DE3121530C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit zumindest einem Kugelkolben, insbesondere Kugelkolbenpumpe, deren an einem äußeren Hubring oder Stator abrollbare Kugeln mit jeweils einer zylindrischen Hülse drehbar verbunden sind, die dichtend in einer Radialbohrung eines auf einem feststehenden, mit Zu- und Abflußkanälen versehenen Steuerzapfen drehbaren Rotors gleitet.

Aus FR-PS 4 68 229 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt, bei der eine Kolbenhülse über eine Kugel in radialer Richtung geführt ist. Um für eine Anlage der Hülse an der Kugel zu sorgen, ist die Hülse über eine Feder in Richtung der Kugel vorgespannt. Die Kugel kommt dabei nicht in Kontakt mit der Zylinderbohrung der Pumpe und trägt somit zu dem Förder- und Dichtverhalten der Pumpe nicht bei. Die Kolbenhülse besitzt an ihrem radial inneren Ende eine ringförmige umlaufende Dichtlippe, die bei erhöhtem Pumpendruck zur Dichtwirkung des Zylinderkolbens beiträgt.

Aus der FR-OS 23 68 619 ist eine Radialkolbenmaschine der vorgenannten Art bekannt, wobei zwischen Kugel und Zylinderwand des Rotors am radial äußeren Ende der zylindrischen Hülse Dichtringe vorgesehen sind, die eine flächige Abdichtung zwischen den Abdichtungsteilen einrichten. Bei höheren Betriebsdrücken und/oder geringeren Viskositäten des Betriebsmediums ist eine einwandfreie Abdichtung am radial äußeren Ende der Hülse nicht mehr gegeben.

Die Erfindung geht daher aus von einer Radialkolbenmaschine der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Radialkolbenmaschine der eingangs genannten Art, bei der mit Hilfe einfacher baulicher Mittel selbst bei höheren Betriebsdrücken und/oder geringen Viskositäten des Betriebsmediums eine gute Abdichtung zwischen Hülse bzw. Kugelkolben und der zugehörigen Zylinderwand im Rotor gegeben ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, zum einen die Kugel selbst zur Verdichtung des Druckmittels direkt beitragen zu lassen und zum anderen, den durch die Kombination aus Hülse und Kugel gebildeten Druck zur zusätzlichen Abdichtung des aus zwei Elementen gebildeten Kolbens, die Spreizwirkung der Kugel auf der Hülse zu Dichtzwecken auszunutzen.

Im Betrieb sorgt vornehmlich die Kugel durch Spreiz- oder Keilwirkung für eine erhöhte Anlage der elastischen Umfangsdichtlippe an der zugehörigen Zylinderwand im Rotor. Dadurch wird die Anpreßkraft der Dichtlippe bei vorgegebenem Betriebsdruck und mithin die Dichtwirkung an der zugehörigen Zylinderwand erhöht. Entsprechend wird bei höheren Betriebsdrücken die Anpreßkraft bzw. Dichtwirkung weiter erhöht, und es können Betriebsmedien mit geringer Viskosität verwendet werden. Im Gegensatz zur vorgenannten bekannten Radialkolbenmaschine ist also an radial äußerer Stelle der Hülse bzw. des Kugelkolbens keine Flächenabdichtung, sondern eine elastische Linienabdichtung eingerichtet. Damit kann die eigentliche zylindrische Hülse bzw. der Kugelkolben mit großer Toleranz im Außendurchmesser hergestellt werden, ohne die Abdichtwirkung zu beeinträchtigen. Da die Abdichtwirkung sich mit zunehmendem Druck auf der Druckseite der Maschine erhöht, eignet sich die Radialkolbenmaschine besonders für hochdruckfähige Pumpen. Die Hülse ist zweckmäßigerweise aus Kunststoff gefertigt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß zwischen Hülse und Dichtlippe eine äußere Umfangseinkerbung vorgesehen ist. Dadurch wird die Elastizität der Dichtlippe erhöht.

Im nichtmontierten Zustand der Anordnung ist der Dichtlippendurchmesser zweckmäßigerweise größer als der Außendurchmesser der zylindrischen Hülse, wobei nach einem Einbau die Dichtlippe abdichtend an der radialen Rotorbohrung anliegt, selbst wenn kein Druck auf der Druckseite der Maschine vorhanden ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, Hülse und Dichtlippe aus gleichem Material und einstückig auszubilden. Damit ist eine einfache Fertigung des Dicht-Kolben-Elements möglich.

Insbesondere besitzt das Hülsen- und Dichtlippenmaterial einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer ist als der des Rotors. Dadurch wird bei höheren Betriebstemperaturen der Spalt zwischen Hülse und Rotor verringert, so daß auch dann der (volumetrische) Wirkungsgrad verbessert wird, wenn das Betriebsmedium eine geringe Viskosität aufweist.

Vorteilhafterweise weist die axialsymmetrische Hülse einen mittigen Axialdurchgang auf. Dadurch wird im Betrieb die Kugel direkt durch Hydraulikdruck beaufschlagt und an den äußeren Hubring bzw. Stator gepreßt. Dadurch werden die Reibungsverluste zwischen Kugel und Dichtlippe verringert, die in einem Gleiteingriff stehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird je nach Druckhöhe die Dichtlippe entsprechend der gewählten Flächendifferenz (D₁²-D₄²) π/4 von der Kugel an die radiale Rotorbohrung angedrückt, wenn D₁ den Rotorbohrungsdurchmesser und D₄ den wirksamen Dichtdurchmesser (Berührungskreis zwischen Kugel und Dichtlippe) bezeichnen.

Einfache Ausführungsformen der Erfindung sehen ein Kugelelement eines Kolbens vor, das nicht in einem Paßsitz zur Radialbohrung des Rotors steht, weil eine gut eingepaßte Kugel mit geringem Laufspiel infolge der Ausbildung des zwischengeordneten, die Abdichtung übernehmenden Dicht-Hülsen-Elements in vielen Anwendungsfällen nicht erforderlich ist. Bei einer besonderen Ausführungsform ist jedoch ein Paßsitz der Kugel in der Radialbohrung des Rotors vorgesehen, wobei der Außendurchmesser der Hülse im wesentlichen gleich dem Kugeldurchmesser ist. In diesem Fall wird eine zusätzliche Abdichtung zwischen Kugel und Rotor geschaffen, wenn die Kugel in der Radialbohrung des Rotors aufgenommen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Kugelkolbenpumpe mit der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Pumpe nach Fig. 1 im Bereich der Achse des Kugelkolbens, und

Fig. 3 eine Einzelheit der Pumpe nach den Fig. 1 und 2 in einem größeren Maßstab bei schematischer Darstellung.

Die Kugelkolbenpumpe gemäß Zeichnung umfaßt ein auf der einen Stirnseite geschlossenes topfartiges Gehäuse 18 mit einem Sauganschluß und einem Druckanschluß 17 auf dem Gehäuseumfang.

Im Innern des Gehäuses 18 befindet sich eine Rotor-Stator-Einheit, die über elastische abdichtende Stützkörper 5 in Form von O-Ringen am Gehäuse abgestützt ist, um einen geräuscharmen Betrieb der Pumpe zu ermöglichen. Die Rotor-Stator-Einheit wird neben den elastischen Stützkörpern 5 in einer drehfesten Lage bezüglich des Gehäuses 18 durch ein Einsatzstück 15 gehalten, das im Druckanschluß zwischen Gehäuse und Stator 4 eingesetzt ist, wobei zwischen Einsatzstück 15 und Stator 4 keine metallische Berührung stattfindet, vielmehr zwischengeordnete weitere elastische Stützkörper mit Abdichtwirkung vorgesehen sind.

Die Rotor-Stator-Einheit besteht im wesentlichen aus einem äußeren Stator 4 und einem inneren Rotor 1, der drehbar auf dem einen (gemäß Fig. 1 rechten) Ende eines zentralen Steuerzapfens 8 sitzt, welcher in einer Innenbohrung des Stators 4 aufgenommen ist und einen Zuflußkanal 12 sowie einen Abflußkanal 13 zum bzw. vom Rotorinneren besitzt.

Der Rotor 1 ist mit seiner einen Stirnwand über eine axial- und drehelastische Federkupplung 2 mit dem einen Ende einer Anschlußwelle 22 eines Elektromotors 19 verbunden, wobei die Anschlußwelle in koaxialer Verlängerung des Rotors 1 liegt.

Im Inneren des Rotors 1 ist eine durchgehende Radialbohrung ausgebildet, in der diametral entgegengesetzte, radialverschiebliche Kugelkolben 11 angeordnet sind, deren äußere Kugeln 9 an einem exzentrischen Hubring 10 abrollen, der am äußeren Stator 4 verschiebbar gelagert ist.

Im Betrieb der Kugelkolbenpumpe wird Hydraulikmedium bei einer Drehung des Rotors 1 durch den Sauganschluß 16 auf der Saugseite 7 der Pumpe angesaugt, längs des Umfangsraums 21 der Fig. 2 verdichtet und auf der Druckseite 6 der Pumpe über eine Längsbohrung 23 des Stators 4, eine Kammer 24, den Zuflußkanal 12 dem Saugraum 25 auf der radial inneren Seite des Kugelkolbens 11 zugeführt und nach einer weiteren Halbdrehung des Rotors 1 über den Druckraum 26, den Abflußkanal 13 des Steuerzapfens 8 und den Druckanschluß 17 der Pumpe abgeleitet. Hierbei werden die Kugelkolben 11 durch Fliehkraft und den Arbeitsdruck nach außen an den Hubring gedrängt. Im Betrieb der Anordnung wird der Rotor in Axialrichtung durch den erzeugten Pumpendruck in der Kammer 6, 6a gegen die Federkupplung 2 der Anschlußwelle 22 gedrängt, wobei die Einheit in einer axialzentrierten berührungsfreien Lage zum Gehäuse gehalten wird.

In der Radialbohrung des Rotors 1 ist ein Kugelkolben 11 angeordnet, der in größerem Maßstab in Fig. 3 schematisch gezeigt ist.

Der Kugelkolben 11 besteht aus einer äußeren Kugel 9 und einer inneren axialsymmetrischen Hülse 3 mit einem zentralen Axialdurchgang 14.

Das radial äußere Ende der Hülse 3 nimmt pfannenartig die Kugel 9 längs eines mittleren Kugeldurchmessers D₄ auf und ist als einstückige elastische Dichtlippe 20 ausgebildet, während das radial innere Umfangsende der Hülse einen Teil des Druckraums 25 begrenzt.

Der Durchmesser D₁ der Radialbohrung ist geringfügig größer als der Außendurchmesser D₃ der Hülse 3, so daß der Außenmantel der Hülse außerhalb des Bereichs der Dichtlippe 20 eine Spaltabdichtung zum Rotor 1 schafft und dennoch der zylindrische Teil der Hülse mit großer Toleranz gefertigt werden kann.

Der Kugeldurchmesser D₂ entspricht in etwa dem Außendurchmesser D₃ der Hülse.

Im Betrieb der Kugelkolbenpumpe steht der Druckraum 25 unter Hydraulikdruck. Bei geringen Drücken und/oder hohen Viskositäten (niedrige Temperaturen) genügt primär die Dichtwirkung zwischen der Dichtlippe 20 und der Kugelkolbenbohrung D₁. Bei höheren Drücken wird die elastische Dichtlippe 20 gegen die Kugel 9 gepreßt und mit erhöhter Dichtkraft zur Rotorbohrung auseinandergespreizt. Die Spreizwirkung wird bei schnellaufenden Rotoren durch die Fliehkraft unterstützt.

Claims (7)

1. Radialkolbenmaschine mit zumindest einem Kugelkolben, insbesondere Kugelkolbenpumpe, deren an einem äußeren Hubring oder Stator abrollbare Kugeln mit jeweils einer zylindrischen Hülse drehbar verbunden sind, die dichtend in einer Radialbohrung eines auf einem feststehenden, mit Zu- und Abflußkanälen versehenen Steuerzapfen drehbaren Rotors gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere mit der Kugel (9) drehbar verbundene Ende der Hülse (3) eine Umfangsdichtlippe (20) aufweist, die die in einer Radialbohrung geführte Kugel (9) spreizsitzartig aufnimmt und der Außendurchmesser (D₃) der Hülse im wesentlichen dem Kugeldurchmesser (D₂) entspricht.

2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialbohrung eine absatzlose Durchgangsbohrung ist.

3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axialsymmetrische Hülse (3) einen mittigen Axialdurchgang (14) aufweist.

4. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Hülse (3) und Dichtlippe (20) eine äußere Umfangseinkerbung (30) vorgesehen ist.

5. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht montierten Zustand der Anordnung der Dichtlippendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser (D₃) der zylindrischen Hülse (3).

6. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Hülse (3) und Dichtlippe (20) aus gleichem Material und einstückig ausgebildet sind.

7. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsen- und Dichtlippenmaterial einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der des Rotors.