DE102017213537A1

DE102017213537A1 - Radial piston pump

Info

Publication number: DE102017213537A1
Application number: DE102017213537.9A
Authority: DE
Inventors: Maria Meitinger
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe (1) insbesondere für ein Wärmerückgewinnungssystem. Dabei weist die Radialkolbenpumpe (1) eine Antriebswelle (6) und ein Aufschlaggehäuse (4) auf. An der Antriebswelle (6) ist ein Exzenter (5) drehfest festgelegt und ein radial zu der Antriebswelle (6) in dem Aufschlaggehäuse (4) verschiebbarer Kolben (3) wenigstens einer Kolbenpumpe (2) liegt an dem Exzenter (5) an.
Erfindungsgemäß weist der Exzenter (5) eine axial variierende Exzentrizität (8a, 8b) auf und ist an der Antriebswelle (6) axial verschiebbar angeordnet.

The invention relates to a radial piston pump (1), in particular for a heat recovery system. In this case, the radial piston pump (1) has a drive shaft (6) and an impact housing (4). On the drive shaft (6) an eccentric (5) is fixed against rotation and a radially to the drive shaft (6) in the impact housing (4) displaceable piston (3) at least one piston pump (2) is applied to the eccentric (5).
According to the invention, the eccentric (5) has an axially varying eccentricity (8a, 8b) and is arranged axially displaceably on the drive shaft (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe insbesondere für ein Wärmerückgewinnungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a radial piston pump in particular for a heat recovery system according to the preamble of claim 1.

Radialkolbenpumpen werden zum Fördern eines Arbeitsfluids beispielsweise in einem Wärmerückgewinnungssystem eingesetzt. Eine außenbeaufschlagte Radialkolbenpumpe zeichnet sich durch mehrere zu einer Antriebswelle in einem Aufschlaggehäuse radial angeordnete Kolbenpumpen aus. Die Kolbenpumpen weisen dabei jeweils einen Kolben auf, der in dem Aufschlaggehäuse radial zu der Antriebswelle verschiebbar gelagert ist. Die Antriebswelle und die jeweiligen Kolben der Kolbenpumpen sich über einen Exzenter antriebsverbunden, der an der Antriebswelle drehfest festgelegt ist. Beim Drehen der Antriebswelle werden durch den Exzenter die jeweiligen Kolben nacheinander in dem Aufschlaggehäuse radial zu der Antriebswelle verschoben und die Kolbenpumpen auf diese Weise betätigt. Ein von der Drehzahl der Antriebswelle abhängiger Volumenstrom des Arbeitsfluids wird in einem geschlossenen Kreislauf gefördert.Radial piston pumps are used for conveying a working fluid, for example in a heat recovery system. An externally loaded radial piston pump is characterized by a plurality of piston pumps arranged radially to a drive shaft in an impact housing. The piston pumps each have a piston, which is mounted in the impact housing radially to the drive shaft slidably. The drive shaft and the respective pistons of the piston pumps are drivingly connected via an eccentric, which is fixed against rotation on the drive shaft. When turning the drive shaft, the respective pistons are displaced successively in the impact housing radially to the drive shaft and the piston pumps actuated in this manner by the eccentric. A dependent of the speed of the drive shaft flow of the working fluid is conveyed in a closed circuit.

Der Volumenstrom in der außenbeaufschlagten Radialkolbenpumpe kann herkömmlich auf unterschiedliche Weisen geregelt werden. So kann beispielsweise ein Teil des geförderten Volumenstroms aus dem Kreislauf entzogen, einzelne Kolbenpumpen abgeschaltet oder der geförderte Volumenstrom durch regelbare Ventile begrenzt werden. Alle diese Lösungen zeichnen sich entweder durch einen hohen Energieverlust in dem Kreislauf oder durch eine komplexe Bauweise aus. Eine weitere Möglichkeit zum Regeln des Volumenstroms in einer innenbeaufschlagten Radialkolbenpumpe ist beispielsweise in DE 25 11 365 A1 beschrieben. Hier wird die Hubverstellung der jeweiligen Kolben mechanisch auf eine Teilhubverstellung begrenzt, wodurch auch der Volumenstrom des geförderten Arbeitsfluids geregelt wird. Diese Lösung weist ebenfalls eine komplexe Bauweise auf und kann auf eine außenbeaufschlagte Radialkolbenpumpe nicht übertragen werden.The volume flow in the external pressurized radial piston pump can be controlled conventionally in different ways. For example, a part of the delivered volume flow can be withdrawn from the circuit, individual piston pumps can be switched off or the delivered volume flow can be limited by adjustable valves. All of these solutions are characterized either by a high energy loss in the circuit or by a complex design. Another way to control the flow in an internally pressurized radial piston pump, for example, in DE 25 11 365 A1 described. Here, the stroke adjustment of the respective piston is mechanically limited to a Teilhubverstellung, whereby the volume flow of the funded working fluid is regulated. This solution also has a complex construction and can not be transferred to an externally loaded radial piston pump.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen, welche den beschriebenen Nachteil überwindet.The object of the invention is therefore to provide a radial piston pump which overcomes the disadvantage described.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the subject of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein in einer Radialkolbenpumpe geförderter Volumenstrom durch ein mechanisches Begrenzen der Hubverstellung in der Radialkolbenpumpe zu regeln. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle und ein koaxial um die Antriebswelle angeordnetes Aufschlaggehäuse auf. Ein Exzenter ist drehfest an der Antriebswelle festgelegt und ein radial zu der Antriebswelle in dem Aufschlaggehäuse verschiebbarer Kolben wenigstens einer Kolbenpumpe liegt an dem Exzenter an. Der Exzenter weist erfindungsgemäß eine in Axialrichtung der Antriebswelle unterschiedliche Exzentrizität auf und ist an der Antriebswelle axial verschiebbar angeordnet. In der Radialkolbenpumpe liegen die Kolben der jeweiligen Kolbenpumpen an dem Exzenter an und der Hub des Kolbens in der jeweiligen Kolbenpumpe ist durch die Exzentrizität des Exzenters gegeben. Erfindungsgemäß weicht die Exzentrizität des Exzenters axial ab, so dass durch ein axiales Verstellen des Exzenters an der Antriebswelle die aktuell den Hub der Kolben bestimmende Exzentrizität geändert wird. Dabei kann die Exzentrizität des Exzenters allgemein als eine Differenz eines maximalen Außenradius und eines minimalen Außenradius des Exzenters definiert werden, wobei die beiden Außenradien in einer zu einer Drehachse der Antriebswelle senkrechten Ebene liegen. Die aktuell den Hub der Kolben bestimmende Exzentrizität des Exzenters wird in der Ebene bestimmt, die aktuell durch die Berührungspunkte der jeweiligen Kolben mit dem Exzenter durchgeht. Durch ein axiales Verstellen des Exzenters kann die aktuell den Hub der Kolben bestimmende Exzentrizität geändert werden. Entsprechend ändern sich der Hub der Kolben in den jeweiligen Kolbenpumpen und der Volumenstrom des Arbeitsfluids in der Radialkolbenpumpe. Das axiale Verstellen des Exzenters kann dabei stetig oder stufenweise erfolgen und entsprechend auch der Volumenstrom in der Radialkolbenpumpe kann stetig oder stufenweise geändert werden. Der Exzenter kann kostengünstig hergestellt und platzsparend in der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe verbaut werden. Zusätzlich kann der Volumenstrom in der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe auf einfache und präzise Weise durch ein axiales Verstellen des Exzenters geregelt werden.The present invention is based on the general idea of controlling a volumetric flow delivered in a radial piston pump by mechanically limiting the stroke adjustment in the radial piston pump. The radial piston pump according to the invention has a drive shaft and a coaxially arranged around the drive shaft impact housing. An eccentric is rotationally fixed to the drive shaft and a radially displaceable to the drive shaft in the impact housing piston at least one piston pump is applied to the eccentric. The eccentric according to the invention has a different eccentricity in the axial direction of the drive shaft and is arranged axially displaceably on the drive shaft. In the radial piston pump, the pistons of the respective piston pumps are in contact with the eccentric and the stroke of the piston in the respective piston pump is given by the eccentricity of the eccentric. According to the invention, the eccentricity of the eccentric deviates axially, so that by an axial adjustment of the eccentric on the drive shaft, the currently determining the stroke of the piston eccentricity is changed. In this case, the eccentricity of the eccentric can be defined generally as a difference between a maximum outer radius and a minimum outer radius of the eccentric, wherein the two outer radii lie in a plane perpendicular to a rotational axis of the drive shaft plane. The currently determining the stroke of the piston eccentricity of the eccentric is determined in the plane, which currently passes through the points of contact of the respective piston with the eccentric. By an axial adjustment of the eccentric currently the stroke of the piston determining eccentricity can be changed. Accordingly, the stroke of the pistons in the respective piston pumps and the volume flow of the working fluid in the radial piston pump change. The axial adjustment of the eccentric can be carried out continuously or stepwise and accordingly, the volume flow in the radial piston pump can be changed continuously or stepwise. The eccentric can be produced inexpensively and installed to save space in the radial piston pump according to the invention. In addition, the volume flow in the radial piston pump according to the invention can be controlled in a simple and precise manner by an axial adjustment of the eccentric.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Exzenter axial von einer Maximalhubseite zu einer gegenüberliegenden Minimalhubseite verjüngt. Auf der Maximalhubseite weist der Exzenter eine maximale Exzentrizität auf, so dass beim Anliegen der Kolben an der Maximalhubseite die Kolben der jeweiligen Kolbenpumpen einen maximalen Hub aufweisen. Auf der Minimalhubseite weist der Exzenter eine minimale Exzentrizität auf, so dass beim Anliegen der Kolben an der Minimalhubseite die Kolben der jeweiligen Kolbenpumpen einen minimalen Hub aufweisen. Bei einem axialen Verstellen des Exzenters von der Minimalhubseite zu der Maximalhubseite oder umgekehrt kann der Volumenstrom des Arbeitsfluids in der Radialkolbenpumpe zwischen einem minimalen Volumenstrom und einem maximalen Volumenstrom geregelt werden. Vorzugsweise ist der Exzenter im Wesentlichen kegelstumpfförmig. Der kegelstumpfförmige Exzenter kann auf eine besonders einfache kostensparende Weise hergestellt werden.Advantageously, it is provided that the eccentric tapers axially from a maximum stroke side to an opposite minimum stroke side. On the maximum stroke side, the eccentric has a maximum eccentricity, so that when the pistons abut on the maximum stroke side, the pistons of the respective piston pumps have a maximum stroke. On the minimum stroke side, the eccentric has a minimal eccentricity, so that when the pistons are in contact with the minimum stroke side, the pistons of the respective piston pumps have a minimal stroke. In the case of an axial adjustment of the eccentric from the minimum stroke side to the maximum stroke side or vice versa, the volume flow of the working fluid in the radial piston pump can be regulated between a minimum volume flow and a maximum volume flow. Preferably, the Eccentric essentially frusto-conical. The frusto-conical eccentric can be made in a particularly simple cost-saving manner.

Um ein axiales Verstellen des Exzenters an der Antriebswelle zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Radialkolbenpumpe eine Betätigungsvorrichtung aufweist. Die Betätigungsvorrichtung kann beispielsweise an der Antriebswelle festgelegt sein und den Exzenter linear an der Antriebswelle beispielsweise durch elektrische Linearaktuatoren führen. Alternativ kann die Betätigungsvorrichtung einen Hydraulikzylinder oder einen Pneumatikzylinder aufweisen. Auch ein Kipphebelsystem kann in der Betätigungsvorrichtung vorgesehen sein.In order to enable an axial adjustment of the eccentric on the drive shaft, it is provided that the radial piston pump has an actuating device. The actuating device can be fixed, for example, to the drive shaft and guide the eccentric linearly to the drive shaft, for example, by electric linear actuators. Alternatively, the actuator may comprise a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder. Also, a rocker arm system may be provided in the actuator.

Vorteilhafterweise ist in der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe vorgesehen, dass die Betätigungsvorrichtung eine Rückstellanordnung zum Rückstellen des Exzenters in eine Ausgangsposition aufweist. Die Ausgangsposition kann beispielsweise beim Anliegen der Kolben an der Maximalhubseite oder an der Minimalhubseite definiert werden. Durch die Betätigungsvorrichtung wird dann der Exzenter an der Antriebswelle axial aus der Ausgangsposition verstellt und durch die Rückstellvorrichtung wird ein Verstellen des Exzenters in die Ausgangsposition unterstützt oder vollständig übernommen. Die Rückstellanordnung kann beispielsweise eine koaxial an der Antriebswelle angeordnete Schraubenfeder sein, durch die der Exzenter vorteilhafterweise auch in einem stromlosen Zustand in die vordefinierte Ausgangsposition bringbar ist.Advantageously, it is provided in the radial piston pump according to the invention that the actuating device has a return arrangement for returning the eccentric to a starting position. The starting position can be defined, for example, when the pistons abut on the maximum stroke side or on the minimum stroke side. By the actuating device of the eccentric is then adjusted to the drive shaft axially from the starting position and by the return device, an adjustment of the eccentric is supported in the starting position or completely taken. The return arrangement can be, for example, a coaxially arranged on the drive shaft coil spring, through which the eccentric can be brought advantageously in a de-energized state in the predefined starting position.

Insgesamt kann in der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe der Volumenstrom des geförderten Arbeitsfluids auf einfache und aufwandreduzierte Weise geregelt werden.Overall, in the radial piston pump according to the invention, the volume flow of the pumped working fluid can be controlled in a simple and reduced-cost manner.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe, wobei Kolbenpumpen einen maximalen Hub aufweisen;
2 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Radialkolbenpumpe, wobei Kolbenpumpen einen minimalen Hub aufweisen;
3 eine Ansicht eines Exzenters;
4 eine teilweise Schnittansicht eines Exzenters;
5 eine Seitenansicht einer Antriebswelle mit einem Exzenter und mit einer Betätigungsvorrichtung.

It show, each schematically

1 a sectional view of a radial piston pump according to the invention, wherein piston pumps have a maximum lift;
2 a sectional view of in 1 shown radial piston pump, wherein piston pumps have a minimum stroke;
3 a view of an eccentric;
4 a partial sectional view of an eccentric;
5 a side view of a drive shaft with an eccentric and with an actuator.

1 und 2 zeigen Schnittansichten einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1. Die Radialkolbenpumpe 1 weist insgesamt vier Kolbenpumpen 2 mit jeweils einem Kolben 3, wobei die jeweiligen Kolben 3 verschiebbar in einem Aufschlaggehäuse 4 angeordnet sind. Die jeweiligen Kolben 3 liegen an einem Exzenter 5 an und sind auf diese Weise mit dem Exzenter 5 antriebsverbunden. Der Exzenter 5 ist an einer Antriebswelle 6 drehfest festgelegt und zu dieser axial verschiebbar. Beim Drehen der Antriebswelle 6 um eine Drehachse 7 werden die jeweiligen Kolben 3 radial zu der Antriebswelle 6 in dem Aufschlaggehäuse 4 verschoben, wodurch ein Arbeitsfluid durch die Kolbenpumpen 2 gefördert wird. Der Exzenter 5 weist erfindungsgemäß eine axial abweichende Exzentrizität auf, wodurch der Hub der jeweiligen Kolben 3 durch ein axiales Verstellen des Exzenters 5 an der Antriebswelle 6 geändert werden kann. Folglich kann auch der Volumenstrom des Arbeitsfluids in der Radialkolbenpumpe 1 auf diese Weise geregelt werden. 1 and 2 show sectional views of a radial piston pump according to the invention 1 , The radial piston pump 1 has a total of four piston pumps 2 each with a piston 3 , wherein the respective pistons 3 slidable in an impact housing 4 are arranged. The respective pistons 3 lie on an eccentric 5 and are in this way with the eccentric 5 drive-connected. The eccentric 5 is on a drive shaft 6 fixed in rotation and axially displaceable to this. When turning the drive shaft 6 around a rotation axis 7 become the respective pistons 3 radially to the drive shaft 6 in the impact housing 4 shifted, causing a working fluid through the piston pumps 2 is encouraged. The eccentric 5 according to the invention has an axially different eccentricity, whereby the stroke of the respective piston 3 by an axial adjustment of the eccentric 5 on the drive shaft 6 can be changed. Consequently, the volume flow of the working fluid in the radial piston pump 1 be regulated in this way.

In 1 weisen der Exzenter 5 eine maximale Exzentrizität 8a und die jeweiligen Kolben 3 einen maximalen Hub 9a auf. Abweichend dazu weisen in 2 der Exzenter 5 eine minimale Exzentrizität 8b und die jeweiligen Kolben 3 einen minimalen Hub 9b auf. Der Exzenter 5 verjüngt stetig von einer Maximalhubseite 10 zu einer Minimalhubseite 11 und ist im Wesentlichen kegelstumpfförmig, wie in 3 und in 4 gezeigt ist. Der Exzenter 5 weist auf der Maximalhubseite 10 die maximale Exzentrizität 8a (1) und auf der Minimalhubseite 11 die minimale Exzentrizität 8b (2) auf. Bei einem axialen Verstellen des Exzenters 5 von der Maximalhubseite 10 zu der Minimalhubseite 11 kann der Volumenstrom des Arbeitsfluids in der Radialkolbenpumpe 1 geregelt werden.In 1 show the eccentric 5 a maximum eccentricity 8a and the respective pistons 3 a maximum stroke 9a on. Deviating from this point in 2 the eccentric 5 a minimal eccentricity 8b and the respective pistons 3 a minimum stroke 9b on. The eccentric 5 Tapered steadily from a Maximalhubseite 10 to a minimum lift side 11 and is substantially frusto-conical, as in 3 and in 4 is shown. The eccentric 5 points to the maximum lift side 10 the maximum eccentricity 8a ( 1 ) and on the minimum lift side 11 the minimal eccentricity 8b ( 2 ) on. With an axial adjustment of the eccentric 5 from the maximum lift side 10 to the minimum lift side 11 can the volume flow of the working fluid in the radial piston pump 1 be managed.

5 zeigt eine Seitenansicht der Antriebswelle 6 mit einem Exzenter 5 und mit einer Betätigungsvorrichtung 12. Durch die Betätigungsvorrichtung 12 kann der Exzenters 5 an der Antriebswelle 6 axial stetig oder stufenweise verstellt werden. Die Betätigungsvorrichtung 12 kann einen Linearaktuator, einen Hydraulikzylinder oder einen Pneumatikzylinder aufweisen. Die Betätigungsvorrichtung 12 weist auch eine Rückstellanordnung 13 mit einer Schraubenfeder 14 zum Rückstellen des Exzenters 5 in eine definierte Ausgangsposition auf. Durch die Schraubenfeder 14 ist der Exzenter 5 auch in einem stromlosen Zustand in die vordefinierte Ausgangsposition bringbar. 5 shows a side view of the drive shaft 6 with an eccentric 5 and with an actuator 12 , By the actuator 12 can the eccentric 5 on the drive shaft 6 axially adjusted continuously or stepwise. The actuator 12 can be a linear actuator, have a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder. The actuator 12 also has a return assembly 13 with a coil spring 14 to reset the eccentric 5 in a defined starting position. By the coil spring 14 is the eccentric 5 also in a de-energized state in the predefined starting position can be brought.

Insgesamt kann in der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe 1 der Volumenstrom des geförderten Arbeitsfluid auf einfache und aufwandreduzierte Weise geregelt werden.Overall, in the radial piston pump according to the invention 1 the volume flow of the pumped working fluid can be controlled in a simple and effort-reduced manner.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2511365 A1 [0003]

Claims

Radial piston pump (1) in particular for a heat recovery system, - wherein the radial piston pump (1) has a drive shaft (6) and a coaxially arranged around the drive shaft (6) impact housing (4), and - wherein an eccentric (5) rotationally fixed to the drive shaft ( 6) is fixed and a radially to the drive shaft (6) in the impact housing (4) displaceable piston (3) at least one piston pump (2) on the eccentric (5) is applied, characterized in that the eccentric (5) has an axially varying Has eccentricity (8a, 8b) and is arranged axially displaceably on the drive shaft (6).

Radial piston pump after Claim 1 , characterized in that the eccentric (5) tapers axially from a maximum lift side (10) to an opposite minimum lift side (11).

Radial piston pump after Claim 1 or 2 , characterized in that the eccentric (5) is substantially frusto-conical.

Radial piston pump according to one of the preceding claims, characterized in that the radial piston pump (1) has an actuating device (12) for the axial adjustment of the eccentric (5) on the drive shaft (6).

Radial piston pump after Claim 4 , characterized in that the actuating device (12) comprises a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder.

Radial piston pump after Claim 4 or 5 , characterized in that the actuating device (12) comprises a rocker arm system.

Radial piston pump according to one of Claims 4 to 6 , characterized in that the actuating device (12) has a return arrangement (13) for returning the eccentric (5) to a starting position.

Radial piston pump after Claim 7 , characterized in that the return assembly (13) has a coaxially to the drive shaft (6) arranged coil spring (14).