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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenpumpe mit einem äußeren Gehäuse und
einer darin drehbar gelagerten Antriebswelle zur Förderung
eines Fluides gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Eine
solche Pumpe ist aus
EP
0 687 812 A1 bekannt. Hierbei sind die Förderkolben
einstückig
mit einer innen liegenden Feder ausgebildet, welche für eine Rückstellung
der Förderkolben
im Entlastungshub sorgt. Die Förderkolben
weisen auf ihrer der Taumelscheibe zugewandten Seite einen halbkugelförmigen Kopf
auf, welcher in korrespondierend dazu ausgebildeten Lagerschalen
der Taumelscheibe läuft.
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Aus
EP 0 089 926 A1 ist
eine Axialkolbenpumpe mit einer innerhalb des Gehäuses feststehenden
Scheibe mit einer geneigten Planfläche bekannt, welche ebenfalls
mit auf die Förderkolbenköpfe wirkenden
Lagerschalen versehen ist. Hierbei erfolgt die für die Förderung notwendige Relativverdrehung
zwischen geneigter Planfläche
und Förderkolben
durch eine Rotation des gesamten, die Förderkolben aufnehmenden Kolbenkörpers.
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In
der
DE 38 27 726 C2 wird
eine Radialkolbenpumpe beschrieben, die Förderkolben besitzt, welche
mittels Nocken betätigt
werden. Eine Druckfeder hält
den Förderkolben
an einer Umfangsfläche des
Nockens in Anlage. Da der Nocken ständig in Reibkontakt mit dem
Boden des Förderkolbens
steht, bewirkt dies eine hohe Verlustleistung und übermäßigen Verschleiß.
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Die
DE 1 061 185 C offenbart
Förderkolben für Axialkolbenpumpen,
bei welchen sich die Förderkolben
beim Druckhub gegen den drehbaren Teller einer schwenkbaren oder
feststehenden Taumelscheibe abstützen
und während
des Saughubes unter Wirkung von Federungselementen kraftschlüssig gegen
den drehbaren Teller der schwenkbaren oder feststehenden Taumelscheibe
gedrückt
werden. Zur Vermeidung von Verschleißerscheinungen an den Berührungsstellen
der Kolbenköpfe
und der Taumelscheibe, ermöglichen
Kugeln eine Relativdrehung zwischen einer Federstange und dem Förderkolben.
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Aus
der
US 3,712,758 ist
eine Axialkolbenpumpe bekannt, bei der der Förderkolben eine Kolbenstange
aufweist, auf die Federkräfte
wirken. Zwischen Kolbenstange und Taumelscheibe ist ein kappenartiges
Kolbenelement angeordnet, welches senkrecht auf eine quer zum Förderkolben
angeordnete Fläche
der Kolbenstange wirkt.
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Unabhängig davon,
ob die Relativdrehung gemäß dem erstgenannten
Stand der Technik mittels einer mit der Antriebswelle umlaufenden
Taumelscheibe oder gemäß einer
stehenden Scheibe gemäß dem zweitgenannten
Stand der Technik erfolgt, liegt jeweils eine vergleichsweise hohe
Reibung zwischen den Förderkolbenköpfen und
den diese Köpfe aufnehmenden
Lagerschalen vor. Die halbkugelige Ausbildung dient dabei jeweils
dem Zwecke, die durch die geneigte Planflächenanordnung erzeugten Radiallasten
auf den Förderkolben
abzustützen,
welche zu diesem Zwecke gleitverschieblich in den Kolbenkörper eingesetzt
sind. Die hieraus resultierenden Querbelastungen auf den Förderkolben
begrenzen den maximal mit einer solchen Axialkolbenpumpe erzielbaren
Förderdruck.
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In
der gattungsgemäßen
US 1,970,133 weist eine
Axialkolbenpumpe einen ähnlich
aufgebauten Förderkolben
wie in der
US 3,712,758 auf,
wobei hier zwischen der Kolbenstange und dem kappenartigen Kolbenelement
zusätzlich
eine Kugel angebracht ist. Damit ist zum einen das kappenartige
Kolbenelement relativ zur Taumelscheibe drehbar ausgeführt und
die Querbelastung auf den Förderkolben
kann verringert werden.
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Nachteilig
an einer derartigen Gestaltung der Förderkolben ist unter anderem
eine mangelnde Lagefixierung der Kugel, wodurch diese einen zu großen Bewegungsfreiraum
besitzt, was im Betrieb zu einem Verklemmen oder ähnlichen
funktionalen Mängeln
führen
kann. Des Weiteren ist wird der Kolbenkörper aus einer Vielzahl von
teilweise ineinander greifenden Teilkörpern gebildet, was eine technisch recht
aufwändige
und teure Konstruktion darstellt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Axialkolbenpumpe
dahingehend zu verbessern, daß deutlich
höhere
Förderdrücke erzielbar
sind und funktionale sowie konstruktive Mängel behoben werden.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Die
Erfindung geht von einer gattungsgemäßen Axialkolbenpumpe aus, deren
Förderdruck durch
zyklische Betätigung
der in einem Kolbenkörper
verschiebbar gelagerten Förderkolben
durch eine Relativdrehung zwischen einer mit einer geneigten Planfläche versehenen
Scheibe und dem Kolbenkörper
erfolgt. Der Förderkolben
ist mehrteilig in der Weise aufgebaut, daß auf einen Plunger des Förderkolbens
die rückstellenden
Federkräfte
wirken und daß zwischen
diesem Plunger und der Planfläche
ein kappenartiger Entkoppelstößel koaxial
zum Plunger derart angeordnet ist, daß die in ihn eingeleiteten Kräfte senkrecht
auf eine quer zum Förderkolben
verlaufend angeordnete Stirnfläche
des Plungers wirken und zwischen Entkoppelstößel und Stirnfläche ein Übertragungskörper zur
querkraftfreien punkt- oder linienförmigen Kraftübertragung
angeordnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht
vor, dass der Übertragungskörper als
eine in einer zentrischen Ausnehmung des Entkoppelstößels angeordnete
Kugel ausgebildet ist und dass die Federkräfte durch eine koaxial außen zum
Plunger liegende Feder aufgebracht werden, welche zwischen dem Kolbenkörper und
einem stirnflächenseitigen
Anschlag des Plungers angreift, wobei der Kolbenkörper aus zwei
axial hintereinander liegenden Teilkörpern gebildet ist, wobei der
Entkoppelstößel im Teilkörper und der
Plunger im Teilkörper
gleitverschieblich gelagert ist und wobei zwischen den Teilkörpern eine
ebene Trennfläche
vorgesehen ist, welche von dem Plunger in jeder seiner Stellung
durchsetzt ist und wobei ein die Ausnehmung aufweisender Hülsenabschnitt
des Entkoppelstößels die
Feder koaxial umfasst und bei maximalem Förderhub in eine zylindrische,
von der Trennfläche 36 ausgehende
Vertiefung des zweiten Teilkörpers
eintaucht.
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Vorteilhafterweise
wird durch diese Anordnung das den Förderdruck bereitstellende Teil,
der Plunger, von den über
die geneigte Planfläche
eingeleiteten Querkräften
freigestellt. Hiermit ist die Grundvoraussetzung für die Erzielung
von vergleichsweise hohen Drücken
bis in den Bereich von 1700 bar durch eine ausschließlich axiale
Kraftbelastung der Plunger gegeben.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, daß zwischen
dem Entkoppelstößel und der
besagten Stirnfläche
ein Übertragungskörper derart
angeordnet ist, daß zur
Freistellung von Querkräften
die axiale Kraftübertragung
mittels einer punkt- oder linienförmigen Anlage des Übertragungskörpers an
der Stirnfläche
erfolgt.
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In
einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung kann
für den Übertragungskörper eine
Kugel vorgesehen sein, jedoch sind auch andere, mit einer der Stirnfläche zugewandten,
gekrümmten
Oberfläche
ausgebildeten Körper
denkbar.
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Die
den Plunger bzw. den gesamten Förderkolben
rückstellende
Feder ist vorzugsweise koaxial um den Plunger herum angeordnet und
stützt
sich zwischen Kolbenkörper
und einem stirnflächenseitigen
Anschlag des Plungers ab.
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Der
Kolbenkörper
kann aus zwei axial hintereinanderliegenden Teilkörpern gebildet
sein, welche in einer ebenen Trennfläche aneinandergrenzen. Die Entkoppelstößel sind
dabei in einem dieser Teilkörper
und die Plunger in dem anderen Teilkörper gleitverschieblich eingesetzt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer
Zeichnung näher erläuterten
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Axialkolbenpumpe und
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
gemäß 1.
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Eine
Axialkolbenpumpe mit einem einstückig ausgebildeten äußeren Gehäuse 1 weist
eine drehbar in diesem Gehäuse 1 abgestützte Antriebswelle 2 auf.
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Gemeinsam
mit dieser Antriebswelle 2 umlaufend ist auf dieser eine
Scheibe 3 mit einer gegenüber der Antriebswelle 2 geneigt
angeordneten Planfläche 4 und
einer senkrecht zur Antriebswelle 2 verlaufenden Druckfläche 5 angeordnet.
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Von
einer Antriebsseite 6 des Gehäuses 1 aus betrachtet
folgen axial auf die Antriebswelle 2 zunächst ein
zweiteilig ausgeführter
Kolbenkörper 7 und
im Anschluß daran
eine hochdruckseitige Abströmplatte 8.
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In
dem Kolbenkörper 7 sind
entgegen von Federkräften
verschiebbare Förderkolben 9 gleitverschieblich
gelagert.
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Die
grundsätzliche
Funktionsweise einer solchen Axialkolbenpumpe ist bekannt und wird
daher nur kurz erläutert.
Die Antriebswelle 2 wird an der Antriebsseite 6 von
einem nicht gezeigten Antriebsmittel in Rotation versetzt. Die gemeinsam
mit der Antriebswelle 2 umlaufende Scheibe 3 betätigt dabei über die geneigt
angeordnete Planfläche 4 zyklisch
die Förderkolben 9.
Diese Förderkolben 9 bestehen
gemäß der Erfindung
unter anderem aus einem mit der Scheibe 3 zusammenwirkenden
Entkoppelstößel 10 und
einem Plunger 11.
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Der
Kolbenkörper 7 wird
aus zwei axial hintereinander liegenden Teilkörpern 12, 13 gebildet, wobei
im Teilkörper 12 die
Entkoppelstößel 10 und
im Teilkörper 13 die
Plunger 11 gleitverschieblich gelagert sind.
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Über einen
im Gehäuse 1 ausgebildeten
Zulauf 14 und eine am Teilkörper 13 umlaufend
ausgebildete Nut 15 sowie Querbohrungen 16 wird
den Plungern 11 während
eines Entlastungshubes das zu fördernde
Fluid zugeführt.
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Während eines
Verdichtungshubes, in der Zeichnung anhand des dargestellten Förderkolbens 9 erkennbar,
verdichtet der Plunger 11 das zugeführte Fluid auf seiner in 2 linken
Stirnseite und schiebt dieses in die Abströmplatte 8. Dieses
erfolgt nur, wenn der an einer Abströmleitung 17 und damit verbundenen,
jedem Förderkolben 9 zugeordneten Druckventilen 18 anliegende
Systemdruck geringer ist als der von dem Förderkolben 9 erzeugte
Förderdruck.
Ist dies der Fall, hebt das Druckventil 18 entgegen einer
Federvorspannung von seinem Sitz ab und das mit vergleichsweise
hohem Druck versehene Fluid kann über die Abströmleitung 17 einem
Verbraucher zugeführt
werden.
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Die
spezielle Lagerung der Antriebswelle 2 und die Einleitung
der von der Scheibe 3 in das Gehäuse 1 eingeleiteten
Axialkräfte
ist Gegenstand einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin und wird
daher hier im folgenden nur kurz erläutert.
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Die
Antriebswelle 2 ist antriebsseitig in einem Lager 19 abgestützt, am
gehäuseinneren
Ende mit einem Zapfen 20 versehen, welcher mittels eines zweiten
Lagers 21 in einer Lageraufnahme 21' des Kolbenkörpers 7 abgestützt ist.
Zur Abstützung
der durch die Betätigung
der Förderkolben 9 über die Scheibe 3 eingeleiteten
Axialkräfte
ist zwischen den beiden Lagern 19 und 21 ein Axiallager 22 zwischen der
Druckfläche 5 und
einer damit korrespondierenden Schulter 23 des Gehäuses 1 unter
Zwischenschaltung einer Druckscheibe 24 angeordnet.
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Zur
Entkoppelung der Planfläche 4 von
den Förderkolben 9 ist
ein Druckstück 25 mittels
zweier weiterer Lager 26 und 27 drehentkoppelt
auf einem Wellenabschnitt 28 der Antriebswelle 2 gelagert.
Dieses führt
während
des Betriebes der Axialkolbenpumpe zu einem vollständigen oder
nahezu vollständigen
Stillstand des Druckstückes 25.
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Gemäß 2 ist
jeder Förderkolben 9 im wesentlichen
aus dem Entkoppelstößel 10,
dem Plunger 11 und einem zwischen diesen beiden angeordneten Übertragungskörper 30 gebildet.
Dieser ist in einer zentrischen Ausnehmung 31 eines Hülsenabschnittes 32 des
Entkoppelstößels 10 angeordnet.
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Der Übertragungskörper 30 ist
hier als Kugel ausgebildet und derartig angeordnet, daß er die
in den Entkoppelstößel 10 eingeleiteten
Quer- und Längskräfte ausschließlich als
axial wirkende Längskräfte durch
eine punktförmige
Berührung
senkrecht auf eine quer zum Förderkolben 9 angeordnete
Stirnfläche 33 des
Plungers 11 überträgt.
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Die
Rückstellung
während
eines Entlastungshubes des Förderkolbens 9 erfolgt
mittels einer koaxial außen
zum Plunger 11 liegenden Feder 34, welche sich
an einem stirnflächenseitigen
Anschlag 35 des Plungers 11 abstützt.
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Die
beiden Teilkörper 12 und 13 grenzen
in einer ebenen Trennfläche 36 aneinander,
welche in jeder Stellung der Plunger 11 von diesen durchsetzt wird.
Von dieser Trennfläche 36 ausgehend
sind im Bereich der Plunger 11 zylindrische Vertiefungen 37 angeordnet,
an deren Boden 38 sich die Feder 34 abstützt. In
diese Vertiefung 37 tauchen die Entkoppelstößel 10,
wie in 2 gezeigt, bei maximalem Förderhub ein.
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Die
Vertiefung 37 dient gleichzeitig als Sammelraum für Leckagen
des über
die Querbohrung 16 zugeführten Fluides, welche über einen
mit der Vertiefung 37 verbundenen Rücklauf 39 abgeführt werden.
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Mit
der getroffenen Anordnung ist gewährleistet, daß die durch
die Förderung
des Fluides unter extrem hohem Druck auftretenden Radiallasten vollständig von
den Plungern 11 ferngehalten werden und lediglich Axiallasten
unter Vermittlung des Übertragungskörpers 30 über die
Stirnfläche 33 eingeleitet
werden.