DE2709174A1

DE2709174A1 - Verdraengermaschine (pumpe oder motor)

Info

Publication number: DE2709174A1
Application number: DE19772709174
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing Grad Ruoff
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1978-09-07
Also published as: US4160628A

Description

R. 3 7 T

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Stand der Technik

Derartige bekannte Verdrängermaschinen, z. B. Kolben oder Flügelzellenpumpen, benötigen eine sehr große Zahl von Einzelteilen, wodurch sie nicht nur teuer, sondern auch voluminös bauen. Auch die einfachen Zahnradpumpen sind, wenn sie hohe Drücke erbringen sollen, immer noch recht aufwendig durch umfangreiche Dichtungsmaßnahmen an den Zahnradseitenflächen. Selbst dann ist ihr Wirkungsgrad nicht immer befriedigend und der Bauaufwand bei Hochdruckzahnradpumpen recht groß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie sehr einfach und sehr klein baut und für hohe Drücke geeignet ist. Durch ihre unkomplizierte und gewichtssparende Bauart ist sie besonders gut für den Einbau in Hydraulikanlagen von Kraftfahrzeugen und Plugzeugen geeignet.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform mit zwei oder vier Verdrängerelementen ist sie druckausgeglichen und erzeugt nur geringe Porderstrompulsation.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert

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R. -.ι 7

Es zeigen Figur 1 eine Draufsicht auf eine Pumpe bei abgenommenem Gehäusedeckel, Figur 2 einen Längsschnitt durch die Pumpe, Figur 3 eine Ansicht der Pumpe eines zweiten Ausführungsbeispiels, ebenfalls ohne Gehäusedeckel, Figur Ί einen Längsschnitt durch die Pumpe nach Figur 3, Figuren 5 bis 8 verschiedene Ausführungsformen des Verdrängerelements, Figur 9 einen Teilschnitt durch eine Pumpe.

Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine ist im folgenden als Pumpe beschrieben. Sie hat ein Gehäusemittelteil 10, das beidseitig durch Deckel 11, 12 verschlossen ist. Im Gehäusemittelteil ist ein längliche Ausnehmung 13 ausgebildet, deren parallel verlaufenden Längsseiten durch tangierende Radien 13'» 13" verbunden sind.

Der Deckel 11 ist an einem Motorteil Ik angeflanscht, das z. B. das Schleifringlager eines Drehstromgenerators sein kann. In diesem befindet sich ein Kugellager 15, in welchem eine Antriebswelle 16 gelagert ist. Diese hat einen exzentrischen Zapfen 17, welcher in eine Buchse 18 taucht, die in der Bohrung 19 eines scheibenförmigen runden Kolbens 20 angeordnet ist, welcher das Verdrängerelement der Pumpe bildet. Die Bohrung 19 ist nahe am Außenrand des Kolbens 20, d. h. stark exzentrisch angeordnet.

Der Durchmesser des Kolbens 20 ist genauso groß wie die Breite zwischen den Längsseiten der Ausnehmung 13» d. h. er ist zwischen diesen mit sehr geringem Spiel angeordnet. Wenn die Antriebswelle l6 entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, wird durch die exzentrische Anordnung der Bohrung 19 der Kolben 20 in eine translatorische Bewegung und in eine teilweise Rotations-

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bewegung versetzt, d. h. er bewegt sich entlang den Längsseiten yom Radius 13' zum Radius 13" hin. Deren entfernteste Punkte bilden den oberen und unteren Totpunkt.

An der dem Deckel 12 zugewandten Flachseite des Kolbens 20 sind zwei flache Ausnehmungen 21, 22 ausgebildet. Die Ausnehmung ist linsenförmig ausgebildet und wesentlich kleiner als die Ausnehmung 21. Ihre obere Begrenzung mit dem Außenumfang des Kolbens bildet eine Steuerkante 23. Die Ausnehmung 22 ist stets der linken geraden Wand der Ausnehmung 13 zugewandt.

Die Ausnehmung 21 ist etwa um einen Winkel von 120 bis 130° gegenüber der Ausnehmung 22 abgewandt und bewegt sich am rechten Teil der bogenförmigen Wand 13' der Ausnehmung 13. Die Ausnehmung 21 hat etwa die Form eines Dreiecks mit Radius an der Basis und mit einer Steuerkante 2¹J an der linken Seite, welche der Ausnehmung 22 zugewandt ist.

Der Kolben 20 unterteilt die Ausnehmung 13 in einen Saugraum 25» der bezogen auf die Figur 1 unten liegt, d. h. dem Radius jj.3" zugewandt ist und einen Raum 26, der gegenüberliegt. In den Saugraum. 25 mündet eine Bohrung 27, die über eine nicht dargestellte Leitung mit einem Druckmittelbehälter verbunden ist. In den Druckraum 26 mündet eine Bohrung 28, die über eine Anschlußbohrung 29 und eine nicht dargestellte Rohrleitung Verbindung zu einem Verbraucher hat.

Wie die Figur 2 zeigt, erstreckt sich die Tiefe der Ausnehmung 21 über etwa zwei Drittel der Dicke des Kolbens 20. Das selbe gilt für die Ausnehmung 22.

Der Deckel 11 ist gegenüber dem Motorteil 14 durch ein Zwi schenstück 30 zentriert, das sich in einer von den beiden

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Teilen gebildeten Bohrung 31 befindet. Am Zwischenstück 30 sind auch der Pumpe zugewandte Dichtmittel 32 angeordnet.

Wenn sich der Kolben 20 gegen den unteren Totpunkt bewegt, dann nimmt die Ausnehmung 22 eine solche Lage ein, daß Druckmittel über sie in den oberen Raum 26 strömen kann. Bewegt sich der Kolben 20 nach oben, so unterbricht die Steuerkante 23 an der Ausnehmung 22 die Verbindung vom Raum 25 zum Raum 26,und das dort befindliche Druckmittel wird verdichtet, da der Raum kleiner wird, und Druckmittel wird über die Ausnehmung 21 in die Bohrung 28 verdrängt. Die Verbindung vom Druckraum 26 und der Ausnehmung 21 zur Bohrung 28 wird durch die Steuerkante 24 an der Ausnehmung 21 hergestellt. Wenn diese durch die Teildrehung des Kolbens 20 in den Bereich der Bohrung 28 gelangt ist, beginnt der Ausschubvorgang von Druckmittel zum Verbraucher. Gleichzeitig wird Druckmittel in den sich nun vergrößernden Raum 25 angesaugt.

Die Auslaßsteuerung kann auch über ein Rückschlagventil 35 erfolgen, das an einer Auslaßbohrung 36 angeordnet ist, wie in Figur 9 dargestellt. Je nach gewünschtem dynamischen Verhalten durch mehr oder weniger große Teilöffnung über die Ausnehmung 22 ist sowohl eine Wahl des Schließ- wie des öffnungswinkels möglich.

Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 1 und 2 dadurch, daß hier anstatt eines einzigen Kolbens zwei Kolben 40, 4l vorgesehen sind, die in derselben Ebene liegen und wieder in einer ähnlichen Gehäuseausnehmung 42 gleitend geführt sind, welche der Ausnehmung 13 gleicht, nur jetzt etwas länger ausgebildet ist. Die Antriebswelle - nunmehr mit 43 bezeichnet - ist unmittelbar im Gehäusedeckel 44 gelagert. Der Exzenterzapfen

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45 greift in Bohrungen 46, 47 an den Kolben 40, 4l, wobei an den Kolben flache Ausnehmungen 40', 4l' ausgebildet sind, wo sie sich berühren. Damit liegen wieder beide Kolben in derselben Ebene. Alle anderen Teile entsprechen dem zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel, so daß sie der einfachheithalber keine neuen Bezugszahlen erhalten.

Die Punktionsweise ist ebenfalls leicht verständlich; die Kolben 40, 4l arbeiten nun in entgegengesetzten Richtungen, was den Vorteil hat, daß die Pumpe stets völlig druckausgeglichen ist. Das kommt daher, daß sich die Druckräume 49, 50 gegenüber liegen, während die Saugräume 51, 52 in der Mitte der langen Seite der Ausnehmung 42 angeordnet sind.

Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 5 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Verdrängerelemente und der zugehörigen Ausnehmungen. Im Ausführungsbeispiel nach der Figur 5 ist lediglich der Steuerkanal von der Saugseite zur Druckseite anders ausgebildet, nämlich bogenförmig; er trägt die Bezeichnung 55· Da die Auslaßsteuerung über das Rückschlagventil 35 erfolgt, ist keine der Ausnehmung 21 nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ähnliche Ausnehmung notwendig. Man benötigt lediglich eine Verbindung von der Saugseite zur Druckseite. Dasselbe gilt auch für die anderen Ausführungsbeispiel nach Figur 6, 7 und 8.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 bildet der Kolben keine volle Scheibe, sondern eine nur teilweise kreisrunde Scheibe, deren Oberteil abgeschnitten ist, und zwar über dem halben Durchmesser, so daß bei verschiedenen Winkellagen des Kolbens stets die Saugseite von der Druckseite getrennt ist. Durch die abgeflachte Kante 56 ergibt sich, daß auch der Druckraum 57 abgeflacht ist und im oberen Totpunkt parallel zur Flachseite

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56 des Kolbens verläuft. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 ist der Kolben 59 durch Ausnehmungen 60 im Gewicht reduziert, der Verbindungskanal 6l der Saugscite weist wiederum eine etwas geänderte Form gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 6 auf.

Der Kolben nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 ist wiederum rund ausgebildet und zeigt eine ähnliche Saugseitenver bindung wie das Ausführungsbeispiel nach der Figur 7. Die Wirkungsweise ist in allen diesen Fällen wie zuvor beschrieben.

Die Pumpe nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 und h hat noch den Vorteil, daß ein gleichförmiger Förderstrom erzeugt wird. Es ist auch möglich, vier, sechs oder acht Scheibenkol ben in dieser Form anzuordnen, wodurch die Förderströme vergrößert werden. In diesem Fall wäre eine Kurbewelle und entsprechende Durchlässe an den scheibenförmigen Kolben nötig. Es ist auch möglich, die Ausnehmungen 21, 22 nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 als vollständige Durchbrüche auszubilden, d. h. nicht als flache Ausnehmungen.

Durch die mit der Pumpe erzielte Zwangssteuerung ergibt sich eine bedeutende Vereinfachung der Pumpensteuerung. Dadurch wird auch eine Förderung bei hohen Drehzahlen möglich. Volumenvarianten sind ganz einfach dadurch realisierbar, daß die Breite der Kolben verändert wird. Dadurch wird die Pumpe in ihrem Durchmesser nicht vergrößert, sondern lediglich etwas dicker. Für die Herstellung können einfache Teile verwendet werden, z. B. für den Kolben Abschnitte einer Stange. Der Bewegungsablauf des Kolbens ist völlig unabhängig von der Drehzahl, wodurch der Lauf der Pumpe vergleichsweise ruhig wird.

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Claims

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11.2.1977 Wd/Ht

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

Verdrängermaschine (Pumpe oder Motor) mit mindestens einem von einem Exzenter angetriebenen, eine Translationsbewegung ausführenden Verdrängerelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängerelernent als flache, mindestens etwas mehr als halbkreisförmige Scheibe ausgebildet ist, das in einer den Saug- und Druckraum (25» 26) bildenden länglichen Ausnehmung (13) des Pumpengehäuses dichtend geführt ist, deren Breite dem Durchmesser des Verdrängerelements entspricht, das neben der translatorischen Bewegung gleichzeitig eine Teilrotationsbewegung ausführt, und daß am Verdrängerelement selbst mindestens eine als Einlaßkanal dienende Ausnehmung (22) ausgebildet ist, die eine Druckmittelsteuerung vom Saug- zum Druckraum bildet und eine Steuerkante (23) aufweist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Verdrängerelement (20) eine zweite, als Auslaßkanal dienende Ausnehmung (21) ausgebildet ist, welche als Steuerung vom Druckraum (26) zur Auslaßbohrung (28, 29) dient und hierzu eine Steuerkante (2*0 hat.

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3. Maschine nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängerelement als runde Scheibe ausgebildet ist, mit zwei zueinander parallel verlaufenden Plachseiten, daß es eine außermittige Bohrung (19) hat, in der ein Exzenterzapfen (17) einer Antriebswelle (11) gleitend gelagert ist und daß der Einlaßkanal (22) als etwa linsenförmige Ausnehmung ausgebildet ist, der Auslaßkanal (21) als etwa dreieckförmige Ausnehmung mit gerundetem Basiswinkel.

ή. Maschine nach einem der Ansrpüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Exzenterzapfen (45) zwei scheibenförmige Verdrängerelemente (40, 41) angetrieben sind, die in derselben Ebene liegen und in derselben Ausnehmung in entgegengesetzten Teilrotationsrichtungen sich bewegen.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (55) als bogenförmige Nut oder als winkelige Nut ausgebildet ist.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß- und Auslaßkanal (21, 22) als flache Ausnehmungen in einer Seitenwand des Verdrängerelements ausgebildet sind.

7· Maschine nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Auslaßkanal als durchgehende Ausnehmungen am Verdrängerelemt ausgebildet sind.

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8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Druckmittelauslaß (36) ein Rückschlagventil (35) angeordnet ist und daß in diesem Fall am Verdrängerelement kein Auslaßkanal ausgebildet ist.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und Auslaßkanal (21, 22) etwa unter einem Winkel von 130 ° zueinander angeordnet sind und an derselben Flachseite des Verdrängerelements ausgebildet sind.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die längliche Ausnehmung (13) in Radien (13', 13") endet, die etwa dem Durchmesser des Verdrängerelements entsprechen.

11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die am Druckraum liegende Endkante der Ausnehmung eine Gerade bildet und daß auch die dem Druckraum zugewandte Seite des Verdrängerelements abgeflacht ist und im oberen Totpunkt parallel zur flachen Seite des Druckraums verläuft.

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