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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem
Pumpenkörper,
in dem Kolben und Zylinder radial zu einem Antriebsexzenter angeordnet
sind, bei dem die Kolben bei einem Saughub über ein Saugfenster, das in
den Zylindern ausgebildet ist, ein Fluid ansaugen nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Radialkolbenpumpen
werden vielfältig
in Kraftfahrzeugen verwendet und zwar als Schmierölpumpen
für Brennkraftmaschinen
und Getriebe, als Druckölpumpen
für hydraulische
Stellglieder, Lenkungen, Federungen, Kupplungen, stufenlose Getriebe,
automatisch gesteuerte Getriebe, hydraulische Fahr- und Hilfsantriebe,
Arbeitsmaschinen etc. Sie werden vor allem dann eingesetzt, wenn
ein höheres
Druckniveau erforderlich ist.
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Als
Pumpen der Verdrängerbauart
fördern sie
das Druckmedium nicht kontinuierlich, sondern ungleichförmig in
Teilvolumina pro Umdrehung eines Antriebsexzenters. Die zyklisch
geförderten
Volumina verursachen sowohl auf der Saugseite als auch auf der Druckseite
Druckschwankungen, Druckschwingungen und Pulsationen. Die Druckschwingungen
werden von Einlass- und Auslassstössen überlagert, die beim Öffnen und
Schliessen der Förderkammern
z.B. der Zylinder entstehen. Die Stösse sind besonders gross, wenn
durch Einlass- oder Auslassventile in Form von Ventilbandfedern
plötzlich Räume mit
grossen Druckunterschieden verbunden werden. Ausserdem treten in
der Regel besonders hohe Druckschwankungen auf, wenn der Druck im System
hoch ist oder die Zylinder nur teilweise gefüllt werden.
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Erreicht
der Druck im Zylinder den Öffnungsdruck
der ringförmigen
Ventilbandfeder, hebt diese im Bereich des jeweiligen Zylinders
von ihrer Sitzfläche
ab und das hydraulische Medium, ein Drucköl, wird in den Sammelraum ausgestossen.
Fällt der Druck
im Zylinder unter den Schliessdruck der Ventilbandfeder, schlägt diese
wieder auf die Sitzfläche
auf und verursacht dabei ein lautes nagelndes Geräusch. Dieser
Vorgang wiederholt sich pro Umdrehung des Antriebsexzenters entsprechend
der Anzahl der Kolbenzylindereinheiten der Pumpe.
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Das
Geräusch
ist um so lauter, je dynamischer der Öffnungs- und Schliessvorgang
abläuft, entsprechend
dem Verhältnis
zu dem Öffnungsdruck und
dem Schliessdruck und entsprechend dem Druckanstiegsgradienten zum
Zeitpunkt des Öffnens.
Sind diese Werte sehr hoch wird die Ventilbandfeder sehr schnell
und sehr weit von ihrer Sitzfläche
abgehoben und schlägt
danach entsprechend heftig auf die Sitzfläche zurück. Die Druckstösse sämtlicher
Kolben erzeugen einen Körperschall,
der über
die Gehäusewand
als Luftschall abgestrahlt wird.
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Um
die durch die Druckstösse
verursachten Druckspitzen zu senken und damit die Geräuschentwicklung
der Radialkolbenpumpe zu verringern, wurde in der
DE A 43 36 673 eine Radialkolbenpumpe vorgeschlagen,
die eine Anzahl von in Zylinderbohrungen eines Pumpengehäuses eingesetzte
Kolben aufweist, wobei jeder Kolben von einer Feder beaufschlagt
wird, die sich an einem die Zylinderbohrung verschliessenden Stopfen
abstützt.
Die Antriebswelle weist einen Exzenter auf, auf dem eine Gleitbuchse angeordnet
ist. Zwischen einem auf die Gleitbuchse aufgeschobenen inneren Gleitring
und einem konzentrischen äusseren
Gleitring ist dabei ein Dämpfungselement
eingebaut, das z.B. als Wellfeder ausgebildet ist. Beim Rotieren
des Exzenters können
dadurch die jeweils das Drucköl
ausschiebenden Kolben auf dem zugehörigen Abschnitt des Gleitringes geringfügig einfedern,
sodass sich die zu Beginn eines Druckhubes auftretenden Druckspitzen
absenken lassen.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
gemäss
dieser Veröffentlichung
weist das Dämpfungselement
die Form eines geschlitzten Federringes auf, der am Innen- und am
Aussendurchmesser in gleichem Abstand versetzt zueinander angeordnete Stütznoppen
aufweist. Den Stütznoppen
liegen Zwischenräume
gegenüber,
sodass die einen Druckhub ausführenden
Kolben einfedern können.
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Bei
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist zwischen den beiden konzentrischen Gleitringen ein elastischer
Ring eingesetzt, der z.B. aus Gummi besteht und beidseitig an die
Gleitringe anvulkanisiert sein kann. Anstelle eines Gummiringes kann
gemäss
dieser Veröffentlichung
auch zwischen dem inneren und dem äusseren Gleitring ein in einen elastischen
Ring einvulkanisierter Federring vorgesehen sein, der aus einer
Vielzahl von geraden Abschnitten zusammengesetzt ist.
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In
der
DE A 101 26 151 ist
ein Gleitring für eine
Radialkolbenpumpe beschrieben, der aus einem Innenring und einem
dazu koaxialen Aussenring besteht, zwischen denen ein Dämpfungselement
angeordnet ist. Das Dämpfungselement
ist einstückig ausgebildet
und weist an beiden Seiten jeweils einen ringförmigen Randwulst auf, der am
Seitenrand des Innenringes an dessen Aussenumfang und am Rand des
Aussenringes an dessen Innenumfang anliegt, wobei zwischen den Randwülsten eine
Verbindungsstruktur vorgesehen ist, die z.B. durch einen weiteren Dämpfungsring
gebildet werden kann, der über
Stege mit den Randwülsten
verbunden ist. Ferner können
durch entsprechende Ausgestaltung des Dämpfungselementes zwischen dem
Innenring und dem Aussenring Kammern gebildet werden, in die eine Flüssigkeit
einfüllbar
ist, um so die Steifigkeit des Gleitringes variabel zu gestalten.
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Mit
diesen Massnahmen ist es möglich,
die beim Betrieb der Pumpe auftretenden Geräusche zu vermindern, nicht
jedoch, sie vollständig
zu beseitigen, da diese durch verschiedene Geräuschquellen hervorgerufen werden.
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Die
bei den herkömmlichen
Radialkolbenpumpen in den Zylindern ausgebildeten Saugfenster, über die
beim Absenken des Kolbens im Zylinder das Fluid angesaugt wird,
sind in Anpassung an den rechtwinkligen Saugkanalgrund, ebenfalls
rechtwinklig ausgestaltet, d.h. dass sie eine gerade Saugfensterunterkante,
zwei senkrecht dazu verlaufende Seitenkanten und eine gerade Saugfensteroberkante aufweisen.
Nachteilig bei dieser rechtwinkligen Saugfenstergeometrie ist jedoch
noch, dass durch die gerade Saugfensteroberkante das Saugfenster schlagartig
geschlossen wird, wenn der Kolben im Zylinder einen Druckhub ausführt, wodurch
ein erhöhter
Druckanstiegsgradient im Zylinder entsteht. Aufgrund dieses hohen
Druckanstiegsgradienten wird der Geräuschpegel der Radialkolbenpumpe
negativ beeinflusst.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Reduzierung des
Geräuschniveaus
einer sauggedrosselten Radialkolbenpumpe zu erzielen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmal; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen
beschrieben.
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Die
Erfindung geht also aus von einer Radialkolbenpumpe mit einem Pumpenkörper, in
dem Kolben und Zylinder radial zu einem Antriebsexzenter angeordnet
sind, wobei die Kolben bei einem Saughub über ein Saugfenster, das in
den Zylindern ausgebildet ist, ein Fluid ansaugen und bei einem Druckhub
das Fluid über
Rückschlagventile
in einem Sammelraum fördern.
Erfindungsgemäss
ist nun vorgesehen, dass die Geometrie des Saugfensters derart festgelegt
ist, dass bei dem Druckhub des Kolbens ein niedriger Druckanstiegsgradient
im Zylinder erzielt wird.
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Bei
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die Geometrie des Saugfensters eine gerade Saugfensterunterkante
und eine gekrümmte
Saugfensteroberkante, auf die die beiden Enden der Saugfensterunterkante
miteinander verbindet.
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Durch
diese Geometrie des Saugfensters wird der Vorteil erzielt, dass
kein schlagartiges Verschliessen des Saugfensters durch den Kolben
beim Druckhub auftritt, sodass ein, verglichen mit den herkömmlichen
Radialkolbenpumpen mit ihrem rechtwinkligen Saugfensterquerschnitt,
sanfter Druckaufbau erreicht wird mit einem niedrigen Druckanstiegsgradienten,
der zu einer deutlichen Verbesserung des in der Radialkolbenpumpe
erzeugten Luftschallpegels führt.
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Eine
derartige Saugfenstergeometrie kann mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren
wie beispielsweise Fräsen, Konturdrehen,
Erodieren, Bohren, etc. hergestellt werden. Insbesondere durch Konturdrehen
kann fast jede beliebige Schaufenstergeometrie kostenneutral hergestellt
werden.
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Das
besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel
für die
Geometrie des Saugfensters ist lediglich ein Beispiel für eine Saugfensterkontur,
mit der der Geräuschpegel
der Pumpe verringert werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Geometrie des Saugfensters gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen hervor.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in
der vorteilhafte Ausführungsbeispiele
dargestellt sind; es zeigen
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1 einen
Querschnitt durch eine herkömmliche
Radialkolbenpumpe mit der Anordnung der wesentlichen Bauteile;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
der Geometrie des in den herkömmlichen
Radialkolbenpumpen ausgebildeten Saugfensters;
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3 ein
erstes Beispiel einer erfindungsgemässen Geometrie für das Saugfenster
und die 4 bis 9 weitere
vorteilhafte Geometrien für das
Saugfenster einer Radialkolbenpumpe.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch eine herkömmliche sauggedrosselte Radialkolbenpumpe, wobei
mit 1 der Pumpenkörper
bezeichnet ist, in dem eine Vielzahl von radial angeordneten Zylindern 2 vorgesehen
sind, in denen Kolben 3 angeordnet sind. Mit 4 ist
eine Gleitringanordnung bezeichnet, die in herkömmlicher Weise aus einem Innenring,
einem Aussenring und einer dazwischen angeordneten Feder besteht.
Die Gleitringanordnung umgibt einen Exzenter 5, dessen
rotatorische Bewegung zu einer translatorischen Bewegung der Kolben 3 in
den Zylindern 2 umgesetzt wird. Mit 7 ist eine
ringförmige Saugnut
im Pumpenkörper
bezeichnet, wobei in jedem Zylinder 2 ein Saugfenster ausgebildet
ist.
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Mit 6 ist
eine Bereichslinie bezeichnet, die eines der Saugfenster 12 umgibt. 2 zeigt
nun eine vergrösserte
Darstellung des Bereichs 6 mit dem Saugfenster 12.
Das Saugfenster 12 weist eine gerade Unterkante 9,
eine gerade dazu angeordnete Oberkante 8 und zwei senkrecht
dazu angeordnete Seitenkanten 11, 11' auf, wodurch
eine rechtwinklige Geometrie des Saugfensters festgelegt ist. Bei
einem Druckhub des sich in dem Zylinder 2 auf- und abbewegenden
Kolbens 3 wird die Oberkante 8 des Saugfensters
schlagartig verschlossen, wodurch ein hoher Druckanstiegsgradient
im Zylinder entsteht. Durch diesen hohen Druckanstiegsgradienten
wird der Geräuschpegel
der Pumpe negativ beeinflusst.
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3 zeigt
ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemässen
Geometrie für
das Saugfenster in jedem Zylinder 2 der Radialkolbenpumpe.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist, wie aus der Figur ersichtlich, die Unterkante 9 des Saugfensters 13 gradlinig
ausgeführt,
während
anstelle der zu dieser bisher parallel verlaufenden Oberkante und
den beiden senkrecht dazu angeordneten Seitenkanten eine Krümmung vorgesehen
ist, die an einem Ende der Unterkante 9 beginnt und am andern
Ende endet. Je nach der Ausgestaltung dieser Krümmung 10 kann die
Geometrie des dazu gebildeten Saugfensters 13 halbkreisförmig, halbelliptisch
oder nach oben anders konvex gewölbt
sein.
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Durch
diese gekrümmte
Ausgestaltung des Saugfensters 13 erfolgt beim Druckhub
des Kolbens 3 kein schlagartiges Verschliessen des Saugfensters,
sodass ein sanfter Druckaufbau erfolgt, der zu einer Senkung des
Druckanstiegsgradienten in den Zylindern und damit zu einer deutlichen
Reduzierung des Geräuschniveaus
der Pumpe führt.
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Im
praktischen Einsatz konnte festgestellt werden, dass aufgrund der
neuartigen Geometrie des Saugfensters, insbesondere der in 3 dargestellten
gekrümmten
Geometrie des Saugfensters, eine deutliche Verbesserung des Luftschallpegels, insbesondere
im Drehzahlbereich, von 1.000 bis 2.000 min-1 erzielt werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Geometrien für
das Saugfenster sind in den 4 bis 9 dargestellt.
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4 zeigt
eine dreieckige Geometrie für
ein Saugfenster 14 mit einer geraden Unterkante 9 und mit
zwei geraden, schräg
aufeinander zulaufenden Abschnitten 20, 21.
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5 zeigt
eine Geometrie für
ein Saugfenster 15 mit einer geraden Unterkante 9,
mit zwei senkrecht dazu verlaufenden Seitenkanten und mit einer Oberkante,
die aus zwei Abschnitten 22, 22' besteht, die parallel zur Unterkante 9 verlaufen,
und die über eine
sich von der Unterkante weg erstreckende Krümmung 23 miteinander
verbunden sind.
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6 zeigt
die Geometrie für
ein Saugfenster 16 mit einer geraden Unterkante 9,
mit zwei senkrecht dazu ange ordneten Seitenkanten und mit einer Oberkante 23,
die in Richtung zur geraden Unterkante hin gekrümmt ist.
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7 zeigt
die Geometrie für
ein Saugfensters 17, das die Form eines Kreises 24 aufweist.
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8 zeigt
die Geometrie für
ein Saugfenster 18 mit einer geraden Unterkante 9,
mit zwei senkrechten Seitenkanten 11, 11', sowie mit
zwei von den senkrechten Seitenkanten aus in Richtung Mitte unter
einem Winkel zur Unterkante 9 verlaufenden Abschnitten 25, 25', wobei diese über eine
sich von der Unterkante weg erstreckende Krümmung 26 miteinander
verbunden sind.
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9 zeigt
die Geometrie für
ein Saugfenster 19 mit einer geraden Unterkante 9,
mit zwei senkrecht dazu angeordneten Seitenkanten 11, 11', wobei die
Oberkante zwei in Richtung zur Unterkante 9 hin gekrümmte Abschnitte 27, 27' aufweist, die über eine sich
von der Unterkante 9 weg erstreckende Krümmung 28 miteinander
verbunden sind.
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Die
in den 3 bis 9 dargestellten Geometrien für das Saugfenster
im Zylinder einer Radialkolbenpumpe weisen alle den gleichen Vorteil
auf, nämlich
ein schlagartiges Verschliessen des Saugfensters durch den Kolben 3 beim
Druckhub zu verhindern und so zu einem sanften Druckaufbau mit geringem
Druckanstiegsgradienten zu führen.
Weitere Geometrieformen, insbesondere die Kombination aus mehreren
Krümmungsradien,
sind ohne weiteres denkbar. Ein durch diese Art der Saugfenstergeometrie
vorgerufener Volumenstromrückgang
im Proportionalbereich oder ein Förderstromrückgang kann durch Anpassung
der für
die Förderstromeinhaltung relevanten
Bauteile, d.h. bei einer Radialkol benpumpe mit seitliche Ansaugung
durch Änderung
des Saugnutdurchmessers, der Exzentrizität und der Kolbenhöhe kompensiert
werden.
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- 1
- Pumpenkörper
- 2
- Zylinder
- 3
- Kolben
- 4
- Gleitringanordnung
- 5
- Exzenter
- 6
- Bereichslinie
- 7
- Saugnut
- 8
- Oberkante
- 9
- Unterkante
- 10
- Krümmung
- 11,
11'
- Seitenkante
- 12
- Saugfenster
- 13
- Saugfenster
- 14
- Saugfenster
- 15
- Saugfenster
- 16
- Saugfenster
- 17
- Saugfenster
- 18
- Saugfenster
- 19
- Saugfenster
- 20
- Abschnitt
- 21
- Abschnitt
- 22,
22'
- Abschnitt
- 23
- Krümmung
- 24
- Kreis
- 25,
25'
- Abschnitt
- 26
- Krümmung
- 27,
27'
- Krümmung
- 28
- Krümmung