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Anwendugsgebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einer rotierenden
Welle, die einen exzentrisch zu einer Längsmittelachse der Welle verlaufenden Wellenabschnitt
aufweist, wobei auf dem Wellenabschnitt ein Wälzlager angeordnet ist, welches
radial zur Welle verlaufende Pumpenplunger mit Stirnflächen abstützt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Radialkolbenpumpen
der vorstehend genannten Gattung sind bereits seit geraumer Zeit
bekannt, wobei die die Radialbewegung der Pumpenplunger auslösende exzentrische
Gestaltung der Lagereinheit unterschiedlich bewerkstelligt ist.
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So
ist beispielsweise in der
DE
42 04 631 A1 eine Radialkolbenpumpe beschrieben, deren
Pumpenwelle an einem Ende einen exzentrisch versetzten Wellenzapfen
aufweist, der wiederum ein Nadellager aufnimmt, an dem sich die
in einem Gehäuse radial
geführten
Pumpenplunger abstützen.
Bei dieser Radialkolbenpumpenanordnung ist von Nachteil, dass der
exzentrisch versetzte Wellenzapfen in aufwändiger Weise durch einen spangebenden
Vorgang an die Welle angedreht werden muss.
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In
der
DE 198 39 430
C2 ist eine Radialkolbenpumpe beschrieben, auf deren Pumpenwelle
ein Exzenterring aufgesetzt ist, der wiederum für ein Wälzlager in Form eines Nadellagers
die Innenlaufbahn bildet. Die Außenlaufbahn wird von einer
spanlos geformten Nadelhülse
gestellt, an deren Mantelfläche
die Pumpenplunger mit ihren Stirnflächen anliegen.
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Eine
andere Art der Einstellung des Exzenterlagers geht aus der
US 5,426,988 hervor. Die
Exzentrizität
wird in diesem Fall derart realisiert, dass auf die Pumpenwelle
ein Kugellager aufgesetzt ist, dessen Innenring eine exzentrisch
versetzte Aufnahmebohrung aufweist, wobei sich am Außenring
die Pumpenplunger abstützen.
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Den
vorstehend genannten unterschiedlich ausgestalteten Exzenterlageranordnungen
haftet der gemeinsame Nachteil an, dass pro Umdrehung des Exzenterlagers
auch nur eine Radialbewegung des Pumpenplungers ausgelöst wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Radialkolbenpumpe
die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und somit eine Exzenterlageranordnung
bereitzustellen, die einen verbesserten Wirkungsgrad ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung
mit dessen Oberbegriff durch folgende Merkmale gelöst:
- – einen
rotierenden Mehrfachexzenter,
- – eine
drehfeste zylindrische Außenhülse zur
Aufnahme des Mehrfachexzenters,
- – ein
rotierendes Wälzlager,
das zwischen einer Laufbahn des Mehrfachexzenters und einer Laufbahn
der Außenhülse angeordnet
ist,
- – ein
elastisches Mittel zwischen Außenhülse und Wälzlager
zur elastischen Führung
und Abstützung
des Wälzlagers
und
- – Durchbrüche in der
Außenhülse zwecks
Kraftübertragung
auf die Pumpenplunger.
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Der
entscheidende Vorteil dieser Mehrfachexzenterlageranordnung ist
ein erhöhter
Wirkungsgrad, d. h., eine größere Förderleistung,
weil pro Umdrehung des Mehrfachexzenters wenigstens zwei Radialbewegungen
der Pumpenplunger realisiert sind. Diese größere Förderleistung wird mit dem gleichen
zur Verfügung
stehenden Bauraum erzielt. Die Mehrfachexzenterlageranordnung hat
den weiteren Vorteil, dass durch die dabei sich erhöhende Pumpfrequenz
eine Reduzierung des Geräuschpegels
eintritt, da in einen günstigeren
Frequenz- bzw. Resonanzbereich
eingetreten wird.
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Vorteilhafte
weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis
11 beschrieben.
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Nach
Anspruch 2 ist vorgesehen, dass das elastische Mittel als Hohlkörper ausgebildet
ist und eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweist.
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Nach
Anspruch 3 sollen der Hohlkörper
und die Außenhülse Durchbrüche zur
Aufnahme von Druckplatten aufweisen, welche zur Kraftübertragung zwischen
Wälzlager
und Pumpenplunger vorgesehen sind.
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Nach
Anspruch 4 soll der elastische Hohlkörper aus einem Federstahl oder
aus einem Kunststoff gefertigt sein. Beide Ausführungsvarianten stehen gleichberechtigt
nebeneinander, wobei jedoch immer die entsprechende Federkraft vorhanden
sein muss, um die Wälzkörper in
Richtung Exzenter anzupressen, so dass deren unkontrollierte Lage
im Exzenterlager weitgehend ausgeschlos sen ist. Dieser elastische
Hohlkörper
sorgt unter allen Betriebsbedingungen dafür, dass die Wälzkörper des
Exzenterlagers präzise
geführt
sind.
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Nach
einem weiteren zusätzlichen
Merkmal gemäß Anspruch
5 ist vorgesehen, dass die spanlos geformte Außenhülse an beiden Enden mit radial nach
innen gerichteten Borden versehen ist. Aufgrund der Verwendung dieser
Außenhülse lässt sich die
Abstützung
der Pumpenplunger am Mehrfachexzenter mit geringen radialen Abmessungen
gestalten. Außerdem
weist eine solche Außenhülse eine geringe
Masse auf, so dass aufgrund des exzentrischen Antriebs Schwingungen
im Pumpenantrieb weitgehend vermieden werden können.
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Nach
einem anderen zusätzlichen
Merkmal gemäß Anspruch
6 soll an einer Seite der Außenhülse zwischen
Bord und Wälzkörpern eine
Anlaufscheibe angeordnet sein. Diese Anlaufscheibe ist dabei so gestaltet,
dass eine möglichst
kleine Spaltdichtung gebildet ist, die ein Eindringen von Schmutz
in das Lagerinnere verhindert.
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Aus
Anspruch 7 geht hervor, dass die Wälzkörper des Wälzlagers in einem radial aufweitbaren Käfig gehalten
sind. Neben einer noch exakteren Führung der Lagernadeln und einer
damit einhergehenden reduzierten Lagerreibung ergibt sich als weiterer
Vorteil ein erhöhter
Fettraum in Lager, der sich positiv auf die Gesamtlebensdauer auswirkt.
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Nach
einem anderen Merkmal gemäß Anspruch
8 sollen die Druckplatten über
die Außenhülse verliersicher
gehalten sein. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dadurch die
Schaffung einer kompletten Lagerbaueinheit möglich ist, deren Einzelbestandteile
unverlierbar miteinander verbunden sind.
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In
den Ansprüchen
9 und 10 ist die Verdrehsicherung der Exzenterlageranordnung beschrieben. Gemäß Anspruch
9 ist vorgesehen, dass die Druckplatte mit einem Vorsprung versehen
ist, der in eine zugehörige
Ausnehmung des Plungers eingreift. Nach Anspruch 10 wird die Verdrehsicherung
der Exzenterlageranordnung derart realisiert, dass die Außenhülse mit
wenigstens einem Vor sprung versehen ist, der in eine zugehörige Ausnehmung
eines Gehäuses
eingreift.
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Schließlich ist
nach einem letzten Merkmal gemäß Anspruch
11 vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe zur Druckmittelversorgung
eines Antiblockiersystems einer Fahrzeugbremse oder einer Hilfskraftlenkung
für ein Kraftfahrzeug
verwendet wird.
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Die
Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Exzenterlageranordnung,
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2, 2a eine
Seitenansicht der Exzenterlageranordnung, teilweise geschnitten,
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3, 3a, 3b, 3c einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Exzenterlageranordnung,
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4 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Exzenterlageranordnung,
teilweise im Längsschnitt,
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5 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Exzenterlageranordnung,
teilweise im Querschnitt und
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6 einen
Längsschnitt
durch eine Exzenterlageranordnung nach dem bisherigen Stand der Technik.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
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Zur
Darstellung des Gesamtzusammenhanges wird zunächst auf 6 entsprechend
dem vorhandenen Stand der Technik verwiesen. In einem Gehäuse 1 ist über ein
nicht dargestelltes Kugellager eine Pumpenwelle 2 gelagert,
die an ihrem Endabschnitt einen Wellenzapfen 3 aufweist,
der exzentrisch zur Längsmittelachse
der Pumpenwelle 2 angeordnet ist. Auf diesem Wellenzapfen 3 ist
ein Nadellager 4 angeordnet, das aus zylindrischen, nadelförmigen Wälzkörpern 5,
einem diese Wälzkörper 5 aufnehmenden
Käfig 6 und
einem Außenring 7 besteht.
Der Außenring 7 weist
stirnseitige Borde 8 und 9 auf. Am Außenmantel
des Außenringes 7 sind mehrere
Pumpenplunger 10 geführt,
von denen in der Schnittdarstellung jedoch nur zwei sichtbar sind. Diese
Pumpenplunger 10 verlaufen radial und sternförmig zum
Außenring 7 des
Nadellagers 4 und berühren
den Außenring 7 mit
ihren Stirnflächen 11.
Am Außenring 7 sind
Blattfedern 12 geführt,
die jeweils in eine Nut 13 des Pumpenplungers 10 eingreifen.
Diese Blattfedern 12 sorgen dafür, dass die Pumpenplunger 10 stets
mir ihren Stirnflächen
am Außenring 7 geführt sind.
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Jeder
Pumpenplunger 10 ist in nicht gezeigter Weise in einem
hydraulischen Druckraum, der unmittelbar im Gehäuse 1 ausgebildet
ist, angeordnet. Aufgrund der oszillierenden Bewegung der Pumpenplunger 10 wird über ein
jedem Pumpenplunger 10 zugeordnetes nicht dargestelltes
Einlassventil hydraulisches Druckmedium angesaugt, das über ebenfalls
nicht dargestellte Bohrungen und Druckleitungen beispielsweise in
das Drucksystem eines Antiblockiersystems von Fahrzeugbremsen geleitet wird.
Hier setzt nun die Erfindung an, indem der in 6 gezeigte
exzentrisch versetzte Wellenzapfen 3 einschließlich Nadellager 4 durch
die Erfindung ersetzt wird.
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Wie
die 1 bis 5 erkennen lassen, soll erfindungsgemäß anstelle
des exzentrisch versetzten zylindrischen Wellenzapfens 3 gemäß dem bisherigen
Stand der Technik der Mehrfachexzenter 14 stehen, der im
Ausführungsbeispiel
als ein ellipsenartiger Doppelexzenter gestaltet ist. Dieser ist
in einer Au ßenhülse 15 über zylindrische
Wälzkörper 16, 16.1 eines
Wälzlagers
aufgenommen, wobei die Innenlaufbahn der Wälzkörper 16, 16.1 von
der Mantelfläche
des Mehrfachexzenters 14 und die Außenlaufbahn von einem elastischen
Hohlkörper 17 gestellt
wird, der ebenfalls von der Außenhülse 15 aufgenommen
ist. Der elastische Hohlkörper 17 ist
der Form des Mehrfachexzenters 14 angepasst, d. h., er weist
eine von der Kreisform abweichende Form in ellipsenartiger Gestalt
auf. Wie insbesondere die 3, 3a zeigen,
hat der ellipsenartige Mehrfachexzenter 14 eine Hauptachse
a und eine Nebenachse b, wobei a > b
ist. Der elastische Hohlkörper 17 entfaltet
seine maximale Federwirkung im Bereich der Nebenachse b und sorgt
dafür,
dass die Wälzkörper 16, 16.1 fest
an die Mantelfläche
des Exzenters 14 gepresst werden. Anders ausgedrückt, der
elastische Hohlkörper 17 dient
zur Führung
der Wälzkörper 16, 16.1,
wobei mit 16.1 die Wälzkörper im
Bereich der Druckplatten 18 gemeint sind.
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Zur
Exzenterlageranordnung gehören
weiter die bereits genannten Druckplatten 18, die in Durchbrüchen von
Außenhülse 15 und
Hohlkörper 17 untergebracht
sind, wobei der Durchbruch der Außenhülse 15 mit der Bezugszahl 19 versehen
ist. Wie aus den 3, 3a weiter
erkennbar, sind die Druckplatten 18 an ihren gegenüberliegenden
Enden mit einer Vertiefung 18.1 versehen, die beispielsweise
zu deren Verliersicherung in der Außenhülse 15 genutzt werden
kann, so dass eine zusammenhängende Baueinheit
gebildet ist.
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Der
Unterschied zwischen den 2 und 2a bzw. 3 und 3a liegt
darin, dass bei den erst genannten Figuren die Wälzkörper 16, 16.1 in
einem Käfig 20 geführt sind,
während
bei den zweitgenannten Figuren das Wälzlager vollrollig ausgebildet
ist, d. h., sich die Wälzkörper 16, 16.1 an
ihren Mantelflächen
gegenseitig berühren.
Darüber
hinaus ist bei der Exzenterlageranordnung gemäß 2a zwischen
dem Bord 15.1 der Außenhülse 15 und
den Wälzkörpern 16, 16.1 eine
Anlaufscheibe 21 angeordnet, die der verbesserten Abdichtung
der Exzenterlagereinheit dient. Zu den Schnittdarstellungen in den 2 und 3,
die die Variante mit Käfig 20 zeigen,
gehört
die perspektivische Darstellung in 5. Dementsprechend
gehört
zu den Schnittdarstellungen in den 2a und 3a,
die die käfiglose
Variante zeigen, die perspektivische Darstellung in 4.
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Wie
die 3 und 5 zeigen, ist der Käfig 20 mit
Aussparungen 20.1 versehen, die radial abwechselnd von
innen und von außen
angeordnet sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich der Käfig 20 bei
Drehung des Mehrfachexzenters 14 problemlos aufweiten bzw.
wieder zusammenziehen kann.
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Die
Verdrehsicherung der Exzenterlageranordnung ist in den 3b und 3c zeichnerisch dargestellt.
Gemäß 3b erfolgt
dies derart, indem die Druckplatte 18 mit einem Vorsprung 18.2 versehen
ist, der in eine zugehörige
Ausnehmung 10.1 des Plungers 10 eingreift. Ein
Wandern der Exzenterlageranordnung in Umfangsrichtung ist somit
verhindert. Nach 3c wird das Verdrehen dadurch
verhindert, dass die Außenhülse 15 mit
mehreren Vorsprüngen 15.2 versehen
ist, die in zugehörige
Ausnehmungen 1.1 des Gehäuses 1 eingreifen,
in dem die Plunger 10 geführt sind.
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Die
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Exzenterlageranordnung
wird nachstehend anhand von 3 näher erläutert:
Wie
diese zeigt, ist bei senkrechter Stellung der Hauptachse a des Mehrfachexzenters 14 der
obere bzw. untere Totpunkt der Plunger 10 erreicht. Dies bedeutet,
die Druckplatten 18 ragen in radialer Richtung aus der
Außenhülse 15 am
weitesten nach außen.
Die auftretende Last wird dabei vom Mehrfachexzenter 14 über die
beiden Wälzkörper 16.1,
die Druckplatten 18 auf die beiden radial oben bzw. radial unten
angeordneten Pumpenplunger 10 übertragen. In dieser Stellung
des Mehrfachexzenters 14 hat auch der elastische Hohlkörper 17 in
Richtung der Hauptachse a des Mehrfachexzenters 14 seine
größte Ausdehnung,
während
in Richtung der Nebenachse b seine geringste Ausdehnung gegeben
ist. Die Figur zeigt, dass in dieser Stellung des Mehrfachexzenters 14 zwischen
feststehender Außenhülse 15 und
ebenfalls feststehendem elastischen Hohlkörper 17 in Richtung
der Nebenachse b ein sichelförmiger Spalt 22 gebildet
ist, der in Richtung der Nebenachse b seine größte radiale Stärke hat.
Bewegt sich nun der Mehrfachexzenter 14 um seine Drehachse 14.1 in
Uhrzeigerrichtung, so wandert der sichelförmige Spalt 22 ebenfalls
mit. Ist beispielsweise eine Drehung von 90° in Uhrzeigerrichtung vollzogen,
so liegt der elastische Hohlkörper 17 an
der Innenwand der Außenhülse 15 an.
Dies bedeutet, der elastische Hohlkörper 17 ändert bei
gleichem Außenumfang ständig seinen
Durchmesser, wie er über
den Mehrfachexzenter 14 vorgegeben ist. Mit der Drehung
des Mehrfachexzenters 14 ändern auch je nach dessen Stellung
die Wälzkörper 16 ihre
radiale Lage, wobei der Wälzkörperkäfig 20 aufweitbar
sein muss, was durch die wechselseitig von außen bzw. von innen angeordneten
Aussparungen 20.1 gegeben ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass
die Plunger 10 in Abhängigkeit
von der Drehzahl des Mehrfachexzenters 14 oszillierende
Bewegungen ausführen,
wobei bei jeder Drehung des Doppelexzenters 14 zwei Bewegungen
der Pumpenplunger 10 bewirkt werden, so dass im Gegensatz
nach Exzenteranordnungen gemäß dem bisherigen
Stand der Technik eine Verdoppelung der Förderleistung einhergeht. Die 3 lässt auch
erkennen, dass der über
die Innenkontur der Außenhülse 15 abgestützte elastische
Hohlkörper 17 lediglich
die Aufgabe hat, durch seine Elastizität die Wälzkörper 16, 16.1 entsprechend
zu führen, d.
h. in einer entsprechenden Stellung zu halten.
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- 1
- Gehäuse
- 1.1
- Ausnehmung
- 2
- Pumpenwelle
- 3
- Wellenzapfen
- 4
- Nadellager
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Außenring
- 8
- Bord
- 9
- Bord
- 10
- Plunger
- 10.1
- Ausnehmung
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Feder
- 13
- Nut
- 14
- Mehrfachexzenter
- 14.1
- Drehachse
- 15
- Außenhülse
- 15.1
- Bord
- 15.2
- Vorsprung
- 16
- Wälzkörper
- 16.1
- Wälzkörper
- 17
- elastischer
Hohlkörper
- 18
- Druckplatte
- 18.1
- Vertiefung
- 18.2
- Vorsprung
- 19
- Durchbruch
- 20
- Käfig
- 20.1
- Aussparung
- 21
- Anlaufscheibe
- 22
- sichelförmiger Spalt
- a
- Hauptachse
- b
- Nebenachse