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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem
Pumpenkörper,
in dem Förderkolben
und Zylinder radial zu einem Antriebsexzenter angeordnet sind, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Radialkolbenpumpe mit einem zylindrischen Pumpengehäuse weist
mehrere radial angeordnete Zylinderbohrungen auf, wobei in jeder
Zylinderbohrung ein radial verschiebbarer Kolben angeordnet ist,
der mittelbar auf einem relativ zum Zylindergehäuse drehbaren Exzenter abgestützt ist.
Vorzugsweise ist das Zylindergehäuse
stationär und
der Exzenter drehbar, der zum Antrieb der Pumpe an ein im Betrieb
rotierendes Bauteil gekoppelt ist. Derartige Radialkolbenpumpen
werden vorzugsweise zur Druckölversorgung
von stufenlosen Automatgetrieben eingesetzt. Vorteile hinsichtlich
des Einsatzes dieser Radialkolbenpumpe sind der für die notwendige
Volumenstrombereitstellung unter Druckbelastung geeignete Bauraum.
Nachteilig hat sich neben dem hohen Pulsationspegel vor allem der
hohe erzeuge Luftschallpegel erwiesen.
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Die
herkömmlichen
Radialkolbenpumpen verwenden Kolben, die über einen Exzenter und über einen
oder mehrere Gleitringe in translatorische Bewegung versetzt werden.
Nach dem Verschließen der
Ansaugöffnung
des Zylinders durch den translatorisch bewegten Kolben baut sich
im Zylinderinnenraum ein Druck auf, wobei der Druckanstieg mit einem
sehr hohen Druckanstiegsgradienten erfolgt. Es wurde nachgewiesen,
dass der Druckanstiegsgradient im Zylinderinnenraum eine direkte
Korrelation zum Luftschallpegel zeigt; je grösser der Druckanstiegsgradient
ist, desto höher
ist der Luftschallpegel.
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Dieser
große
Druckanstiegsgradient beruht unter anderem darauf, dass der Förderstrom
ab einer mittleren Drehzahl von z. B. 1600 U/min durch die Ansaugdrosselung
begrenzt ist. Oberhalb dieser Drehzahl ist der Kolbeninnenraum nicht
mehr vollständig
ausgefüllt.
Dies bedeutet, dass der Förderbeginn
von der Füllung
abhängig
ist, nachdem der Kolben seine zugehörige Saugöffnung verschlossen hat. Beim
Förderbeginn
trifft der Kolben daher mit drehzahlabhängiger Geschwindigkeit auf
die eingeschlossene Ölsäule auf
und schiebt das Öl über ein als
umlaufende Bandfeder ausgeführtes
Rückschlagventil,
das alle Auslassbohrungen der Kolben verschließt, in einen mit dem Verbraucher
verbundenen Sammelkanal aus. Da der Kolben nicht mit der Geschwindigkeit
Null zu fördern
beginnt, entsteht ein starker Druckstoß im Kolbeninnenraum. Die durch
einen solchen Druckstoß erzeugte
Druckspitze übersteigt
den Auslassdruck im Sammelkanal um ein Mehrfaches. Die Druckstöße verstärken sich
prinzipbedingt mit steigender Drehzahl, wobei die Druckstöße sämtlicher
Kolben einen Körperschall
anregen, der über
die Gehäusewand
als Luftschall abgestrahlt wird.
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Um
bei einer derartigen Radialkolbenpumpe die Geräuschentwicklung zu vermindern
und die Lebensdauer zu erhöhen,
wurde in der
DE 101 28 066 vorgeschlagen,
den Exzenter nachgiebig auszugestalten, indem er aus einem Innenring,
einem Außenring
und aus einem zwischen diesen Ringen im oberen Totpunkt angeordneten
Dämpfungselement
zusammengesetzt wird. Damit soll erreicht werden, das der Exzenter
den Kolben beim Beginn des Druckhubes geringfügig einfedern lässt, sodass
Druckspitzen abgebaut und die entsprechenden Geräusche vermindert werden können.
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Des
weiteren ist in der
DE 101 12
951 der Anmelderin eine Radialkolbenpumpe beschrieben, bei
der in jedem Förderkolben
ein Dämpferkolben
mit Spiel eingesetzt ist, der von einer Druckfeder in Richtung Boden
des Förderkolbens
beaufschlagt wird und sich auf einem metallischen Federelement abstützt, das
zwischen dem Boden des Dämpferkolbens
und demjenigen des Förderkolbens
eingesetzt ist. Damit soll erreicht werden, dass die bei der Förderbewegung
des Förderkolbens
bei Verschließen der
Einlassöffnung
kurzzeitig auftretende Druckspitze in ihrer Höhe und in ihrem Anstiegsgradienten
verändert
werden kann durch den zusätzlichen
Dämpferkolben
als Hubelement im Innenraum der Zylinderbohrung, sodass die Geräuschentwicklung
und das Druckpulsationsniveau abgesenkt werden können.
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Bei
diesem sogenannten Doppelkolben wird also ein nachgiebiges Bauteil
im Zylinderinnenraum derart angeordnet, dass bei ansteigendem Druck
der Dämpferkolben
translatorisch verschoben wird. Dadurch wird kurzzeitig die Steifigkeit
der Ölsäure im Zylinderinnenraum
reduziert, der Druckanstiegsgradient und die während der Förderbewegung des Kolbens auftretende
Druckschwingung reduziert und zwar durch die Dämpfungseigenschaft des verwendeten
Dämpferkolbens
und damit der abgestrahlte Luftschallpegel abgesenkt.
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Dieser
Doppelkolben weist die nachgesuchte Geräuschverbesserung allerdings
nur in einem eingeschränkten
Drehzahlbereich auf. Wünschenswert
ist es jedoch, eine Geräuschminderung
im gesamten genutzten Drehzahlbereich des Motors herbeizuführen, der
das Getriebe antreibt. Aufgrund des gewählten Aufbaus des Doppelkolbens
kommt es jedoch dazu, dass der Dämpferkolben
durch die Druckfeder bereits mit einer bestimmten Kraft vorgespannt wird,
sodass dadurch bereits ein Teil des Federweges, den der Dämpferkolben
relativ zum Förderkolben
ausführen
kann, aufgebraucht wird. Die Wirksamkeit, die sich im wesentlichen
dadurch ergibt, dass der Dämpferkolben
bereits bei Beginn des Druckanstiegs verschoben werden sollte (d.
h. wenn nur geringe Kräfte
anliegen), wird dadurch eingeschränkt.
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Zudem
weist das zwischen dem Boden des Dämpferkolbens und dem Boden
des Förderkolbens eingesetzte
metallische Federelement in Form einer Tellerfeder eine nur begrenzte
Wirksamkeit bezüglich einer
Geräuschreduzierung
auf, da die Federkennlinie nur in begrenztem Maß beeinflusst werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen,
bei der der Dämpferkolben
möglichst
schnell auf den im Zylinderinnenraum sich aufbauenden Druck reagiert,
mit der eine stärker
progressiv ausgebildete Federcharakteristik des Feder-/Dämpferelementes
gewährleistet
ist als dies bei den bisher verwendeten Stahlfedern der Fall ist
und bei der schließlich
die Bewegung des Förderkolbens
derart beeinflusst wird, dass bei Anstieg des Drucks im Zylinderinnenraum
unmittelbar die Bewegung des Förderkolbens
verlangsamt wird und somit ein weiterer Druckanstieg nicht so groß ausfällt, wie
es der Fall ist, wenn der Förderkolben
durch den Aussengleitring ohne zwischengeschaltetes nachgiebiges
Element in eine translatorische Bewegung versetzt wird.
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Ausgehend
von einer Radialkolbenpumpe der eingangs näher genannten Art erfolgt die
Lösung dieser
Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung geht also aus von einer Radialkolbenpumpe mit einem Pumpenkörper, in
dem Förderkolben
und Zylinder radial um einen Antriebsexzenter angeordnet sind, wobei
die Förderkolben
bei einem Saughub Öl über seitliche
Saugöffnungen
in den Zylindern ansaugen und bei einem Druckhub das Öl über Drucköffnungen
in den äußeren Stirnwänden der
Zylinder in einen Sammelraum fördern,
wobei jeder Förderkolben
mit einer Rückstellfeder
versehen ist und wobei in jedem Zylinder ein Dämpferkolben angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass zur Entkopplung der Funktionen innerhalb der Pumpe
der Dämpferkolben
mit einer eigenen Druckfeder versehen ist, die eine geringere Federsteifigkeit
als die Rückstellfeder
des Förderkolbens
aufweist.
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Damit
wird der Vorteil erzielt, dass die Rückstellfeder für den Förderkolben
nicht mehr direkt auf den Dämpferkolben
einwirken kann und damit einen Teil des Ansprechverhaltens des Dämpferkolbens aufbraucht.
Der Dämpferkolben
wird über
eine eigene Druckfeder mit einer gegenüber der bisher verwendeten
Druckfeder deutlich reduzierten Federsteifigkeit gegenüber dem
Förderkolben
abgestützt,
um so eine definierte Ausgangslage zu gewährleisten.
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Bei
einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist der Dämpferkolben
in den Förderkolben derart
eingesetzt, dass die dem Dämpferkolben
zugeordnete Druckfeder konzentrisch zur Rückstellfeder für den Förderkolben
und innerhalb dieser Rückstellfeder
in den Dämpferkolben
eingesetzt ist.
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Bei
einem zweiten vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist die Unterseite des Bodens des Förderkolbens mit einer zylindrischen
Aussparung versehen, in die ein Dämpferkolben mit Spiel eingreift, wobei
zwischen dem die Aussparung umgehenden Rand des Förderkolbens
und einem Tragteil des Dämpferkolbens
die Druckfeder angeordnet ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
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1 einen
Schnitt durch das erste Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Anordnung aus
Förderkolben
und Dämpferkolben;
und
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2 einen
Schnitt durch das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit 1 der
Förderkolben
bezeichnet, mit 2 die Rückstellfeder
für den
Förderkolben,
mit 3 der Dämpferkolben,
mit 4 die Druckfeder für
den Dämpferkolben,
mit 5 ein Federelement, mit 6 die übliche Entlüftungsbohrung
und mit 7 ein Vorsprung, der in demjenigen Bereich des
Förderkolbens
ausgebildet ist, der dem Antriebsexzenter zugeordnet ist. Dieser zur
Zylinderachse konzentrische Vorsprung dient einerseits zur Aufnahme
des Dämpferkolbens,
dessen Durchmesser derart bemessen ist, dass er mit Spiel in die
dadurch geschaffene Öffnung
eingreifen kann. Auf der Oberseite des Vorsprungs 7 stützt sich
die Rückstellfeder 2 für den Förderkolben 1 ab.
Die Druckfeder 4 für
den Dämpferkolben 3 erstreckt
sich nun konzentrisch zur Rückstellfeder 2 für den Förderkolben 1 und
ist in deren Inneren angeordnet, wobei sie bis zur Innenseite des
Bodens des Dämpferkolbens 3 reicht.
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Zwischen
der Unterseite des Dämpferkolbens 3 und
dem Boden des Förderkolbens 1 ist
das Federelement 5 angeordnet, das als Tellerfeder ausgebildet
sein kann und das aus Metall oder auch aus einem Elastomer bestehen
kann. Elastomere zeigen im Gegensatz zu Stahlfedern in den überwiegenden Fällen eine
progressive Federkennlinie und weisen außerdem den Vorteil auf, dass
neben der besser geeigneten Federkennlinie das Elastomer eine stärkere Dämpfungseigenschaft
als eine Tellerfeder aufweist. Die Dämpfungseigenschaft durch den
Spalt zwischen dem Förderkolben 1 und
dem Dämpferkolben 3 kann
somit unterstützt
werden.
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Das
Federelement 5 zwischen der Unterseite des Dämpferkolbens
und dem Boden des Förderkolbens
beeinflusst die eigentliche Förderbewegung des
Förderkolbens 1 dahingehend,
dass zu dem Zeitpunkt, zu dem im Zylinderinnenraum der Druckanstieg
beginnt, die Feder sich zu verformen beginnt, sodass die Förderbewegung
des Förderkolbens
unmittelbar verlangsamt wird und dadurch ein zu starker Druckanstieg
vermieden wird.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit 1 wieder
der Förderkolben,
mit 2 die Rückstellfeder
für den
Förderkolben
und mit 6 die Entlüftungsbohrung
be zeichnet. In der Unterseite des Förderkolbens 1 ist
hierbei eine zylindrische Aussparung 10 vorgesehen, in
die ein Dämpferkolben 8 mit
Spiel eingreift, der als Teleskopkolben mit einem Tragteil 11 ausgebildet
sein kann. Mit 9 ist die Druckfeder bezeichnet, die zwischen
dem die Öffnung 10 umgebenden
unteren Rand des Förderkolbens 1 und dem
Tragteil 11 des Kämpferkolbens 8 angeordnet ist,
wobei diese Druckfeder eine Schraubenfeder, eine Tellerfeder oder
auch ein Elastomer sein kann und den Kolben 8 konzentrisch
umgibt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung von
Förderkolben
und Dämpferkolben
erhält
man also die Funktionstrennung: „Aufbringen der Rückstellkraft
auf den Förderkolben" und „möglichst
geringe Vorspannung des Dämpferkolbens
zur Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit des Dämpferkolbens".
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Durch
den Einbau einer ausgewählten
Elastomerfeder in den Raum zwischen Förderkolben und Dämpferkolben
lässt sich
die Federkennlinie einstellen und damit neben der Federcharakteristik
auch ein zusätzliches
Dämpfungsverhalten
erzielen. Durch den Einbau einer Druckfeder zwischen Kolbenunter- und
Oberseite wird im Gegensatz zu den herkömmmlichen Radialkolbenpumpen
die Förderbewegung des
Förderkolbens
derart beeinflusst, dass sich diese nicht mehr unmittelbar durch
die Bewegung des Exzenters ergibt, sondern durch den Druckaufbau
im Zylinderraum mit beeinflusst wird; da dies die Kenngröße ist,
die beeinflusst werden soll, wirkt das nachgiebige Element im Pumpenantrieb
unmittelbar auf dasjenige Bauteil, an dem die Funktionsverbesserung
umgesetzt werden soll.
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Das
erfindungsgemäße Doppelkolbenprinzip lässt sich
auf Systeme übertragen,
bei denen große Druckanstiegsgradienten
in geschlossenen Volumina zu starker Anregung von Luftschall, Körperschall
und Pulsationen, d.h. Druckpulsationen und Volumenstrompulsationen,
führen.
Die Änderung
der Gestaltung bei der Anordnung der Bauteile zwischen Förderkolben
und Dämpferkolben
lässt sich
ebenfalls auf andere Anwendungen übertragen, bei denen ein schnelles
Ansprechverhalten eines nachgiebigen Elements mit hoher Dämpfungseigenschaft
gefordert wird.
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Die
Verwendung eines Federelementes zwischen einem Förderkolben und einem Dämpferkolben,
mit dem die Förderbewegung
des Förderkolbens
unmittelbar beeinflusst wird und bis zu einem gewissen Maß unabhängig von
der Bewegung des Exzenters gestaltet werden kann, lässt sich
auch bei Anwendungen einsetzen, bei denen es darauf ankommt, dass
die Bewegung eines Bauteils, bei welchem eine Umwandlung von Energie
stattfindet (hier: Umwandlung von kinetischer in hydraulische Energie)
unabhängig
von dem Bauteil, über
welches die Leistung übertragen
bzw. aufgebracht wird (hier: Exzenter), gestaltet werden kann.
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- 1
- Förderkolben
- 2
- Druckfeder
- 3
- Dämpferkolben
- 4
- Druckfeder
- 5
- Federelement
- 6
- Entlüftungsbohrung
- 7
- Vorsprung
- 8
- Dämpfer
- 9
- Druckfeder
- 10
- Aussparung
- 11
- Tragteil