ausbildung des Tilgerraums eingespart werden kann, sofern eine solche Ein­ sparung erforderlich ist.

Fig. 7 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 6 darge­ stellten Radialkolbenpumpe, wobei zwischen jeweils benach­ barten Zylinderbohrungen eine Aussparung 19 vorgesehen ist und der Kanal 9 in jedem Förderkolben 3 mit zwei sich dia­ gonal gegenüberliegenden Auslaßöffnungen versehen ist, wo­ bei jeweils eine Auslaßöffnung mit einem der beiden - be­ nachbarten Aussparungen 19 in Verbindung steht.

Erfindungsgemäß ist also sowohl die Auslaßsteuerung als auch die Einlaßsteuerung für das Fluid durch eine ent­ sprechende Anordnung im Förderkolben verwirktlicht, wobei auch eine kombinierte Auslaß- und Einlaßsteuerung durch Verwendung des Beschleunigungsprinzips in einem einzigen Förderkolben verwirklicht werden kann.

Die Einstellbarkeit dieser beiden Steuerungen erfolgt durch entsprechende Federn, das Gewicht der Kugel (oder des entsprechenden Bauteils), der Größe und der Form für die jeweilige Anwendung.

Die Verdrehsicherung des Kolbens gewährleistet eine fehlerfreie Funktion; der Raum zwischen zwei benachbarten Zylinderbohrungen wird als zusätzlicher Tilgerraum genutzt, wobei der Auslaß aus jeder Zylinderbohrung nur auf einer oder auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten erfolgen kann.

Eine Optimierung der hydraulisch-mechanischen Eigen­ schaften der Pumpe durch die erfindungsgemäße Einlaßsteue­ rung führt zu:

• - einer Reduzierung der Druckpulsation;
• - einer Steigerung der Fördermenge der Radialkolbenpumpe bei gleichbleibender geometrischer Auslegung;
• - einem besseren Kaltanlaufverhalten durch Öffnung der saugseitigen Einlässe während des gesamten Saughubs und einem kleinen erforderlichen Saugunterdruck und
• - eine Absenkung des Geräuschpegels durch Optimierung des Druckverlaufs im Zylinder (Optimierung des Druck­ verlaufs in Saughub durch Absenkung des notwendigen Saugunterdrucks bei gleichzeitiger Verlängerung der Ansaugzeit; Optimierung des Druckverlaufs im Druckhub (Förderhub) durch Absenkung der Druckanstiegsgeschwin­ digkeit im Zylinder).

Bezugszeichen

1

Pumpenkörper

2

Zylinderbohrung

3

Förderkolben

4

Kolbenfeder

5

Ventilstopfen

6

Exzenter

7

Saugnut

8

Bandfeder

9

Kanal

10

Kugel

11

Auslaß

12

Einlaß

13

Feder

14

Kanal

15

Kugel

16

Kolbendruckfeder

17

Zapfen

18

Zapfen

19

Aussparung

Claims (5)

1. Radialkolbenpumpe, mit einem Pumpenkörper, in dem mehrere Zylinderbohrungen vorgesehen sind, in denen Förder­ kolben angeordnet sind, die durch einen Exzenter antreibbar sind und wobei jede Zylinderbohrung mit einem Einlaß und mit einem Auslaß verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass in jedem Förderkolben (3) eine Anordnung vorgesehen ist, die entweder den Einlaß oder den Auslaß oder sowohl den Einlaß als auch den Auslaß des Fluids in bzw. aus jeder Zylinderbohrung steuert.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Anordnung aus minde­ stens einem Rückschlagventil besteht, das in mindestens einem Kanal (9) im Förderkolben (3) eingesetzt ist, der die Einlaßöffnung (12) für das Fluid mit der Auslaßöffnung (11) in mindestens einer Stellung des Förderkolbens (3) mitein­ ander verbindet.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Rückschlagventil eine Kugel (10) ist, die von einer Druckfeder (13) beaufschlagt wird, und die zwischen einer im Kanal (9) im Förderkol­ ben (3) verschließenden und einer den Kanal (9) freigebende Stellung verschiebbar gelagert ist.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den radial außen liegenden Abschnitten der Zylin­ derbohrungen (2) Aussparungen (19) im Pumpenkörper (1) vor­ gesehen sind, die mit dem Tilgerraum in Verbindung stehen und in denen das auslaßseitige Ende eines jeden Kanals (9) in jeden Förderkolben (3) mündet.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdrehsicherung für den Förderkolben (3) bezüglich seiner Längsachse eine spiralförmige Kolbendruckfeder (16) zwischen dem oberen Ende des Förderkolbens (3) und dem un­ teren Ende des Ventilstopfens (5) vorgesehen ist, wobei die Kolbendruckfeder (16) in diesen beiden Bauteilen verankert ist.