DE19650274A1

DE19650274A1 - Pumpenaggregat

Info

Publication number: DE19650274A1
Application number: DE19650274A
Authority: DE
Inventors: Helmut Steffes
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1998-06-10

Description

Die Erfindung betrifft ein von einem Elektromotor antreibbares Pumpenaggregat, insbesondere eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe, deren Kolben von einer Motorantriebswelle exzentergesteuert hin- und herbewegbar sind.

Bei einer Vielzahl von bekannten Pumpenaggregaten besteht das Problem der Anpaßbarkeit an verschiedene Betriebserfordernisse. Beispielsweise erfordert der Einsatz eines Pumpenaggregats in der Bremseinrichtung eines Kraftfahrzeugs die Fähigkeit eines schnellen Druckaufbaus. Bei entsprechender konstruktiver Auslegung des Pumpenaggregats mit einem großen Fördervolumen besteht andererseits die Gefahr, daß der Pumpenmotor überlastet wird, und zwar insbesondere beim Betrieb der Pumpe bei höheren Drücken. Es müssen daher verschiedene Pumpenaggregate für jeweils genau festgelegte Anforderungen konzipiert werden, was aufwendig und kostenintensiv ist, und sich auch im Hinblick auf die Lagerhaltungskosten als nachteilig auswirkt. Ein noch gravierenderer Nachteil ist jedoch in der verhältnismäßig beschränkten Anwendbarkeit eines jeweiligen Pumpenaggregats zu sehen.

Ein bekanntes Pumpenaggregat ist beispielsweise aus der DE 44 33 972 A1 bekannt. Die Motorantriebswelle des Pumpenaggregats weist einen exzentrisch ausgebildeten Abschnitt auf, der von einer nadelförmige Wälzkörper verwendenden Lagerschale umgeben ist, gegen die sich radial hin- und herbewegbare Kolben mit ihren Stirnseiten abstützen und bei Umdrehung der Motorantriebswelle bewegt werden. Durch den konstanten Hub der Kolben sind die Pumpenparameter im Wesentlichen vorgegeben und durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Motorantriebswelle bestimmt. Bei starker Last besteht die Gefahr der Überlastung des Motors.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenaggregat der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß es sich vielseitiger bei unterschiedlichen Anforderungen einsetzen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Pumpenaggregat der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erstes rotierend antreibbares exzentrisches Bauteil und ein zweites exzentrisches Bauteil zueinander drehbar vorgesehen sind und daß zwischen den beiden Bauteilen ein elastisches, Drehmoment übertragendes Element angeordnet ist.

Die Drehstellung der beiden exzentrischen Bauteile zueinander bestimmt den Hub, mit dem die Kolben hin- und herbewegt werden. Das zweite exzentrische Bauteil wird bei Umdrehung des ersten exzentrischen Bauteils unter Vermittlung des Drehmoment übertragenden Elements angetrieben. Bei ansteigendem Widerstand aufgrund zunehmender Kolbenkräfte oder allgemein bei steigendem Drehmoment an der Motorantriebswelle findet eine Verdrehung der beiden exzentrischen Bauteile unter Vermittlung des Drehmoment übertragenden Elements in Richtung zu weniger Exzentrizität hin statt. Hiermit wird über die Veränderung des Hubs das Fördervolumen des Pumpenaggregats dynamisch abgeregelt, so daß eine Überlastung des Elektromotors nicht befürchtet werden muß. Das Pumpenaggregat ist gewissermaßen selbstregelnd. Es läßt sich für eine größere Bandbreite von Betriebsbedingungen bzw. -anforderungen einsetzen.

Das Pumpenaggregat ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die exzentrischen Bauteile in einem Ausgangszustand des Drehmoment übertragenden Elements, insbesondere im kraftfreien Zustand, derart gegeneinander verdreht sind, daß eine wenigstens nahezu größtmögliche Exzentrizität und damit größtmögliche Förderleistung erreicht ist. Diese Ausbildung erweist sich dann als vorteilhaft, wenn ein Pumpenaggregat mit einer sehr hohen Förderleistung im Bereich sehr niedriger Drücke bereitgestellt werden soll.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste exzentrische Bauteil ein von der Motorantriebswelle separates Bauteil, das in lösbare Antriebsverbindung mit der Motorantriebswelle gebracht werden kann. Diese Ausführungsvariante bietet den Vorteil, daß die Elektromotorseite und die Pumpenblockseite als separate Einheiten herstellbar sind, und bei Bedarf zusammengefügt und zu Wartungs- oder Reparaturzwecken voneinander gelöst werden können.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß eine das erste exzentrische Bauteil in einem Gehäuse des Pumpenaggregats lagernde Stützachse vorgesehen wird, über welche die Kolbenkräfte auf das Gehäuse abgeführt werden. Nach dieser vorteilhaften Variante wird also eine hinreichend dimensionierte Stützachse innerhalb des Gehäuses bzw. der Pumpenblockseite vorgesehen und trägt die gegeneinander verdrehbaren exzentrischen Bauteile. Es können also die Kolbenkräfte sowie jegliche Querkräfte von der Motorantriebswelle ferngehalten werden und über die Stützachse auf das Gehäuse oder den Kolbenblock des Pumpenaggregats abgeführt werden. Die radiallastfreie Motorantriebswelle kann dann wesentlich kostengünstiger gefertigt werden, und es können auf der Elektromotorseite Gleitlager, Kalottenlager oder entsprechend niedrig dimensionierte Kugellager vorgesehen werden, um die Motorantriebswelle zu lagern.

Wird eine Stützachse oder -welle vorgesehen, so erweist es sich als vorteilhaft, wenn diese eine mehrschalige Lagereinrichtung trägt, deren innere Schalen von den exzentrischen Bauteilen gebildet sind. Auf diese Weise läßt sich eine kompakte Bauform erreichen.

Obschon für die Ausbildung der exzentrischen Bauteile keine zwingend notwendige Bauform eingehalten werden muß - es kann sich bei dem ersten rotierend antreibbaren exzentrischen Bauteil beispielsweise auch um einen exzentrisch ausgebildeten Abschnitt der Motorantriebswelle handeln -, erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die exzentrischen Bauteile ineinandergeschobene Exzenterhülsen sind. Die Bauteile lassen sich dann auf wirtschaftliche Weise herstellen und montieren, und es kann eine beliebige Antriebsverbindung zwischen dem ersten exzentrischen Bauteil und der Motorantriebswelle vorgesehen werden.

In weiterer Ausbildung dieses Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß eine der Exzenterhülsen eine größere axiale Erstreckung aufweist als die andere. Die Drehmomentkopplung zwischen den ineinandergeschobenen Exzenterhülsen kann dann im Bereich des axialen Überstands gebildet werden.

Das drehmomentübertragende Bauteil, bei dem es sich in vorteilhafter Weise um eine Drehfeder handeln kann, ist dann in vorteilhafter Weise mit der Stirnseite derjenigen Exzenterhülse mit der geringeren axialen Ersteckung koppelbar.

Mit seiner anderen Seite ist das drehmomentübertragende Bauteil mit der Exzenterhülse mit der größeren axialen Erstreckung im Bereich des axialen Überstands dieser Exzenterhülse über die andere Exzenterhülse koppelbar. Hierfür kann im Bereich des Überstands eine Kerbe, eine Öffnung, eine Stufe oder ein sonstiges Mitnahmemittel für das drehmomentübertragende Element vorgesehen sein.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen, den zeichnerischen Darstellungen und der nachfolgenden Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen teilweise dargestellten Längsschnitt durch einen Koppelungsbereich eines Elektromotors und einen Pumpen eines erfindungsgemäßen Pumpenaggregats;

Fig. 2 eine Schnittansicht und eine Draufsicht auf ein drehmomentübertragendes Element in Form einer Drehfeder; und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Lagereinrichtung mit zwei gegeneinander verdrehbaren exzentrischen Bauteilen.

In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Kopplungsbereich eines nur angedeuteten Elektromotors und mit dem Bezugszeichen 4 ein Pumpenblock eines Pumpenaggregats dargestellt. Von dem Kopplungsbereich 2 steht das freie Ende einer Motorantriebswelle 6 vor. Der Elektromotor ist mit dem Kopplungsbereich 2 an dem Pumpenblock 4 lösbar montierbar.

In einer abgesetzten Bohrung 8 des Pumpenblocks 4 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Lagereinrichtung eingesetzt, welche auf einer Stützachse 12 sitzt, die in den durchmesserkleineren Abschnitt der abgesetzten Bohrung 8 eingepreßt ist. In den durchmessergrößeren Abschnitt der abgesetzten Bohrung 8 münden in radialer Richtung Kolbenbohrungen 14, in denen radial verschiebbar eine Anzahl von Kolben 16 vorgesehen sind. Die Kolben 16 liegen mit ihren radial inneren Stirnseiten 18 gegen eine äußere Schale 20 der Lagereinrichtung 10 an.

Die Lagereinrichtung 10 umfaßt neben der äußeren Schale 20 zwei Innenschalen, die von zwei exzentrisch zueinander verdrehbaren Bauteilen 22 und 24 gebildet sind, bei denen es sich um ineinandergeschobene Exzenterhülsen 26 bzw. 28 handelt. Die innere Exzenterhülse 26 weist eine größere axiale Erstreckung auf als die äußere Exzenterhülse 28 und steht daher auf der Elektromotorseite über die letztere vor. Die Exzenterhülsen 26 und 28 sind über ein Drehmoment übertragendes Bauteil 30 in Form einer Drehfeder 32 in Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung elastisch miteinander verbunden. Hierfür weist die äußere Exzenterhülse 28 an ihrer dem Elektromotor zugewandten Stirnseite 34 eine axiale Bohrung 36 auf, in die ein in axialer Richtung abgebogener Endabschnitt 38 der Drehfeder 32 einsteckbar ist. Die innere Exzenterhülse 26 weist an ihrer dem Elektromotor 2 zugewandten Stirnseite 40 einen quer zur Längsrichtung verlaufenden Schlitz 42 auf, in den ein zur Mitte abgebogener Endabschnitt 44 der Drehfeder 32 eingreifen kann. Durch Aufsetzen der Drehfeder 32 in axialer Richtung wird das freie Ende 38 in die axiale Bohrung 36 eingesteckt und das andere, in der Wicklungsebene liegende und zur Mitte abgebogene Ende 44 greift in den Schlitz 42, so daß über die Drehfeder 32 eine Kopplung zwischen den Exzenterhülsen 26 und 28 erreicht ist.

Wird nun der Elektromotor mit seinem Koppelungsbereich 2 an dem Pumpenblock 4 montiert, so kann das freie Ende der Motorantriebswelle 6 mit einem in der Stirnseite vorgesehenen Schlitz 46 das Ende 44 der Drehfeder 32 übergreifen. Hierdurch wird die Drehfeder 32 innerhalb des Schlitzes 42 in der ersten Exzenterhülse 26 gehalten und es wird eine Antriebsverbindung zwischen der Motorantriebswelle 6 und der ersten Exzenterhülse 26 erreicht. Diese Antriebsverbindung wird über die Drehfeder 32 auf die äußere Exzenterhülse 28 übertragen, wodurch eine exzentrische Bewegung der äußeren Schale 18 der Lagereinrichtung 10 und dadurch ein Hin- und Herbewegen der Kolben 16 in radialer Richtung erfolgt.

In der Ausgangsstellung der Exzenterhülsen 26 und 28, so wie dies in der Draufsicht nach Fig. 3 dargestellt ist, sind diene derart gegeneinander orientiert, daß sich eine größtmögliche Exzentrizität ergibt. Es wäre jedoch auch denkbar, den Schlitz 42 und die Bohrung 36 so zu orientieren, daß eine größtmögliche Exzentrizität bzw. ein größtmöglicher Hub sich dann einstellt, wenn beim Betrieb des Pumpenaggregats eine bestimmte dem Normalbetrieb entsprechende Drehmomentübertragung zwischen den Exzenterhülsen 26, 28 aufgebaut wird. Bei ansteigendem Drehmoment verdrehen sich die Exzenterhülsen 26 und 28 gegeneinander, so daß deren Exzentrizität geringer wird, wodurch auch der Hub und damit die Förderleistung des Pumpenaggregats abnimmt. Es ist daher ein selbstregelndes Pumpenaggregat geschaffen, bei dem nicht die Gefahr besteht, daß bei plötzlich ansteigender Belastung der Elektromotor Schaden nimmt und deshalb ein von vornherein überdimensionierter Elektromotor vorgesehen werden muß. - Bei wieder abnehmender Belastung bewirkt die Drehfeder 32, daß die Exzenterhülsen 26 und 28 wieder in Richtung zunehmender Exzentrizität gegeneinander verdreht werden, so daß die Förderleistung des Pumpenaggregats wieder erhöht wird.

Claims

1. Pumpenaggregat, insbesondere durch einen Motor antreibbare Radialkolbenpumpe, dessen Kolben (16) von einer Motorantriebswelle (6) exzentergesteuert hin- und herbewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes rotierend antreibbares exzentrisches Bauteil (22) und ein zweites exzentrisches Bauteil (24) zueinander drehbar angeordnet sind und daß zwischen den beiden Bauteilen (22, 24) ein elastisches, Drehmoment übertragendes Element (30) vorgesehen ist.

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrischen Bauteile (22, 24) in einem Ausgangszustand des Drehmoment übertragenden Elements (30) derart gegeneinander verdreht sind, daß eine größtmögliche Exzentrizität und damit größtmögliche Förderleistung erreicht ist.

3. Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste exzentrische Bauteil (22) ein von der Motorantriebswelle (6) separates Bauteil ist, das in lösbare Antriebsverbindung mit der Antriebswelle (6) bringbar ist.

4. Pumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine das erste exzentrische Bauteil (22) in einem Gehäuse (4) des Pumpenaggregats lagernde Stützachse (12) vorgesehen ist, über welche die auftretenden Kräfte auf das Gehäuse (4) abgeführt werden.

5. Pumpenaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützachse (12) eine mehrschalige Lagereinrichtung (10) trägt, deren Schalen von den exzentrischen Bauteilen (22, 24) gebildet sind.

6. Pumpenaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (10) nadelförmige Wälzkörper umfaßt.

7. Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrischen Bauteile (22, 24) ineinandergeschobene Exzenterhülsen (26, 28) sind.

8. Pumpenaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Exzenterhülsen (26) eine größere axiale Erstreckung als die andere (28) aufweist.

9. Pumpenaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment übertragenden Bauteil (30) mit der Stirnseite (34) derjenigen Exzenterhülse (28) mit der geringeren axialen Erstreckung koppelbar ist.

10. Pumpenaggregat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das Drehmoment übertragenden Bauteil (30) mit derjenigen Exzenterhülse (26) mit der größeren axialen Erstreckung im Bereich des Überstands dieser Exzenterhülse (26) über die andere Exzenterhülse (28) koppelbar ist.

11. Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment übertragende Element (30) eine Drehfeder (32) ist.