DE102007060794A1

DE102007060794A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE102007060794A1
Application number: DE102007060794A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Göllner
Original assignee: Sauer Danfoss GmbH and Co OHG
Current assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US20090155095A1; US8142170B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit Außenbeaufschlagung. Sie weist einen auf einer drehbaren Antriebswelle angebrachten, innen liegenden Exzenter, einen Zylinderblock mit radial zur Antriebswelle ortsfest ausgerichteten Zylinderbohrungen sowie Verdrängerkolben auf, die in den Zylinderbohrungen längsverschieblich gelagert sind, wobei die Verdrängerkolben einen Kolbenkopf mit derart kurzer Mantelhöhe aufweisen und mit ihrem Kolbenfuß derart am Exzenter gelagert sind, dass der Kolbenkopf bei seiner Längsverschiebung in einem vorbestimmten Winkelbereich Deltaalpha um die Längsmittelachse der zugeordneten Zylinderbohrung verschwenkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Radialkolbenpumpen stellen eine spezielle Bauart von Verdrängerpumpen mit mehreren Kolben dar, die sternförmig um und senkrecht zur Antriebsachse angeordnet sind. Sie können von innen oder von außen mit Druckmedium beaufschlagt sein und sind im Allgemeinen für hohe Dauerdrücke geeignet.
Bei außen beaufschlagten, innen abgestützten Radialkolbenpumpen stützen sich die Kolben an einem auf der Antriebswelle befindlichen Exzenter ab und werden durch dessen Drehung in den Zylindern eines feststehenden Zylinderblocks hin und her bewegt. Der Druckmittelfluss wird dabei durch außen angebrachte Saug- und Druckventile gesteuert. Herkömmlich haben die zylindrischen Kolben zur Führung in den Zylindern im Vergleich zum Kolbenhub eine relativ große Baulänge, verfügen also über eine große Mantelhöhe des Kolbenkopfes, wodurch eine geradlinige Bewegung der Kolben in den Zylindern sichergestellt wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei den üblicherweise einstückigen Kolben durch den Exzenterantrieb Querkräfte unvermeidlich sind, selbst wenn die Abstützung der Kolben am Exzenter quasi-punktuell, bspw. über eine ballige Anlagefläche erfolgt. Der herkömmliche Aufbau hat deshalb einen vergleichsweise großen Außendurchmesser der Pumpe zur Folge.
Die verschiedenen Systeme für Radialkolbenpumpen sind bspw. beschrieben in H. Ebertshäuser/S. Helduser Fluidtechnik von A bis Z, Vereinigte Fachverlage, Mainz, 2. Auflage 1995, S. 275–276.
Mit der Erfindung soll eine verbesserte Radialkolbenpumpe geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Radialkolbenpumpe mit Außenbeaufschlagung und mit einem auf einer drehbaren Welle angebrachten, innen liegenden Exzenter, einem Zylinderblock, der radial zur Welle ortsfest ausgerichtete Zylinderbohrungen aufweist, und mit Verdrängerkolben, die in den Zylinderbohrungen längsverschieblich gelagert sind, dadurch erreicht, dass die Verdrängerkolben einen Kolbenkopf mit derart kurzer Mantelhöhe aufweisen und mit ihrem Kolbenfuß derart am Exzenter gelagert sind, dass der Kolbenkopf bei seiner Längsverschiebung in einem vorbestimmten Winkelbereich Δα um die Längsmittelachse der zugeordneten Zylinderbohrung verschwenkt. Auf diese Weise gelingt eine erhebliche Reduzierung des Außendurchmessers des Aggregats, das damit in entsprechend kompakter Bauweise ausgeführt werden kann. Es hat sich dabei gezeigt, dass trotz der Verkippung des Kolbenkopfes eine ausreichende Abdichtung gegenüber der Zylinderbohrung ereicht werden kann.
Vorzugsweise sind die im Zylinderblock befindlichen Zylinderbohrungen sternförmig zur Antriebswelle ausgerichtet, wobei auch ein Aggregat realisiert werden kann, bei der mindestens zwei sternförmige ausgerichtete Zylinderblöcke entlang einer gemeinsamen Kurbelwelle in Reihe geschaltet sind. Hieraus ergibt sich ein entsprechend mehrfaches Hubvolumen und damit eine verbesserte Wirtschaftlichkeit.
Der Winkelbereich Δα, der von den Verdrängerkolben während ihrer Hin-Herbewegung in der Zylinderbohrung überstrichen wird beträgt vorzugsweise Δα ≥ ±4°, besonders bevorzugt Δα ≥ ±5°.
Vorteilhaft ist, wenn die Verdrängerkolben im Bereich des Exzenters im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und sich mit einer hydrostatische Gleitlagerung am Exzenter oder an einem den Exzenter umgebenden Zylinderrollenlager abstützen. In alternativer Weiterbildung der Erfindung ist ein den Exzenter umgebender Lagerring vorgesehen, an dem die Verdrängerkolben schwenkbar angelenkt sind.
Bevorzugt sind die Kolbenköpfe der Verdrängerkolben ballig ausgeführt und weisen zur Abdichtung in den Zylinderbohrungen mindestens je einen Kolbenring pro Verdrängerkolben auf. Hierdurch wird einerseits die Abdichtung in der Zylinderbohrung und andererseits eine ausreichende Bewegungsfreiheit des Kolbenkopfs gewährleistet.
Zur Druckmittelversorgung der hydrostatischen Gleitlagerung am Exzenter bzw. zur Schmiermittelzuführung an die Anlenkung der Verdrängerkolben an einen den Exzenter umgebenden Lagerring weisen die Verdrängerkolben vorzugsweise eine entsprechende Innenbohrung auf, die den Verdrängerkolben der Länge nach durchsetzt und eine dosierte Druckmittelversorgung zuläßt.
Weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
Es zeigen:
1: Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
2: Einzelheiten der Kolbenführung des ersten Ausführungsbeispiels
3: Ein zweites Ausführungsbeispiel
4: Ein drittes Ausführungsbeispiel
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Radialkolbenpumpe 1 besitzt ein schematisch dargestelltes Gehäuse 14, in dem der Zylinderblock 3 mit den Zylinderbohrungen 4 untergebracht ist. In den Zylinderbohrungen 4 sind Verdrängerkolben 5 längsverschieblich gelagert. Zum Exzenter 7 hin haben sie eine im Wesentlichen zylindrische Grundform. Sie stützen sich dabei jeweils mit dem Kolbenfuß 12 über eine hydrostatische Gleitlagerung an einem innen liegenden Exzenter 7 ab, der mit der Antriebswelle 2 verbunden ist und mit dieser angetrieben wird. Die Verdrängerkolben 5 weisen zu diesem Zweck eine Innenbohrung 13 längs der Kolbenachse auf, die in eine zentrale Ausnehmung 17 des Kolbenfußes 12 mündet, und über die Druckfluid in dosierter Menge an die Fläche der Gleitlagerung gelangt. Der in der Zylinderbohrung 4 gleitende Kolbenkopf 8 ist in der Grundform ebenfalls zylindrisch, weist aber eine so geringe Mantelhöhe auf, dass er der durch die Exzenterbewegung verursachten Verkippung gegen die in 1 am Beispiel zweier einander gegenüber stehender Zylinder dargestellten Längsmittelachse 6 der Zylindebohrung 4 folgen kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kolbenkopf 8 ballig ausgebildet. Die Abdichtung zur Zylinderbohrung wird durch einen Kolbenring 9 gewährleistet. Grundsätzlich kann der Kolbenkopf 8 auch kreiszylindrisch mit entsprechend kurzer Mantelhöhe ausgeführt sein. Die Abdichtung kann gegebenenfalls mit zwei oder drei Kolbenringen 9 erfolgen. Die Zylinderbohrungen 4 sind sternförmig radial zur Antriebswelle 2 hin ausgerichtet. Die Beaufschlagung mit Druckfluid erfolgt außenseitig. Durch das beim zurücklaufenden Verdrängerkolben 5 entstehende Vakuum öffnet das Saugventil 10 und lässt so Druckfluid in die Zylinderbohrung 4 nachströmen. Im inneren Umkehrpunkt des Verdrängerkolbens 5 schließt das Saugventil 10 unter Federdruck, gleichzeitig öffnet das Auslassventil 11, so dass der Verdrängerkolben 5 das Verdrängungsvolumen in die Arbeitsleitung der Pumpe drücken kann.
Die Funktionsweise der Radialkolbenpumpe ist in 2 anhand zweier Stellungen des Verdrängerkolbens 5 nochmals im Einzelnen dargestellt. Durch die Drehung des mit der Antriebswelle 2 verbundenen Exzenters 7 werden die Verdrängerkolben 5 in den Zylinderbohrungen 4 hin und her bewegt. Der Kolbenfuß 12 ist im Wesentlichen zylindrisch und weist eine zentrale Ausnehmung 17 auf, in die eine gestufte Innenbohrung 13 mündet, die den Verdrängerkolben 5 der Länge nach durchsetzt. Die Innenbohrung 13 ist dabei so bemessen, dass das durch das Saugventil 10 eintretende Druckfluid aus der Zylinderbohrung 4 an die Gleitlagerung des Kolbenfußes gelangen kann. Der Verdrängerkolben 5 weist eine geringe Baulänge auf. Aufgrund der hydrostatischen Gleitlagerung am Exzenter 7 bedarf es keiner langen zylindrischen Führung des Kolbenkopfes 8, der deshalb sehr kurz mit geringer Mantelhöhe ausgeführt werden kann. Im gezeigten Beispiel ist er ballig ausgeführt, was die Verschwenkung gegen die Längsmittelachse 6 der Zylinderbohrung 4 erleichtert. Wegen der ausgedehnten Anlage am Exzenter 7 führt der Verdrängerkolben 5 mit seinem Kolbenkopf 8 eine Schwenkbewegung im Winkel um die Längsmittelachse 6 der Zylinderbohrung 4 aus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel überstreicht der Verdrängerkolben 5 einen Winkelbereich von etwa ±5° um die Längsachse 6 der Zylinderbohrung 4. Zur Abdichtung gegen die Zylinderbohrung 4 dienen ein oder mehrere Kolbenringe 9.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Bezugszeichen für gleiche Bauteile wurden darin beibehalten. Der mit der Antriebswelle 2 verbundene Exzenter 7 ist in diesem Beispiel von einem Zylinderrollenlager 15 umgeben, an dem sich die Verdrängerkolben 5 abstützen. Wie anhand der 1 beschrieben, sind die Verdrängerkolben 5 wiederum längsverschieblich in den Zylinderbohrungen 4 des Zylinderblocks 3 gelagert und überstreichen bei dieser Bewegung jeweils einen Winkelbereich von etwa ±5°. Die übrigen Bauteile entsprechen denen des Ausführungsbeispiels der 1 auf deren Beschreibung verwiesen wird.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Wie zuvor bereits beschrieben, weist die Radialkolbenpumpe 1 ein Gehäuse 14, in dem sich der Zylinderblock 3 mit den Zylinderbohrungen 4 befindet. Die Verdrängerkolben 5 sind hier mit dem Kolbenfuß 12 an einem Lagerring 16 schwenkbar angelenkt, der den Exzenter 7 und die Antriebswelle 2 umgibt. Der Lagerring 16 kann bspw. als Außenzylinder eines Zylinderrollenlagers oder als Lagerbuchse für den Exzenter 7 ausgebildet sein. Durch die Drehung des Exzenters 7 verschiebt sich der Lagerring 16, der in der Folge die Verdrängerkolben 5 in den Zylinderbohrungen hin 4 und her bewegt. Bei einem Umlauf des Exzenters 7 führt der Kolbenkopf 8 des Verdrängerkolbens 5 eine Kippbewegung aus und überstreicht dabei einen vorbestimmten Winkelbereich in der jeweiligen Zylinderbohrung 4.
In allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein einstückiger Verdrängerkolben mit einem Kolbenkopf sehr kurzer Baulänge vorgesehen, wobei diese Baulänge in Verbindung mit der Abstützung des Verdrängerkolbens am Exzenter es ermöglichen, dass der Kolbenkopf während seiner Hin- und Herbewegung im Zylinder eine Schwenkbewegung um die Zylinderachse aus führt, wodurch sich eine besonders günstige kompakte Bauweise für die Radialkolbenpumpe und eine überraschende Dichtigkeit der Verdrängerkolben in der Zylinderbohrung ergeben.

1: Radialkolbenpumpe
2: Antriebswelle
3: Zylinderblock
4: Zylinderbohrung
5: Verdrängerkolben
6: Längsmittelachse der Zylinderbohrung
7: Exzenter
8: Kolbenkopf
9: Kolbenring
10: Saugventil
11: Auslassventil
12: Kolbenfuß
13: Innenbohrung
14: Gehäuse
15: Zylinderrollenlager
16: Lagerring
17: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- H. Ebertshäuser/S. Helduser Fluidtechnik von A bis Z, Vereinigte Fachverlage, Mainz, 2. Auflage 1995, S. 275–276 [0004]

Claims

Radialkolbenpumpe mit Außenbeaufschlagung und mit einem auf einer drehbaren Antriebswelle (2) angebrachten, innenliegenden Exzenter (7), einem Zylinderblock (3), der radial zur Antriebswelle (2) ortsfest ausgerichtete Zylinderbohrungen (4) aufweist, und mit Verdrängerkolben (5), die in den Zylinderbohrungen (4) längsverschieblich gelagert sind, wobei die Verdrängerkolben (5) einen Kolbenkopf (8) mit derart kurzer Mantelhöhe aufweisen und mit ihrem Kolbenfuß (12) derart am Exzenter (7) gelagert sind, dass der Kolbenkopf (8) bei seiner Längsverschiebung in einem vorbestimmten Winkelbereich Δα um die Längsmittelachse (6) der zugeordneten Zylinderbohrung (4) verschwenkt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, bei dem die im Zylinderblock (3) befindlichen Zylinderbohrungen (4) sternförmig zur Antriebswelle (2) ausgerichtet sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, bei dem mindestens zwei sternförmige ausgerichtete Zylinderblöcke (3) entlang einer gemeinsamen Kurbelwelle in Reihe geschaltet sind.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Winkelbereich Δα ≥ ±4°, vorzugsweise Δα ≥ ±5° ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Verdrängerkolben (5) im Bereich des Exzenters (7) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zur Abstützung der Verdrängerkolben (5) am Exzenter (7) ein den Exzenter (7) umgebendes Zylinderrollenlager (15) vorgesehen ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Verdrängerkolben (5) durch eine hydrostatische Gleitlagerung am Exzenter (7) abgestützt sind.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Verdrängerkolben an einem den Exzenter (7) umgebenden Lagerring (16) schwenkbar angelenkt sind.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Kolbenköpfe (8) der Verdrängerkolben (5) zur Abdichtung in den Zylinderbohrungen (4) mindestens je einen Kolbenring (9) pro Verdrängerkolben (5) aufweisen.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem der Kolbenkopf (8) des Verdrängerkolbens (5) ballig ausgeführt ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Verdrängerkolben (4) eine Innenbohrung (13) zur Druckmittelversorgung der Lagerung am Exzenter (7) aufweisen.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die Außenbeaufschlagung mit Druckmittel durch mindestens ein Saug- und Auslassventil (10, 11) gesteuert wird.