DE2061961C3 - Radialkolbenpumpe mit Saugsteuerung am Exzenter für reversiblen Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpe mit in einem Gehäuse sternförmig etwa in einer Ebene angeordneten Zylindern und durch eine Exzenterwelle betätigte, federbelastete Kolben, bei welcher das Pumpedium über eine am Umfang des Exzenters angeordnete Nut angesaugt, durch die hohlen Kolben gepumpt und über mindestens ein Rückschlagventil im Gehäuse weitergefördert wird.

Eine Radialkolbenpumpe der obengenannten Bauart ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 183 515 bekannt. Bei dieser Kolbenpumpe wird das Pumpmedium über eine Nut am Umfang des Exzenters angesaugt, wobei dieser Exzenter während des größten Teils der Saugbewegung des Kolbens eine Verbindung zwischen dem Pumpraum und dem Saugraum über diese Nut herstellt, und wobei etwa im unteren Totpunkt des Kolbens diese Nut überfahren wird und während des gesamten Druckhubes der Kolben gegenüber dem Exzenter abdichtet und das Pumpmedium über ein Rückschlagventil weitergefördert wird. Diese bekannte Pumpe läßt sich jedoch nur in einer Drehrichtung betreiben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe gemäß dem Oberbegriff so zu gestalten, daß ein Betrieb in beiden Drehrichtungen mit wechselnder Drehzahl möglich ist unter Beibehaltung der Vorteile der Ansaugung über eine Nut im Exzenter.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Nut am Umfang des Exzenters etwa im Bereich des unteren Totpunktes ungeordnet ist. Auf diese ganz besonders einfache Weise ist es möglich, die Pumpe in beiden Drehrichtungen zu verwenden, ohne daß Änderungen an ihr vorgenommen werden müssen. Weiterhin ergibt sich insbesondere bei der

ίο Verwendung der Pumpe an Brennkraftmaschinen fur Kraftfahrzeuge der große Vorteil, daß durch Abstimmung der Steuerzeiten eine Drosselung der Fördermenge mit zunehmender Drehzahl erzielt werden kann, wodurch nach Erreichen der maximal notwen digen Fördermenge ein weiterer Anstieg derselben mit zunehmender Drehzahl durch diese Drosselung vermieden wird. Dadurch ist die benöfig·? Antriebsleistung für die Pumpe ebenfalls auf einen dieser maximalen Fordermenge entsprechenden Wert beschränkt und sieigt nicht mil der zunehmenden Drehzahl an.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, daß sich die Nut. vom unteren Totpunkt des Exzenters ausgehend, in beiden Richtungen gleich weit streckt. Diese Ausführungergibt für beide Drehrichtungtn gleiche Sleuerzeiten. wodurch die Kennlinien der Fördermengen in Abhängigkeit von der Drehzahl den gleichen Verlauf nehmen.

Vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist es weiterhin, daß sich die Nut, vom unteren Totpunkt des Exzenters ausgehend, in beiden Richtungen ungleich weit erstreckt. Dadurch entstehen Steuerzeiten, welche nicht symmetrisch zum unteren Totpunkt verlaufen. Durch diese ungleichen Steuerzeiten in den beiden Drehrichtungen ist es somit möglich, mit ein und derselben Pumpe bei Drehrichtungsumkehr eine Änderung der Kennlinie der Fordermenge in Abhängigkeit von der Drehzahl zu erreichen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Nutgrund von einer Geraden gebildet wird. Diese Ausführung einer Nut ist besonders einfach und in der Herstellung preiswert.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, daß der Nutgrund aus mehreren Teilgeraden zusammengesetzt ist.

Diese Ausfuhrung ist vor allem dann besonders vorteilhaft, wenn die Steuerwinkel einen wesentlich größeren Wert als etwa 90 Grad aufweisen, da hierbei eine Schwächung des Kernquerschnittes des Exzenters vermieden wird.

Eine weitere Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß der Nutgrund gewölbt ausgeführt ist, mit einem Radius, welcher größer ist, als der Radius des Exzenters. Diese Ausführung ist ebenfalls dort mit Vorzug anzuwenden, wo die Steuerwinkel einen großen Wert erreichen, ohne daß hierbei der Exzenter in seinem Kernquerschnitt allzu stark geschwächt wird und wobei zusätzlich die Vergrößerung der Steuerkanäle beim überfahren der Steuerkanten des Exzenters über die Steuerkanfe des Kolbens bzw. des Gleitschu hes sehr kontinuierlich verläuft.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, daß die Länge, Tiefe und Breite der Nut im Exzenter in Verbindung mit den Steuerzeiten den Verlauf der Fördermenge in Abhän-

gigkeit von der Antriebsdrehzahl bestimmt. Da die Radialkolbenpumoe mit wechselnder Drehzahl angetrieben wird, ist es vorteilhaft, die Fördermenge von einer bestimmten Antriebsdrehzahl ab zu begrenzen

und nichl weiter ansieigen zu lassen, um Strömung!,-geriiusche zu vermindern, die Lebensdauer zu erhohen und die Pumpleistung /u begrenzen. Dabei lüßt !.ich in ganz besonders einfacher Weise die Fördermenge durch die Ausbildung der Nui im Exzenter be-Einflüssen.

Ausführungsbeispieb der irfindung sind an Hand der Zeichnungen nachstehend beschrieben. Es α-igt im einzelnen

Fig. I die Prinzipskizzt einer Radialkolbenpumpe mit Kugelkolben und Ansaugen liner -ine Nut im Exzenter.

Fig. 2 die Prinzipskizze einer Radialkolbenpumpe mit Gleitschuh und Ansaugen über eine Nut im Exzenter,

Fig. 3 den Querschnitt durch einen Exzenter mit einer Nut mit gewölbtem Nutgrund.

Jig. 4 den Querschnitt durch emeu Exzeniei mn negeiuiber dem unteren Totpunk! !symmetrischen Steuer/eilen,

Fig. 5 ilen Querschnitt durch einen Γίχ/euter mit asymmetrischen Steuer/eilen und einem aus mdiieren (icraden zusammengesetzten Nuturund.

Fig. 6 die Förderkennlinie bei Verwendung einer Nut gemäß Fig. 5. "

In fig. 1 ist die Prinzipskizze einer Radialkolbenpumpe mit der erfindungemiißen Ausbildung der Nut im Exzenter wiedergegeben. Der Exzenter 1 lauft mit der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe um. Im Exzenter 1 ist etwa im Bereich des unteren lotpunkles eine Nut 2 angeordnet, welche sich über einen Steuerwinkel γ erstreckt. Der Exzenter I betätigt einen Kolben 4, welcher eine kugelige AuÜenform besitzt und im Zylinder 7 gefuhrt wird. Die Rückstellfeder 6 stützt sich auf der einen Seite im Gehäuse und auf der anderen Seite im Kolben 4 ab, so daß dieser kraftschlüssig mit dem Exzenter 1 dessen Hubbewegungen ausführt. Im Gehäuse ist weiterhin tin Ruckschlagventil 5 angeordnet, welches die Druckleitung H gegenüber dem Zylinderraum 9 absperrt.

Die Wirkungsweise der Radialkolbenpumpe gemäß Fig 1 ist folgende: Der kugelförmige Kolben 4, welcher gegenüber dem Zylinder 7 abdichtet, wird durch die Rückstellfeder 6 in dauernder Anlage an Jen Außenumfang des Exzenters 1 gehalten. Dadurch bewegt sich dieser Kolben 4 entsprechend der Bewegung des Exzenters 1 bei einer Umdrehung desselben um 360 Grad einmal im Zylinder 7 auf und ab. Wahrend der Aufwärtsbcwegunj findet der Druckhub statt und wahrend der Abwärtsbewegung der Saughub. Bei der Bewegungsumkehr des Kolbens 4 im oberen Totpunkt, also bei dem Übergang vom Driickhub in den Saughub, schließt das Rückschlagventil 5 und verhindert somit ein Riickfließen des Pumpmcdiums aus der Druckleitung 8 in den Zylinderraum 9. Da dei KoI-bcn 4 an seiner Berührungsfläche zu dem Exzenter 1 dichtend abschließt, entsteht während des ersten Teils des Saughubes im Zylinderraum 9 ein Unterdruck. Dabei muß die Rückstellfeder 6 stark genug ausgebildet sein, um diesen Unterdruck zu überwinden.'Gegen Ende dieses Saughubes, also etwa im Bereich des unteren Totpunktes des Kolbens 4, überfährt der Exzenter 1 mit seiner Nut 2 den Kolben 4, welcher durchgehend höh! ausgeführt ist. Er besitzt lediglich einen Absatzzur Abstutzung der Rückstellfeder 6. Da in dem Raum unmittelbar um den Exzenter 1 das Pumpmcdium mit der// nicht dargestellten Vorratsraum in Verbindung stellt, ström! dieses Pumpnte- dium in den Zylinderraum 9 ein. Nach der Richtungsumkehr des Kolben 5 von der Saugbewegung in die Druckbewegung wird ein Teil des in den Zylinderraum 9 eingeflossenen Pumpmediums wieder zurück-

strömen, bis das Ende der Nut 2 den Kolben überfahren hat. Während der Weiterbewegung des Kolbens 4 in Pumprichtung wird das im Zylinderraum 9 eingeschlossene Pumpmedium über das sich öffnende Rückschlagventil 5 in die Druckleitung 8 gepumpt.

ίο Dieser Vorgang ist in beiden Drehrichtungen des Exzenters 1 vollkommen der gleiche, d.h., er ist drehrichtungsunabhängig. Bei Verwendung einer solchen Radialkolbenpumpe an einer Brennkraftmaschine treten stark wechselnde Drehzahlen auf. Dabei wird bei niedriger Drehzahl eine relativ hohe Förderleistung verlangt, wobei jedoch bei höherer Drehzahl eine Begrenzung der maximalen Leistung ^erlangt λ erden muß, um die Lebensdauer zu erhöhen und die Pumpleistung bzw. Strör jngsgeräusche zu hegrenzen. Zu diesem Zweck konren bekannte Mengenregler verwendet werden, jedoch ist diese Losung sehr aufwendig. In besonders einfacher Weise kann jedoch eine Regelung auch durch Drosselung während des Saughubes erfolgen, da die Füllung des Zylinders von der Länge der Nut 2 im Exzenter 1 und von dem Strömungswiderstand abhängt. Durch entsprechende Wahl des Winkels y, welcher ein Maß für die Länge der Nut 2 über dem Umfang dts Exzenters 1 ist, ist mit besonders einfachen Mitteln eine Drosselung der Fordermenge in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl der Radialkolbenpumpe möglich. Dabei verschlechtert sich die Füllung des Zylinderraumes 9 mit .'unehmender Drehzahl so wesentlich, daß von einer bestimmten Drehzahl ab die Fördermenge nicht mehr linear mit der Drehzahl ansteigt, sondern einem Endwert zusirebt, welcher nahezu unabhängig von dem weiteren Ansteigen der Drehzahl ist.

Von einer Radialkolbenpumpe einer anderen Bauart ist es bekannt, die Saugsteuerung über Schlitze im Zylinder bzw. im Kolben vorzunehmen. Diese Steuerung gibt völlig symmetrische Steuerzeiten gegenüber dem unteren Totpunkt des Exzenters und eine Drosselung der Fördermenge ist dadurch ebenfalls in Abhängigkeit von der Drehzahl möglich. Schwierig ge-

staltet sich jedoch die Herstellung dieser Schlitze, welche sehr gering toleriert werden müssen, um die gewünschten Steuerzeiten einigermaßen genau einhalten /u können. Dem gegenüber ist eine Steuerung am Ex/enter durch eine Nut gemäß der Erfindung wesentlich weniger problematisch bezüglich der Herstellu'ipstoleranzen. da insbesondere im unteren Totpunkt (dies g'It ebenso für den oberen Totpunkt) bei sehr geringen radialen Wegen des Kolbens 4 der Außenumfang des Exzenters 1 recht große Wege zurückgelegt. Beginn und Ende des Saugvorganges durch das Ofc jrfahrenwerden des Kolbens 4 durch die Nut 2 des Exzenters kann somit wesentlich exakter und kontinuierlicher erfolgen, wodurch Druckstöße und Geräusche vermieden werden.

Die in Fi g. 2 wiedergegebene Radialkolbenpumpe zeigt einen Kolben 4, welcher eine zylindrische Außenfläche besitzt, und bei welcher zwischen dem Kolben 4 und dem Exzenter i ein Gleitschuh 9 angeordnei ist. Durch eine Rückstellfeder 6, weiche sich auf der einen Seite im Gehäuse und auf der anderen Seite an einem Absatz im Kolben 4 abstützt, werden sowohl der Kolben 4 als auch der Gleitschuh 10 zusammen in einer dauernden Anlaee treeenüber dem

Exzenter 1 geheilten. Dabei machen sowohl der Kolben 4 als auch der Gleitschuh 10 bei einer ganzen Umdrehung des Exzenters 1 einen Saug- und einen Druckhub mit. Zusätzlich zu dieser Bewegung führt der Gleitschuh 9noch eine Schwenkbewegung aus. da sich die Abstützflächc zwischen Gleitschuh 10 und dem Außenumfang des Exzenters 1 laufend ändert. Zu diesem Zweck ist am unteren Ende des Kolbens 4 ein kugelförmiger Abschnitt angebracht, welcher auf einer Anfasung im Gleitschuh 10 aufliegt und demgegenüber abdichtet. Sowohl der Kolben 4 als auch der Gleitschuh 10 sind mit einer durchgehenden Bohrung versehen. Vom Zylinderraum 9 führt eine Leitung zum Rückschlagventil 5 und von diesem führt eine Druckleitung zum Verbraucher. Das Rückschlagventil 5 verhindert ein Rückströmen des Druckmediums von der Druckleitung 8 in den Zylinderraum 9 beim Saughub. Am Außenumfang des Exzenters 1 ist eine Nut 2 angeordnet, welche etwa im Hereich des unteren Totpunktes sich befindet und sich über einen Winkel von der Große γ erstreikt.

Die Wirkungsweise der Radialkolbenpumpe gemäß der Fig. 2 ist prinzipiell die gleiche wie bei der Radialkolbenpumpe gemäß der Fig. I. Auch hier ist der Betrieb der Pumpe in beiden Richtungen möglich.

Bei Beginn des Saughubes des Kolbens 4 schließt das Rückschlagventil 5 und verhindert somit ein Ruckströmen von Druckmedien aus der Druckleitung 8 in den Zylinderraum 9. Während des gesamten Saughubes hält die Rückstellfeder 6 den Kolben 4 und den Gleitschuh 10 sowohl gegeneinander als auch am Außenumfang des Exzenters 1 in Anlage, Dadurch ist der Zylinderraum 9 gegenüber außen abgedichtet, und es baut sich ein Unterdruck auf. Erst etwa im Bereich des unteren Totpunktes überfährt die Nut 2 im Außenurnfang des Exzenters 1 den Gleitschuh 10 und stellt somit eine Verbindung zwischen dem Zylinderraum 9, in welchem Unterdruck herrscht, und dem Saugraum her, welcher sich um den Exzenter 1 herum befindet. Durch den Unterdruck im Zylinderraum 9 wird das Druckmedium in diesen hineingesaugt. Theoretisch ist im unteren Totpunkt die Füllung des Zylinderraumes 9 mit Druckmedium beendet, so daß ein Teil des Pumpmediums wieder aus dem Zylinderraum 9 hinausgedrückt wird, bis der auf der Druckseite liegende Teil der Nut 2 den Gleitschuh 10 überfahren hat In der Praxis ist jedoch infolge der Trägheit der Masse die Fülhmg im unteren Totpunkt noch nicht beendet, so daß infolge dieser Massenträgheit eine vollständige Füllung des Zylinders durch die vorgeschlagene, über den unteren Totpunkt hinausgehende Nut erreicht werden kann. Der Nutgrund der Nut 2 im Exzenter 1 ist aus mehreren Teilgeraden hergestellt, wodurch eine geringere Schwächung des Kernquerschnittes des Exzenters 1 erfolgt. Zugleich wird durch die flachere Ausbildung der Nut 2 an ihren Steuerkanten eine stärkere Drosselung der Fördermenge bei höheren Drehzahlen erreicht, wodurch ein anderer Verlauf der Kennlinie zu erreichen ist.

In Fi g- 3 ist die besondere Ausgestaltung des Nutgrundes der Nut 2 des Exzenters 1 wiedergegeben. In diesem Fall ist, entgegen zu den Darstellungen in Fig. 1 und2,der untere Totpunkt an das unter Ende der Figur gelegt. Symmetrisch zu diesem unteren Totpunkt (wie es auch gemäß Fig. 1 und 2 dargestellt ist) erstreckt sich die Nut 2 mit einem gewölbten Nutgrund welcher einen größeren Radius aufweist als der Exzenter 1 an dieser Stelle. Eine solche Ausgestaltung des Nutgrundes bringt besonders kontinuierliche Obergänge zu Beginn und zu Ende des Saughubes mil sich und stellt die geringste Schwächung des Exzentcrquerschnittes dar. Die Wirkungsweise einer Radial kolbenpumpe mit dieser Nutausführung ist im Prinzip

die gleiche, wie bei F ig. 1 und bei F ig. 2 beschrieben Die Ausführungen des Nuten 2 gemäß den Fig. A

und 5 zeigen als gemeinsames wesentliches Merkmal

ίο eine unsymmetrische Ausführung der Nuten 2 in bezug zum unteren Totpunkt. Dabei »eilt sich der Ge samlstcucrwinkcl γ auf in einen größeren Winkel n und in einen kleineren Winkel β (jeweils vom unteren Totpunkt aus betrachtet). Diese unsymmetrische Ausgestaltung der Nuten 2 bringt die Möglichkeit mit sich, in ganz einfacher Weise verschiedene Förderkennlinien für die beiden Drehrichtungen zu erhalten. Dabei ist noch weiterhin möglich, die Kennlinie in einer Richtung mehr als in der anderen Richtung zu

to drosseln. Durch die Möglichkeit, mit ein und derselben Pumpe verschiedene Kennlinien zu erzeugen, jeweils in Abhängigkeit von der Antriebsdrehrichtung, ist es beispielsweise möglich, entweder durch Drehrichtungsumkehr vom Antrieb her die eben benötigte

»5 Förderkennlinie auszunutzen, bzw. je nach Bedarf die Pumpv mit der einen oder mit der anderen Seite an die Antriebsmaschine anzuflanschen.

Unterschiedlich ausgeführt ist bei den beiden F i g. 4 und 5 der Nutgrund der Nut 2 im Exzenter 1.

Hierbei ist der einfacheren Herstellung wegen bei Fig. 4 der Nutgrund eben ausgeführt, wobei dieser Herstellungsart jedoch Grenzen gesetzt sind, wenn der Winkel <t oder der Winkel β oder beide zusammen größer ausgeführt werden müssen. Um einer zu großen Schwächung des Kernquerschnittes des Exzenters 1 zu entgehen, ist es möglich, gemäß Fig. 5 den Nutgrund aus mehreren Teilgeraden zusammenzusetzen.

In Fig. 6 ist eine prinzipielle Kennlinie in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl wiedergegeben. Diese Kennlinie ist in Verbindung mit Brennkraftmaschinen erwünscht. Dabei soll bei der Leerlaufdrehzahl "L eine möglichst große Fördermenge erreicht werden, so daß alle Aggregate, wie z. B. Niveaurege-

lung. Lenkung usw., ausreichend mit Druckmedium versorgt werden können. Etwa ab der Drehzahl des maximalen Drehmomentes "M der Brennkraftmaschine kann die Fördermenge bis zur maximalen Drehzahl konstant bleiben, um, wie schon erwähnt, Stromungsgeräusche zu vermeiden und die aufzuwendende Pumpleistung nicht unnötig zu erhöhen. Diese Kurve ist mit c bezeichnet. Die gestrichelte Kurve a würde ohne jede Art von Regelung erreicht werden, da die Fördermenge etwa linear zur Antriebsdrehzahl ansteigen würde. Bei einer anderen Auslegung der Steuerzeiten, ebenfalls ohne Steuerung der Menge, kann eine Kurve gemäß b erreicht werden. Gemäß der jeweiligen Auslegung der Drosselung zur Erzielung einer von der Drehzahl des höchsten Momentes ab nicht weiter ansteigenden Fördermenge 1st es also möglich, bei einer Ausgestaltung der Nut 2 gemäß den Fig. 4 und 5, also bei gegenüber dem Totpunkt unsymmetrischer Ausgestaltung der Steuerzeiten, in der einen Drehrichtung eine Förderkennlinie zu erzielen, weiche unterhalb des Drosseleinsatzes sich der Kennlinie α nähert und welche sich bei der entgegengesetzten Drehrichtung der Kennlinie b nähert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Radialkolbenpumpe mit in einem Gehäuse sternförmig etwa tn einer Ebene angeordneten Zylindern und durch eine Exzenterwelle betätigte, federbelastete Kolben, bei welcher das Pumpmediuin über eine am Umfang des Exzenters angeordnete Nut angesaugt, durch die hohlen Kolben gepumpt und über mindestens ein Rückschlagventil im Gehäuse weitergefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (2) am Umfang des Exzenters (1) etwa im Bereich des unteren Totpunktes angeordnet ist.

2. Radialkolbenpumpe nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nut (2) vom unteren Totpunkt des Exzenters (1) ausgehend, in beiden Richtungen gleich weit erstreckt.

3. Radialkolbenpumpe nach dem Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nut vom unteren Totpunkt des Exzenters (1) ausgehend, in beiden Richtungen ungleich weit erstreckt.

4. Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund von einer Geraden gebildet wtrd.

5. Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund aus mehreren Teilgeraden zusammengesetzt ist.

6. Radialko.^enpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutgrund gewölbt ausgeführt ist, mit eine.ri Radius, welcher größer ist als der Radius des Txzenters.

7. Radialkolbenpumpe nach den Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge, Tiefe und Breite der Nut (2) im Exzenter (1) in Verbindung mit den Steuerzeiten den Verlauf der Fördermenge in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl bestimmen.