DE19625686B4 - Exzenteranordnung, insbesondere für eine Hubkolbenpumpe - Google Patents

Exzenteranordnung, insbesondere für eine Hubkolbenpumpe Download PDF

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Abstract

Exzenteranordnung mit einer von einer Antriebsvorrichtung antreibbaren Antriebswelle, mit einem auf der Antriebswelle drehfest angeordneten Exzenterteil aus gummielastisch verformbarem Material und mit einem auf einer Außenumfangsfläche des Exzenterteils vorgesehenen Lagerring, über den ein anzutreibendes Element im wesentlichen senkrecht zur Antriebswelle verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (10) zwei Schultern (15', 26) vorgesehen sind, zwischen denen das Exzenterteil (18) so angeordnet ist, dass es mit seinen axialen Enden an den Schultern (15', 26) anliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Exzenteranordnung, insbesondere für eine Hubkolbenpumpe, nach dem Oberbegriff des Patentspruchs 1.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bei einer bekannten Radialkolbenpumpe ( DE 23 36 973 A1 ) ist auf einer beispielsweise von einem Elektromotor angetriebenen Antriebswelle als Exzenterteil ein Nocken angeordnet, dessen Nockenbahn von einem Außenring eines Wälzlagers gebildet wird. Mit der Nockenbahn steht ein Hubkolben eines Pumpenelements in Eingriff, so daß er bei einer Rotationsbewegung des exzentrischen Nockens senkrecht zur Antriebswelle hin und her verschoben wird. Um die Übertragung von Schwingungen vom Nocken auf den Hubkolben zu verringern, ist in das antriebsseitige Ende des Hubkolbens ein Gleitkörper aus elastischem Kunststoff eingesetzt, der in seinem in eine Ausnehmung im Hubkolben eingesetzten Abschnitt eine ringförmig ausgebildete Axialaussparung aufweist.
  • Eine Exzenteranordnung der eingangs genannten Art ist bei einer anderen bekannten Radialkolbenpumpe ( DE 42 41 827 A1 ) vorgesehen. Diese bekannte Exzenteranordnung umfaßt eine von einem Elektromotor angetriebene Antriebswelle, auf der ein Exzenterteil aus elastomeren Material angeordnet ist. Auf der Außenumfangsfläche des Exzenterteils ist ein Lagerring angeordnet, an dem zwei senkrecht zur Antriebswelle angeordnete, einander diametral gegenüber liegende Hubkolben gleitend anliegen.
  • Durch die Verwendung eines Exzenterteils aus elastomeren Material wird zwar die Schallübertragung zwischen der Pumpe und dem Motorgehäuse gedämpft, so daß sich eine Geräuschverminderung erzielen läßt, jedoch ergibt sich ein Hubverlust, da das Exzenterteil aus elastomeren Material zusammengedrückt wird, wenn eine entsprechende Kraft von den Hubkolben darauf ausgeübt wird.
  • Derartig Hubverluste machen sich insbesondere bei Pumpen störend bemerkbar, die zur Erzeugung von relativ hohen Flüssigkeitsdrücken vorgesehen sind, da das aus elastomeren Material bestehende Exzenterteil mit steigendem Pumpendruck immer stärker zusammengedrückt wird. Darüber hinaus führt die beim Betrieb der Pumpe auftretende Walkarbeit zu Rissen im Exzenterteil und zu einem erhöhten Verschleiß.
  • Eine Exzenteranordnung mit einem auf einer Antriebswelle drehfest angeordneten Exzenterteil aus gummielastisch verformbarem Material ist weiterhin in der US 5,348,382 A beschrieben und in 5 gezeigt. Dieses Exzenterteil ist auf seiner Außenumfangsfläche von einem Laufring umschlossen, wobei der Laufring an einer seiner Stirnenden mit einer Schulter versehen ist, an der sich das Exzenterteil axial abstützt. Am gegenüberliegenden zweiten Stirnende fehlt eine solche Schulter, so dass im Betrieb wirksame Radialkräfte das Exzenterteil derart verformen können, dass an der Exzenteranordnung ein Hubverlust auftritt.
  • Die DE 42 41 825 A1 offenbart eine Exzenteranordnung mit einer Dämpfungsschicht aus elastomerem Material im Kraftübertragungsweg von einer Antriebswelle zu einem Kolben zur Reduzierung des Betriebsgeräuschs. Diese Dämpfungsschicht ist in axialer Richtung zwischen zwei, einander gegenüberliegenden Schultern eines sogenannten Dämpfungstopfs abgestützt. Allerdings ist die Dämpfungsschicht kein exzentrisch geformtes Bauteil sondern hat entlang ihres Umfangs einheitliche Abmessungen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Exzenteranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein radiales Zusammendrücken des Exzenterteils, das zu einer Hubverminde rung führen könnte, weitgehend verhindert wird, ohne daß die für eine Geräuschverminderung erforderliche Dämpfungswirkung des Exzenterteils aus gummielastisch verformbarem Material beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ermöglicht die axiale Abstützung des Exzenterteils eine relativ kurze axiale Baulänge, wodurch sich ein kompakter Aufbau der Exzenteranordnung ergibt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen sowie vorteilhafte Verwendungen der im Hauptanspruch angegebenen Exzenteranordnung möglich.
  • ZEICHNUNG
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine teilweise geschnittene schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Exzenteranordnung,
  • 2 einen Schnitt durch eine vormontierte Exzentereinheit und,
  • 3 einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe im Bereich einer erfindungsgemäßen Exzenteranordnung senkrecht zur Antriebswelle.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Wie 1 zeigt, umfaßt die erfindungsgemäße Exzenteranordnung eine Antriebswelle 10 mit einem Wellenzapfen 11, auf dem eine Exzentereinheit 12 befestigt ist. Die Exzentereinheit 12 weist eine Lagerhülse 14 mit einem radialen Flansch 15, einem Hülsenabschnitt 16 und einem Kragen 17 auf, der sich vom Hülsenabschnitt 16 im wesentlichen kegelmantelförmig nach außen erstreckt. In das im Querschnitt im wesentlichen L-förmig ausgebildete Profil der Lagerhülse 14 ist ein Exzenterteil 18 aus gummielastisch verformbarem Material eingesetzt, auf dessen Außenumfangsfläche 19 ein Lagerring 20 angebracht ist.
  • Der Lagerring 20 dient als Innenring eines Wälzlagers 21, dessen Außenring 22 über Wälzkörper 23 auf dem Lagerring 20 abgestützt ist. Die Außenumfangsfläche 24 des Außenrings 22 dient als Anlagefläche für mittels der Exzenteranordnung anzutreibende Elemente, insbesondere für Hubkolben 25 einer Radialkolbenpumpe.
  • Die Exzentereinheit 12 ist so auf dem Wellenzapfen 11 der Antriebswelle 10 befestigt, insbesondere aufgepreßt oder aufgeschrumpft, daß die Lagerhülse 14 mit dem freien Ende des Kragens 17 und das Exzenterteil 18 mit einem axialen Ende an einer als Stützfläche für das Exzenterteil 18 dienenden Schulter 26 der Antriebswelle 10 anliegt, während der Lagerring 20 und der Außenring 22 des Wälzlagers 21 mit geringem Abstand zur Schulter 26 angeordnet sind.
  • 2 zeigt eine vormontierte Exzentereinheit 12, auf der die Wälzkörper 23 und der Außenring 22 des Wälzlagers 21 noch nicht angeordnet sind.
  • Bevor die Exzentereinheit 12 auf dem Wellenzapfen 11 der Antriebswelle 10 befestigt wird, weist die Lagerhülse 14 an ihrem vom radialen Flansch 15 abgewandten Ende einen sich an den Hülsenabschnitt 16 axial anschließenden zylindrischen En dabschnitt 17' auf, der gegenüber dem Hülsenabschnitt 16 eine verringerte Wandstärke besitzt. Vorzugsweise ist dabei die Außenumfangsfläche des zylindrischen Endabschnitts 17' mit der Außenumfangsfläche des Hülsenabschnitts 16 fluchtend, während seine Innenumfangsfläche gegenüber der entsprechenden Innenumfangsfläche des Hülsenabschnitts 16 radial nach außen versetzt ist, so daß der Innendurchmesser D1 der Lagerhülse 14 im Bereich des zylindrischen Endabschnitts 17' größer ist, als ihr Innendurchmesser D2 im Bereich des Hülsenabschnitts 16. Der zylindrische Endabschnitt 17' kann aber auch so ausgebildet sein, daß sowohl seine Innenumfangsfläche als auch seine Außenumfangsfläche gegen die entsprechenden Umfangsflächen des Hülsenabschnitts 16 radial versetzt sind.
  • Das auf dem Hülsenabschnitt 16 angeordnete, mit seinem einen axialen Ende am Flansch 15 anliegende und vom Lagerring 20 umgebene Exzenterteil 18 weist an seinem anderen axialen Ende eine mit einem keil- oder V-förmigen Profil versehene Stirnfläche 18' auf. Anstelle des dargestellten Profils kann die Stirnfläche 18' auch mit einem anderen, vorzugsweise konvexen Profil versehen sein. Beispielsweise ist auch ein halbkreis- oder halbellipsenförmiger Querschnitt denkbar. Die axiale Länge L1 des Exzenterteils 18 im nicht montierten Zustand ist dabei größer als die axiale Länge L2 des Lagerrings 20 aber kleiner als die gemeinsame axiale Länge L3 von Hülsenabschnitt 16 und zylindrischen Endabschnitt 17'. Die Länge L4 des zylindrischen Endabschnitts 17' ist dabei so gewählt, daß der von einer konischen Fläche 27 gebildete Übergang zwischen dem Hülsenabschnitt 16 und dem zylindrischen Endabschnitt 17' im wesentlichen im Bereich des dem inneren Randes der Stirnfläche 18' liegt.
  • Um ein auf dem Lagerring 20 bzw. dem Exzenterteil 18 angeordnetes Wälzlager 21 in einer axialen Richtung festzuhalten, ist der Außendurchmesser D3 des Flansches 15 größer gewählt, als der Außendurchmesser D4 des Lagerrings 20. In der anderen axialen Richtung wird das Wälzlager 21 von der Schulter 26 gehalten, deren Außendurchmesser ebenfalls größer ist, als der Außendurchmesser D4 des Lagerrings 20.
  • Die vollständig vormontierte Exzentereinheit 12 des dargestellten Ausführungsbeispiels besteht aus Lagerhülse 14, Exzenterteil 18 und Lagerring 20, auf dem zur Ausbildung des Wälzlagers 21 auch die Wälzkörper 23 und der Außenring 22 angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Außenumfangsfläche des Lagerrings 20 als Gleitlagerfläche auszubilden. Hubkolben 25 oder andere anzutreibende Elemente können dann gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Gleitstücken oder dergleichen mit dem Lagerring 20 gleitend in Eingriff sein.
  • Bei der Montage der Exzenteranordnung wird die vollständig vormontierte Exzentereinheit 12 zum Befestigen, z. B. zum Aufschrumpfen oder Verpressen, an der Antriebswelle 10 mit ihrer Lagerhülse 14 auf den Wellenzapfen 11 aufgeschoben oder aufgepreßt, wobei sich der Wellenzapfen 11, dessen freies Ende mit einer Fase 28 versehen ist, leicht in die Lagerhülse 14 einführen läßt, da der Außendurchmesser D5 des Wellenzapfens 11, der auf den Innendurchmesser D2 der Lagerhülse 14 im Bereich des Hülsenabschnitts 16 abgestimmt ist, deutlich kleiner ist, als der Innendurchmesser D1 des zylindrischen Endabschnitts 17'. Durch das Zusammenwirken der Fase 28 am Wellenzapfen 11 mit der konischen Fläche 27 am Innenumfang der Lagerhülse 14 wird das Aufschieben bzw. Aufpressen weiter erleichtert.
  • Sobald beim Aufschieben oder Aufpressen der Exzentereinheit 12 auf den Wellenzapfen 11 das freie Ende des zylindrischen Endabschnitts 17' der Lagerhülse 14 gegen die Schulter 26 stößt, wird dieser beim weiteren Aufschieben oder Aufpressen unter Bildung des Kragens 17 nach außen aufgeweitet. Dabei legt sich der Kragen 17 mit seiner äußeren Mantelfläche an der profilierten Stirnfläche 18' des Exzenterteils 18 an. Im folgenden stößt das Exzenterteil 18 mit seiner keil- oder V-förmig ausgebildeten Stirnfläche 18' gegen die Schulter 26 und wird in Axialrichtung zusammengedrückt, bis der Lagerring 20 an der Schulter 26 anstößt. Hierdurch wird der Aufschiebe- bzw. Aufpreßvorgang abgeschlossen. Nach Beendigung des Aufschiebens bzw. Aufpressens federt die Exzentereinheit 12 geringfügig zurück, so daß sich zwischen den Enden des Lagerrings 20 und der Schulter 26 bzw. dem Flansch 15 Spalte 29, 30 bilden, deren Breite im Mikrometerbereich liegt.
  • Nach Beendigung des Aufschiebens bzw. Aufpressens der Exzentereinheit 12 dehnt sich also das Exzenterteil 18 aus gummielastischem Material wieder geringfügig aus, wodurch sich nicht näher dargestellte Spalte ergeben, die ein geringfügiges radiales Zusammendrücken des Exzenterteils 18 gestatten.
  • Das Exzenterteil 18 aus gummielastisch verformbarem Material ist somit zwischen der Lagerhülse 14, dem Lagerring 20 und der Schulter 26 nahezu vollständig gekapselt, wobei das Exzenterteil 18 in axialer Richtung zwischen der als Stützfläche dienenden Schulter 26 und einer am Flansch 15 ausgebildeten Stützfläche 15' angeordnet ist. Im Bereich seines an der Schulter 26 anliegenden Endes liegt das Exzenterteil 18 zusätzlich noch am Kragen 17 an.
  • Das Exzenterteil 18 aus gummielastisch verformbarem Material ist somit bis auf die nicht dargestellten Spalte, die sich durch die beschriebene Montage ergeben, vollständig gekapselt. Das Exzenterteil 18 kann somit in Radialrichtung geringfügig zusammengedrückt werden, so daß sich die Übertragung von Geräuschschwingungen von der Welle 10 auf die Hubkolben 25 oder andere anzutreibende Elemente und umgekehrt dämpfen läßt, während eine größere radiale Verformung des Ex zenterteils 18, die zu einer Hubverminderung führen würde, verhindert wird.
  • Neben der Vermeidung einer Hubverminderung hat die erfindungsgemäße gekapselte Anordnung des Exzenterteils 18 den Vorteil, daß eine Rißbildung und eine Verschleiß verhindert wird. Die erfindungsgemäße Exzenteranordnung besitzt somit eine verglichen mit dem Stand der Technik erhöhte Lebensdauer. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Exzenteranordnung eine einfache Montage, da die Exzentereinheit 12 vollständig vormontiert werden kann. Des weiteren kann auf zusätzliche Teile, wie Anschlagscheiben oder dergleichen verzichtet werden.
  • Die erfindungsgemäße Exzenteranordnung läßt sich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen einsetzen, und zwar überall dort, wo eine Rotationsbewegung in eine im wesentlichen lineare Hin- und Herbewegung umgesetzt werden muß. Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Exzenteranordnung sind Pumpen, insbesondere Hub- oder Radialkolbenpumpen, bei denen der oder die Hubkolben von ein, zwei oder mehr Pumpenelementen gleichzeitig beaufschlagt werden sollen.
  • 3 zeigt beispielsweise eine Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse 31 mit Kammern 32, in denen Pumpenelemente 33 angeordnet sind. Die Hubkolben 25 der Pumpenelemente 33 sind mit einer Klammerfeder 34 verbunden, die die Stirnflächen 25' der Hubkolben 25 in Anlage an der Außenumfangsfläche 24 des Außenrings 22 des Wälzlagers 21 halten. Die Wälzkörper 23 des Wälzlagers 21 sind in bekannter Weise von einem Kugel- oder Walzenkäfig 35 in einem gleichmäßigen Umfangsabstand zu einander gehalten.

Claims (11)

  1. Exzenteranordnung mit einer von einer Antriebsvorrichtung antreibbaren Antriebswelle, mit einem auf der Antriebswelle drehfest angeordneten Exzenterteil aus gummielastisch verformbarem Material und mit einem auf einer Außenumfangsfläche des Exzenterteils vorgesehenen Lagerring, über den ein anzutreibendes Element im wesentlichen senkrecht zur Antriebswelle verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (10) zwei Schultern (15', 26) vorgesehen sind, zwischen denen das Exzenterteil (18) so angeordnet ist, dass es mit seinen axialen Enden an den Schultern (15', 26) anliegt.
  2. Exzenteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D3) der beiden Schultern (15', 26) größer ist als der Außendurchmesser (D4) des Lagerrings (20).
  3. Exzenteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine axiale Ende des Exzenterteils (18) zumindest im nicht montierten Zustand ein sich verjüngendes Profil aufweist, und dass der axiale Abstand der beiden Schultern (15', 26) kleiner ist, als die Länge (L1) des Exzenterteils (18) im nicht montierten Zustand.
  4. Exzenteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Schultern (15', 26) etwas größer ist als die Länge (L2) des Lagerrings (20), so dass der Lagerring (20) mit geringem Spiel zwischen den beiden Schultern (15', 26) gehalten ist.
  5. Exzenteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der beiden Schultern (15', 26) an einem Flansch (15) einer drehfest auf der Antriebswelle (10) gehaltenen Lagerhülse (14) vorgesehen ist, während die andere Schulter (26) von der Antriebswelle (10) gebildet ist.
  6. Exzenteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (14) an ihrem vom Flansch (15) abgewandten Ende einen sich nach außen erstreckenden Kragen (17) aufweist, der mit seiner äußeren Mantelfläche am Exzenterteil (18) und mit seinem freien Ende an der Schulter (26) der Antriebswelle (10) anliegt.
  7. Exzenteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (14) im nicht montierten Zustand an ihrem vom Flansch (15) abgewandten Ende einen zylindrischen Endabschnitt (17') mit verringerter Wandstärke aufweist, aus dem bei der Montage der sich nach außen erstreckende Kragen (17) gebildet wird.
  8. Exzenteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D1) des zylindrischen Endabschnitts (17') gegenüber dem dem Außendurchmesser (D5) der Antriebswelle (10) entsprechenden Innendurchmesser (D2) der Lagerhülse (14) vergrößert ist.
  9. Exzenteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schultern (15', 26) auf dem Exzenterteil (18) ein Wälzlager (21) angeordnet ist, dessen Innenring vom Lagerring (20) gebildet ist.
  10. Pumpe mit einer Exzenteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei miteinander fluchtend ausgerichtete Hubkolben (25) in Bezug auf die Antriebswelle (10) einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind und mit der Exzenteranordnung in Antriebseingriff stehen.
  11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hubkolben (25) von einer Klammerfeder (34) mit der Exzenteranordnung in Eingriff gehalten werden.
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