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Die
Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit wenigstens einem über eine
Antriebseinrichtung antreibbaren und in einem Gehäuse längsbeweglich angeordneten
Kolbenelement.
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Aus
der WO 01/81761 A1 ist eine Kolbenpumpe mit zwei über eine
Antriebseinrichtung antreibbaren und in einem Gehäuse längsbeweglich angeordneten
Kolbenelementen bekannt. Die Kolbenelemente begrenzen gemeinsam
mit einem Gehäuse
jeweils einen Druckraum, dessen Volumen in Abhängigkeit einer Kolbenbewegung
variiert. Die Druckräume
sind sowohl mit der Saugseite bzw. einem Saugbereich als auch mit
der Druckseite bzw. einer Förderseite
der Kolbenpumpe verbunden, wobei während eines Saughubs der Kolbenelemente
jeweils Hydraulikfluid in den betreffenden und durch eine stetige
Volumenzunahme gekennzeichneten Druckraum angesaugt und während eines
Förderhubs
des Kolbenelements Hydraulikfluid aus dem dann durch eine stetige
Volumenabnahme gekennzeichneten Druckraum in Richtung der Förderseite geführt wird.
Des Weiteren ist die Förderseite
der Kolbenpumpe jeweils mit einem Arbeitskolbenraum einer Ausgleichskolbeneinheit
verbunden, deren Ausgleichskolben von der Antriebseinrichtung ebenfalls
in Längsrichtung
in dem Gehäuse
zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt hin und her bewegt
wird.
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Um
eine Druckpulsation auf der Förderseite der
Kolbenpumpe zu vergleichmäßigen, werden
das Kolbenelement und die damit korrespondierende Ausgleichskolbeneinheit
jeweils um 180° phasenversetzt
zueinander angesteuert, so dass sich der Ausgleichskolben der Ausgleichskolbeneinheit
in seinem unteren Totpunkt befindet, wenn das damit korrespondierende
Kolbenelement in seinem oberen Totpunkt angeordnet ist.
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Darüber hinaus
sind die Ausgleichskolben gestuft ausgeführt, um eine saugseitige Druckpulsation
der Zweikolbenpumpe im Vergleich zu herkömmlichen Zweikolbenpumpen ohne
Ausgleichskolben zu vergleichmäßigen. Dies
beruht auf der Kenntnis, dass die saugseitige Fördercharakteristik einer Kolbenpumpe
durch die Verwendung einer so genannten Stufenkolbenpumpe im Wesentlichen
in gleichem Umfang vergleichmäßigbar ist,
wie die druckseitige Fördercharakteristik
durch die Kombination der Pumpenkolbenelemente mit den Ausgleichskolben.
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Nachteilig
dabei ist jedoch, dass die für
die Vergleichmäßigung der
saugseitigen Druckpulsation eingesetzten Wirkflächen der gestuften Ausgleichskolben
durch die mit einem Exzenter der Antriebseinrichtung zusammenwirkende
Kolbenstange derart begrenzt ist, dass eine angestrebte Vergleichmäßigung der
saugseitigen Druckpulsation nicht in dem gewünschten Umfang erzielbar ist.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenpumpe der
eingangs genannten Art mit einer reduzierten Druckpulsation zu schaffen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung sieht eine Kolbenpumpe mit einer gegenüber dem Stand der Technik deutlich
reduzierten Druckpulsation vor, welche mit wenigstens einem über eine
Antriebseinrichtung antreibbaren und in einem Gehäuse längsbeweglich
angeordneten Kolbenelement, mit einem von dem Kolbenelement und
wenigstens einem gehäusefesten
Bauteil begrenzten ersten Druckraum, der über eine Einlassventileinrichtung
mit einem Saugbereich verbindbar ist und über eine Auslassventileinrichtung
mit einer Förderseite
in Wirkverbindung bringbar ist, und mit einer ebenfalls von der
Antriebseinrichtung antreibbaren Ausgleichskolbeneinheit, deren
Arbeitskolbenraum mit der Förderseite
in Verbindung steht, ausgebildet ist. Dabei weisen das erste und
das zweite Kolbenelement zu dem ersten bzw. zu dem zweiten Ausgleichskolbenelement
eine Phasenverschiebung von 180° auf, und
das erste Kolbenelement weist zu dem zweiten Kolbenelement eine
Phasenverschiebung von 90° auf.
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Durch
die Umströmung
des Ausgleichskolbenelements kann bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe
des Weiteren in vorteilhafter Weise eine Fluidverbindungsführung ermöglicht werden,
die eine Reduzierung des Aufwands durch Zerspanung bei der Herstellung
der Fluidverbindungen im Gehäuse bewirkt.
Dadurch können
Leitungsführungen
verkürzt ausgebildet
werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach
der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist einbevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbenpumpe
schematisch vereinfacht dargestellt, welches in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert wird.
Es zeigt
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1 ein
vereinfachtes Blockschaltbild einer Anordnung zweier erfindungsgemäß ausgestalteter Kolbenpumpen;
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2 eine
schematisierte perspektivische Ansicht einer Ausführung der
Kolbenpumpen gemäß 1;
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3 eine
vereinfachte Schnittdarstellung eines Kolbenelements; und
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4 einen
Druckpulsationsverlauf einer Kolbenpumpe gemäß 1.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
schematisch eine Kolbenpumpenanordnung 1 mit zwei als Ein-Kolbenpumpen ausgeführten Kolbenpumpen 1A, 1B,
welche jeweils ein über
eine Antriebseinrichtung 2 antreibbares und in einem Gehäuse längsbeweglich
angeordnetes Kolbenelement 4A, 4B umfassen. Die
Kolbenpumpen 1A, 1B weisen grundsätzlich denselben
Aufbau auf, weshalb bei der nachfolgenden Beschreibung der Kolbenpumpen 1A und 1B jeweils
lediglich auf eine der Kolbenpumpen 1A oder 1B Bezug
genommen wird und in der Zeichnung gleiche Bauteile jeweils mit
denselben Bezugszeichen in Kombination mit dem Buchstaben A oder
B bezeichnet werden.
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Beiden
Kolbenpumpen 1A und 1B ist jeweils eine Ausgleichskolbeneinheit 6A, 6B zugeordnet, wobei
jeweils ein Arbeitskolbenraum 6A_K bzw. 6B_K der
Ausgleichskolbeneinheiten 6A, 6B jeweils mit einer
Förderseite 7A, 7B der
Kolbenpumpen 1A, 1B verbunden ist.
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Das
Kolbenelement 4A der Kolbenpumpe 1A begrenzt einen
ersten Druckraum 10A, der über eine Auslassventileinrichtung 11A mit
der Förderseite 7A der
Kolbenpumpe 1A verbindbar ist. Des Weiteren ist der erste
Druckraum 10A über
eine Einlassventileinrichtung 13A mit einem Saugbereich 12A der
Kolbenpumpe 1A verbindbar, wobei der erste Druckraum 10A während eines
das Volumen des ersten Druckraums 10A verkleinernden Verdich tungshubs
bzw. Förderhubs
des Kolbenelements 4A über die
Einlassventileinrichtung 13A gegenüber dem Saugbereich 12A getrennt
ist.
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Die
Wirkungsweise der Auslassventileinrichtung 11A ist derart,
dass die Auslassventileinrichtung 11A während eines Förderhubs
des Kolbenelements 4A bei Erreichen eines definierten Druckwerts
in dem ersten Druckraum 10A öffnet und in dem ersten Druckraum 10A befindliches
Hydraulikfluid in Richtung der Förderseite 7A der
Kolbenpumpe 1A geführt wird.
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Gleichzeitig
ist die Einlassventileinrichtung 13A geschlossen, so dass
während
des Förderhubs des
Kolbenelements 4A die Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 10A und
dem Saugbereich 12A unterbrochen ist.
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Die
Kolbenelemente 4A und 4B der Kolbenpumpen 1A und 1B sowie
die jeweils damit korrespondierenden Ausgleichskolbeneinheiten 6A und 6B liegen
mit ihren der Antriebseinrichtung 2 zugewandten Stirnseiten
jeweils an einem von zwei Exzenterelementen an, welche drehfest
mit einer Antriebswelle der Antriebseinrichtung verbunden sind.
Die beiden Exzenterelemente sind jeweils mit der gleichen Exzentrizität ausgeführt und
um 90° phasenversetzt
zueinander positioniert.
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Dies
bewirkt, dass die Kolbenelemente 4A, 4B um 90° zueinander
phasenversetzt sind. Gleichzeitig sind die Kolbenelemente 6A und 6B um
180° gegenüber den
Kolbenelementen phasenver setzt, so dass diese untereinander auch
um 90° phasenversetzt
sind.
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Erfindungsgemäß ist der
Druckraum 12B der ersten Kolbenpumpe mit dem Druckraum 6A_K der zweiten
Kolbenpumpe wirkverbunden, so dass eine Umströmung des Ausgleichskolbenelements
der zweite Kolbenpumpe erfolgt.
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Die
Wirkflächen
der Ausgleichskolbenelemente 6A, 6B und deren
Hubwege sind vorliegend derart dimensioniert, dass das Volumen der
Förderseite 7A bzw. 7B im
Bereich einer Ausgleichskolbeneinheit 6A bzw. 6B jeweils
vorzugsweise um das halbe Hubvolumen des ersten Druckraums 10A bzw. 10B der
Kolbenpumpe 1A bzw. 1B während der Förderphase der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B vergrößert wird
und während
der Saugphase der Kolbenpumpe 1A bzw. 1B um das
halbe Hubvolumen des ersten Druckraums 10A bzw. 10B vergrößert wird.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen
können
diese Dimensionierungen vorteilhaft auch abweichend gewählt sein.
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Dadurch
wird erreicht, dass sowohl während der
Förderphase
als auch während
der Saugphase einer Kolbenpumpe 1A bzw. 1B die
Förderseite 7A bzw. 7B einer
Kolbenpumpe 1A bzw. 1B mit dem halben Hubvolumen
des ersten Druckraums 10A bzw. 10B der Kolbenpumpe 1A oder 1B beaufschlagt
wird, wodurch im Vergleich zu einer herkömmlichen als Einkolbenpumpe
ausgeführten
Kolbenpumpe auf der Förderseite 7A bzw. 7B eine
wesentlich gleichmäßigere Druckpulsation
erreicht wird.
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Die 2 zeigt
schematisch die Kolbenpumpenanordnung 1 in einem Gehäuse 30.
Das Gehäuse 30 weist
dabei eine Mehrzahl von Bohrungen auf, welche zur Aufnahme von Kolbenelementen
vorgesehen sind.
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Im
Einzelnen sind in der 2 eine Aufnahmebohrung 31 für das Kolbenelement 4A der
ersten Kolbenpumpe und eine weitere Aufnahmebohrung 32 für die erste
Ausgleichskolbeneinheit 6A dargestellt, welche bei der
gezeigten Ausführung
im Wesentlichen koaxial zueinander beidseits einer zentralen, senkrecht
hierzu verlaufenden Ausnehmung 40 zur Aufnahme des Antriebselementes
der Kolbenpumpen angeordnet sind und in die zentrale Aufnahmebohrung 40 münden.
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Weiterhin
sind eine Aufnahmebohrung 33 für das Kolbenelement 4B der
zweiten Kolbenpumpe und eine Aufnahmebohrung 34 der zweiten
Ausgleichskolbeneinheit 6B näher bezeichnet, welche ebenfalls
annähernd
koaxial zueinander sowie parallel zu den Aufnahmebohrungen 31 und 32 beidseits der
zentralen Ausnehmung 40 angeordnet sind.
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Die
einzelnen Aufnahmebohrungen sind weiters mit einer Mehrzahl von
Bohrungen, welche als Leitungsführungen
dienen, verbunden.
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Zwischen
der Aufnahmebohrung 31 des ersten Kolbenelements der ersten
Kolbenpumpe 4A und der Aufnahmebohrung 34 des
zweiten Ausgleichskolbenelements befindet sich eine Bohrung zur
Leitungsverbindung der beiden Aufnahmebohrungen. Dadurch wird eine
Kurzschlussverbindung zwischen dem Kreis der ersten Kolbenpumpe
und dem Kreis der zweiten Kolbenpumpe erreicht.
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Die 3 zeigt
eine der Pulsationsdämpfung
dienende Ausgleichskolbeneinheit 6A bzw. 6B mit
einem Kolbenelement 42 in einer Ausnehmung 40 eines
Gehäusebauteils 41.
Das Kolbenelement 42 steht dabei mittels einer Kolbenstange 43 in
Antriebsverbindung mit einem nicht näher dargestellten Antriebselement üblicher
Bauart. Die Kolbenstange 43 ist axial verschieblich in
einer hier als Bohrung ausgeführten
Ausnehmung 44 des Gehäusebauteils 41 aufgenommen.
In die Ausnehmung 44 ist ein erstes Aufnahmeelement 45 eingesetzt,
das eine zentrale Bohrung aufweist, welche das Kolbenelement 42 bis zu
einem als Absatz ausgebildeten Anschlag axial verschieblich aufnimmt.
Das Aufnahmeelement 45 ist dabei axial durch ein die Ausnehmung 44 pfropfenartig
verschließendes
Verschlusselement 46, auf deren dem Kolbenelement 42 abgewandter
Seite eine Schnittstelle für
das zugeordnete pumpende Kolbenelement liegt, begrenzt.
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Das
Aufnahmeelement 45 ist sich im Querschnitt verjüngend mit
mehreren radialen Abstufungen ausgebildet, wobei im Bereich der
Abstufungen Dichtungsbereiche 57, 58 vorgesehen
sind, in welchen das Aufnahmeelement 45 gegen die Wandung der
Ausnehmung 44 dichtend geführt ist. Weiterhin bildet das
Verschlusselement 46 mit seiner radialen Umfangsfläche 48 einen
radial äußeren Dichtungsbereich 59,
welcher das Innere der Ausnehmung 44 gegenüber einem
Außenbereich
abdichtet.
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Gegen
einen Fluidaustritt über
die Kontaktfläche
zwischen dem Kolbenelement 42 und dem ihn radial umgebenden
Aufnahmeelement 45 ist in einer Ringnut des Kolbenelements 42 ein
Dichtring 49 angeordnet.
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Ein
innerhalb des Aufnahmeelements 45 zwischen dem Kolbenelement 42 und
dessen Anschlag ausgebildeter Druckraum 50 steht über eine axiale,
dem Verschlusselement 46 zugewandte Bohrung 53 mit
einer Ringkammer in Strömungsverbindung,
welche sich radial an einen dem Verschlusselement 46 zugewandten
Bereich des Aufnahmeelements 45 anschließt und in
die vorliegend senkrecht zur Axialerstreckung des Kolbenelements 42 angeordnete
Verbindungsbohrungen 51 des Systemdruckkreises münden.
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Hiervon
durch den Dichtungsbereich 58 getrennt ist im Bereich der
Abstufung des Aufnahmeelements 45 zwischen dem Aufnahmeelement 45 und dem
Gehäusebauteil 41 ein
Ringraum 52 vorgesehen, welcher das Kolbenelement 42 und
das Aufnahmeelement 45 ringförmig umgibt. Dieser Raumbereich 52 steht
mit einer nicht dargestellten Bohrung in Strömungsverbindung mit einem Sekundärkreislauf, der
das Kolbenelement 42 der Ausgleichskolbeneinheit umströmt.
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Die 4 zeigt
eine vereinfachte Darstellung einer Druckpulsation der Kolbenpumpen 1A, 1B,
wobei eine Kurve 60 die Druckpulsation der ersten Kolbenpumpe 1A und
eine Kurve 61 die Druckpulsation der zweiten Kolbenpumpe 1B darstellt. Deutlich
zu erkennen ist die Phasenverschiebung der beiden Kurven 60, 61 um
90°, so
dass eine deutliche Vergleichmäßigung erreicht
ist.