DE102005054873B4

DE102005054873B4 - Hydraulische Pumpe

Info

Publication number: DE102005054873B4
Application number: DE102005054873A
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr. Fischer; Robert Dipl.-Ing. Saric
Original assignee: Weber Hydraulik GmbH Germany
Current assignee: Weber Hydraulik GmbH Germany
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2025-11-16
Also published as: ATE384870T1; BRPI0603632A; DE102005054873A1; EP1785622A1; DE502006000315D1; EP1785622B1

Abstract

Hydraulische, vorzugsweise von einem Elektromotor (9) angetriebene Pumpe mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (13, 14), von denen bei der einen Drehrichtung der erste als Druck- und der zweite als Sauganschluss und -bei entgegengesetzter Drehrichtung- der erste als Sauganschluss und der zweite als Druckanschluss dient, mit einem bezüglich eines Gehäuses (12) drehfesten Steuerzapfen (2) und mit einem um eine gehäusefeste Drehachse drehbaren Rotor (1), welcher mehrere, vorzugsweise drei radial bewegbare, sich mit ihren äußeren Enden auf einem Exzenterlager (4) abstützende Pumpkolben (3) aufweist, deren innere Enden je einen -sich im Valumen ändernden- Kolbenraum abschließen, wobei der Steuerzapfen (2) eine erste und eine zweite Steuerfläche (2b, 2c) aufweist und in axialer Richtung neben dem Rotor (1) mit den zwei Steuerflächen (2b, 2c) an dessen einer Stirnseite anliegt, und wobei jeder Kolbenraum mit einer parallel zu der Drehachse axial im Rotor (1) verlaufenden und an der Stirnseite des Rotors (1)...

Description

Die Erfindung betrifft eine gattungsgemässe Pumpe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Reversierbare Pumpen für verschiedene Einsatzzwecke für kleine Volumenströme (z.B. 0,5 l/min), hohe Drücke (z.B. bis 400 bar) und klar vorgegebene Lebensdauern (z.B. 150 Stunden) sind bekannt und von Interesse. Zu diesen gehören u.a. Pumpen für Anwendungen in der Mobilhydraulik wie z.B. Pumpen für Fahrerhauskippanlagen.
Heutige Zahnradpumpen sind zwar kostengünstig, erreichen aber das geforderte Druckniveau nicht und sind bei kleinen Volumenströmen nicht reversierbar.
Bekannte ventilgesteuerte Einkolbenpumpen sind auch nicht reversierbar und scheiden aufgrund der Kosten für die Umsteuerung mittels eines Magnetventils und wegen des durch die hohe Pulsation bedingten hohen Geräuschniveaus aus. Sie haben darüber hinaus eine deutlich höhere als vom Markt geforderte Lebensdauer und sind somit zu teuer.
Ventilgesteuerte Mehrkolbenpumpen nach dem heutigen Stand der Technik sind zwar vom Geräuschniveau niedriger, dafür aber -bedingt durch zwei weitere Pumpkolben und je zwei weitere Saug-Druckventile noch teurer in der Fertigung. Für die Umsteuerung wird weiterhin ein Magnetventil benötigt.

Bekannte gattungsgemässe, schlitzgesteuerte Radialkolbenpumpen weisen einen Rotor mit radialen Pumpkolben und einen feststehenden Steuerzapfen mit zwei radialen Steuerschlitzen auf. Der Rotor ist drehbar auf dem Steuerzapfen gelagert. Die Lagerstelle muss -neben dem Abfangen der Pumpkräftean der Verbindungsstelle zwischen dem Rotor und dem Steuerzapfen Öldichtheit sicherstellen. Trotz des hohen Fertigungsaufwandes ist jedoch eine Leckage konstruktionsbedingt unvermeidbar, die sich auf den Wirkungsgrad negativ auswirkt. Auch besteht die Gefahr, dass aufgrund unterschiedlicher Gleitpaarungen bei starken Temperaturschwankungen der Rotor auf dem Steuerzapfen klemmt. Durch ständigen Verschleiss im Laufe des Betriebs kann die Leckage grösser werden, was sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt und in hohem Masse unerwünscht ist.

Ferner sind hydrostatische Radialkolbenpumpen bekannt ( DE 195 14 179 A1 ).

Es ist ferner eine gattungsgemässe hydraulische Kolbenamschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt ( DE 40 37 455 C1 ), dessen Steuerzapfen vordere und hintere Ringkanäle aufweist, die über ein Steuerventil mit dem Tank oder einer Druckmittelquelle in Verbindung stehen, wobei die Ringkanäle so ausgebildet sind, dass sie bei Druckbeaufschlagung den Steuerzapfen in Richtung Rotor drücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemässe Pumpe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs einfacher in der Herstellung und Montage und damit kostengünstiger weiterzubilden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Pumpe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäss durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Je nach Drehrichtung des z.B. von dem Elektromotor angetriebenen Rotors wird also während der ersten halben Umdrehung des Rotors in der einen Drehrichtung von den einzelnen Pumpkolben aus dem Tank durch die in der Stirnseite des Rotors mündende Bohrung immer dann, wenn diese eine der zwei Steuerflächen überstreicht, Hydraulikflüssigkeit, z.B. Öl, über das eine Saugrückschlagventil oder den einen hinteren Ringkanal bei gleichzeitig geschlossenem anderen Saugrückschlagventil angesaugt und während der nächsten halben Umdrehung in den anderen, vorderen Ringkanal gefördert. Ändert sich die Drehrichtung, wird das Öl während der ersten halben Umdrehung über das andere Saugrückschlagventil oder den anderen, vorderen Ringkanal bei gleichzeitig geschlossenem einen Saugrückschlagventil angesaugt und während der nächsten halben Umdrehung in den einen hinteren Ringkanal gefördert.

Durch die Unterbringung der Saugrückschlagventile in dem Steuerzapfen wird also nicht nur Bauraum gespart, sondern auch deren nachträglicher gesonderter strömungsmässiger Anschluss entbehrlich. Insgesamt wird mit der Erfindung eine einfacher in der Herstellung und Montage rund damit kostengünstigere Pumpe bereitgestellt, die auch im Betrieb trotz Verschleisses äusserst leckagearm ist.

Um eine unerwünschte Leckage aus den Ringkanälen des Steuerzapfens zu verhindern, weist dieser einen kreiszylinderförmigen Mantel auf und ist der hintere sowie vordere Ringkanal von zwei umlaufenden Dichtungen benachbart.

Die durch den im hydraulischen System herrschenden Betriebsdruck entstehenden axialen und radialen Kräfte werden vorteilhafterweise dadurch kompensiert, dass der Rotor auf seiner der Stirnseite abgewandten Seite mittels zumindest eines Axial- und/oder Radiallagers drehbar gelagert ist.

Weitere zweckmässige Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:
1 eine Pumpe gemäss der Erfindung, im schematischen Querschnitt;
2 einen Schnitt II-II nach 1;
3 einen Schnitt III-III nach 1;
4 einen Schnitt IV-IV nach 1 und
5 eine Einzelheit in 1, im grösserem Massstab.
Die von der eigentlichen hydraulischen, reversierbaren Pumpe 1, 2, 12 und dem an diese angeflanschten und diese antreibenden Elektromotor 9 gebildete Pumpeinheit weist, wie in 1 gezeigt, ein Gehäuse 12 auf, an dem ein Tank 11 für die Hydraulikflüssigkeit befestigt ist, die vorzugsweise von Öl gebildet ist. Die Pumpe ist mit zwei Anschlüssen 13, 14, von denen bei der einen Drehrichtung der eine als Druck- für die Zulaufleitung und der andere als Sauganschluss für die Rücklaufleitung und -bei entgegengesetzter Drehrichtung- umgekehrt dient, und mit einem mit dem Tank 11 verbundenen Füllanschluss 17 versehen.
In dem Gehäuse 12 ist ein bezüglich desselben drehfester Steuerzapfen 2 mit einem kreiszylindrischen Mantel vorgesehen. Um eine gehäusefeste Drehachse ist ein Rotor 1 drehbar gelagert, der drei radial bewegbare, sich mit ihren äusseren Enden auf einem Exzenterlager 4 abstützende Pumpkolben 3 aufweist. Dieses Exzenterlager 4 ist beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel als Wälzlager ausgeführt. Der in axialer Richtung neben dem Steuerzapfen 2 angeordnete Rotor 1 ist an diesen in drucklosem Zustand mit der Kraft einer Feder 8 angedrückt. Auf seiner der Stirnseite abgewandten Seite ist der Rotor 1 mittels zweier Rillenkugellager 10 um die gehäusefeste Drehachse drehbar gelagert.
Wie in 3 gezeigt, schliessen die inneren Enden der Pumpkolben 3 je einen -sich im Volumen ändernden-Kolbenraum ab. Jeder Kolbenraum weist eine axial verlaufende und in der dem Steuerzapfen 2 zugewandten Stirnseite des Rotors 1 mündende Bohrung 3a auf.
Der Steuerzapfen 2 ist mit einem gehärteten Steuerspiegel 2a mit zwei als Steuernieren 2b, 2c ausgebildeten Steuerflächen (2A) oder alternativ mit zwei Bohrungen 2b, 2c (2B) versehen, die an der Stirnseite des Rotors 1 so anliegen, dass sie während der Drehung des Rotors 1 mit den in die Stirnseite des Rotors 1 mündenden Bohrungen 3a zeitweise fluchten. In dem Steuerzapfen 2 sind ferner zwei mit ihrem dem Tank zugewandten Tankanschluss mit einem Tank 11 und mit ihrem dem Tank 11 abgewandten Sauganschluss mit je einer der Steuerflächen 2b, 2c und je einem der zwei Anschlüsse 13, 14 verbundene Saugrückschlagventile 5, 6 vorgesehenen. Für den Anschluss 13 ergibt sich dies aus 4, der über eine Stichbohrung 18 mit dem vorderen Ringkanal 6a verbunden ist. Entsprechend ist der Anschluss 14 über eine nicht gezeigte Stichbohrung an den hinteren Ringkanal 5a angeschlossen. Die Steuerflächen 2b, 2c sind über je eines der Saugrückschlagventile 5, 6 mit dem Tank 11 verbunden. Im drucklosen Zustand ist die Stirnfläche des Rotors 1 mit der als Federelement ausgebildeten Feder 8 öldicht an den Steuerspiegel 2a des Steuerzapfens 2 angepresst.
Jeder Sauganschluss der Saugrückschlagventile 5, 6 ist an je einen zwischen dem Gehäuse 12 und dem Mantel des darin angeordneten Steuerzapfens 2 vorgesehenen, umlaufenden, vorderen Ringkanal 6a sowie hinteren Ringkanal 5a über je eine zugehörige Querbohrung 5b, 6b angeschlossen. Wie 5 zeigt, ist dessen den vorderen Ringkanal 6a an seiner bezüglich der Stirnfläche des Rotors 1 nächst benachbarten Seite begrenzende vordere Ringfläche 15 von einem Bereich des Steuerzapfens 2 mit abnehmendem Radius gebildet in Form eines Absatzes, wohingegen die den hinteren Ringkanal 6a an seiner bezüglich der Stirnfläche des Rotors 1 entfernten Seite begrenzende hintere Ringfläche 16 von einem Bereich des Gehäuses 12 gebildet ist. Ausserdem ist benachbart zu dem hinteren (5a) sowie dem vorderen Ringkanal 6a auf jeder Seite eine umlaufende Dichtung 9a, 9b, 9c angeordnet.
Je nach Drehrichtung des Elektromotors 9 wird während der ersten halben Umdrehung Öl aus dem Tank 11, von den einzelnen Pumpkolben 3 durch die Bohrung 3a z.B. über das eine Saugrückschlagventil 5 oder den einen hinteren Ringkanal 5a angesaugt und während der nächsten halben Umdrehung in den anderen vorderen Ringkanal 6a gefördert. Das andere Saugrückschlagventil 6 ist in diesem Fall geschlossen. Ändert sich die Drehrichtung, wird Öl über das andere Saugrückschlagventil 6 oder den anderen vorderen Ringkanal 6a angesaugt und in den hinteren Ringkanal 5a gefördert. In diesem Fall ist das erstgenannte eine Saugrückschlagventil 5 geschlossen.
Die aus dem Systemdruck resultierende hydraulische Kraft, die den Rotor 1 und den Steuerzapfen 2 an dem Steuerspiegel 2a auseinanderdrückt wird durch Rückkoppeln des Systemdrucks drehrichtungsabhängig auf der einen, dem Steuerspiegel 2a und der Stirnfläche des Rotors nächst benachbarten Ringfläche des einen hinteren (5a) oder anderen vorderen Ringkanals 6a kompensiert. Dadurch werden der Steuerzapfen 2 und der Rotor 1 über den gesamten Betriebsdruckbereich mit einem definierbaren Kraftüberschuss aneinandergepresst, so dass deren Verbindungsstelle im Betrieb leckagearm und damit vergleichsweise dicht ist. Bei Verschleiss (Abrieb) der Stirnfläche des Rotors erfolgt automatisch die erforderliche Nachstellung.
Die durch den Systemdruck entstehenden axialen und radialen Kräfte werden über die beiden Rillenkugellager 10 aufgenommen und über den Sicherungsring 7 im Gehäuse 12 abgefangen.

Claims

Hydraulische, vorzugsweise von einem Elektromotor (9) angetriebene Pumpe mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (13, 14), von denen bei der einen Drehrichtung der erste als Druck- und der zweite als Sauganschluss und -bei entgegengesetzter Drehrichtung- der erste als Sauganschluss und der zweite als Druckanschluss dient, mit einem bezüglich eines Gehäuses (12) drehfesten Steuerzapfen (2) und mit einem um eine gehäusefeste Drehachse drehbaren Rotor (1), welcher mehrere, vorzugsweise drei radial bewegbare, sich mit ihren äußeren Enden auf einem Exzenterlager (4) abstützende Pumpkolben (3) aufweist, deren innere Enden je einen -sich im Valumen ändernden- Kolbenraum abschließen, wobei der Steuerzapfen (2) eine erste und eine zweite Steuerfläche (2b, 2c) aufweist und in axialer Richtung neben dem Rotor (1) mit den zwei Steuerflächen (2b, 2c) an dessen einer Stirnseite anliegt, und wobei jeder Kolbenraum mit einer parallel zu der Drehachse axial im Rotor (1) verlaufenden und an der Stirnseite des Rotors (1) mündenden Bohrung (3a) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass anschließend an den Steuerzapfen (2) auf seiner dem Rotor (1) abgewandten Seite ein Tank (11) vorgesehen ist und – dass in dem Steuerzapfen (2) zwei Saugrückschlagventile (5, 6) vorgesehen sind, von denen jedes auf seiner dem Tank (11), zugewandten Seite über einen Tankanschluss mit dem Tank (11) verbunden ist, um ein Ansaugen von Flüssigkeit von dem Tank (11) zu ermöglichen, wobei das erste Saugrückschlagventil auf seiner dem Tank (11) abgewandten Seite sowohl mit der ersten Steuerfläche (2b) als auch mit dem ersten Anschluss (14) und das zweite Saugrückschlagventil (6) auf seiner dem Tank (11) abgewandten Seite sowohl mit der zweiten Steuerfläche (2c) als auch mit dem zweiten Anschluss (13) strömungsmäßig verbunden ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede tankabgewandte Seite der Saugrückschlagventile (5, 6) an je einen zwischen dem Gehäuse (12) und dem Mantel des darin angeordneten Steuerzapfens (2) vorgesehenen, umlaufenden, vorderen oder hinteren Ringkanal (5a, 6a) angeschlossen ist, dessen den Ringkanal an seiner bezüglich der Stirnfläche des Rotors (1) nächst benachbarten Seite begrenzende vordere Ringfläche (15) von einem Bereich des Steuerzapfens (2) mit abnehmendem Radius und dessen den Ringkanal an seiner bezüglich der Stirnfläche des Rotors (1) entfernten Seite begrenzende hintere Ringfläche (16) von einem Bereich des Gehäuses gebildet ist.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der Stirnfläche des Rotors (1) nächst benachbarte vordere Ringkanal (6a) sowie der der Stirnfläche des Rotors (1) entferntere hintere Ringkanal (5a) über je eine Querbohrung (5b, 6b) mit der zugehörigen tankabgewandten Seite der Saugrückschlagventile (5, 6) verbunden sind.
Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzapfen (2) einen kreiszylinderförmigen Mantel aufweist und der hintere sowie vordere Ringkanal (5a, 6a) auf jeder Seite von einer umlaufenden Dichtung (9a, 9b, 9c) benachbart ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzapfen als Steuerflächen (2b, 2c) zwei Steuernieren aufweist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzapfen als Steuerflächen (2b, 2c) zwei Steuerbohrungen aufweist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzapfen (2) einen Steuerspiegel (2a) aufweist und dass die Steuerflächen (2b, 2c) des Steuerzapfens (2) innerhalb des Steuerspiegels (2a) angeordnet sind.
Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) einen Steuerspiegel aufweist und dieser eine andere Härte als der Steuerspiegel (2a) des Steuerzapfens (2) aufweist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in axialer Richtung neben dem Steuerzapfen (2) angeordnete Rotor (1) und der Steuerzapfen (2) im drucklosen Zustand mit der Kraft einer Feder (8) aneinander gedrückt sind.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterlager (4) als Gleit- oder Wälzlager ausgebildet ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) auf seiner der Stirnseite abgewandten Seite mittels zumindest eines Axiallagers (10) drehbar gelagert ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) auf seiner der Stirnseite abgewandten Seite mittels zumindest eines Radiallagers (10) drehbar gelagert ist.