DE3121531A1

DE3121531A1 - Radialkolbenmaschine, insbesondere kugelkolbenpumpe

Info

Publication number: DE3121531A1
Application number: DE19813121531
Authority: DE
Inventors: L. 6000 Frankfurt Budecker; J. Dipl.-Ing. 6050 Offenbach Burgdorf
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE3121531C2

Description

Radialkolbenmaschine, insbesondere Kugelkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit zumindest einem Kugelkolben, insbesondere Kugelkolbenpumpe, deren an einem äußeren Hubring oder Stator abrollbare Kugeln mit einer zylindrischen Hülse drehbar verbunden sind, die dicht in einer Radialbohrung eines auf einem feststehenden, mit Zu- und Abflußkanälen versehenen Steuerzapfen drehbaren Rotors gleitet.
Eine Kugelkolbenmaschine der vorgenannten Bauart ist aus DE-OS 29 08 096 bekannt. Die in einem Paßsitz zur Rotorradialbohrung stehende verschiebliche zylindrische Hülse mit innerem Axialdurchgang zur Kugel bewirkt eine Flächenabdichtung zwischen Rotor und Hülse und übergreift die Kugel in einer Weise, daß zwischen dieser und Hülse ebenfalls eine Flächenabdichtung gebildet ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß nach einem Zusammenbau die Kugel fest mit der Hülse verbunden und demzufolge ein eventueller Austausch nur der Gesamteinheit möglich ist. Die Hülse besteht aus einem dünnwandigen Rohrmaterial vergleichsweise geringer Masse. Im Betrieb der Kugelkolbenmaschine wird die Kugel aufgrund ihrer Fliehkraft und der radial inneren Hydraulikkraft des Aufladedrucks radial nach außen in abdichtender Weise gegen den äußeren Hubring oder Stator gedrängt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kugelkolbenmaschine einfachen Aufbaus mit gutem Wirkungsgrad.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß die zylindrische Hülse die radial äußere Kugel nicht übergreift, großvolumig und aus einem Material großen spezifischen Gewichts gebildet ist. Kugel und Hülse sind lose miteinander verbunden und können deshalb separat ausgetauscht werden.
Durch die große Fliehkraft der massigen Hülse wird erreicht, daß Kugel und Hülse im Betrieb stets aneinander und am Hubring anliegen.
Zwischen Kugel und Hülse besteht im wesentlichen Linienabdichtung, wobei die wirksame Abdichtungskraft zwischen Hülse und Kugel durch den inneren Arbeitsdruck sowie durch die vergleichsweise große Fliehkraft der massigen Hülse aufgebracht wird. Entsprechend groß ist die Anpresskraft zwischen Kugel und äußerem Hubring bzw. Stator. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die einfache Fertigung der massigen Hülse, die dennoch mit großer Paßgenauigkeit eines Außenmantels hergestellt werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Hülse aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszubilden, der größer ist als der des die Hülse umschliessenden Rotors. Bei entsprechender Paßgenauigkeit mit Ausdehnungsmöglichkeit der Hülse wird bei hoher Betriebstemperatur und entsprechend geringerer Viskosität des Betriebsmediums größere Dichtheit in der Flächenabdichtung zwischen Hülse und Rotor sichergestellt und der Wirkungsgrad verbessert.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der zylindrische Außenmantel der Hülse über die gesamte Axiallänge der Hülse vorgesehen. Damit wird die Flächen- oder Spaltabdichtung zwischen Hülse und Rotor verbessert und insbesondere die Führung der Hülse in der Rotorbohrung.
Im Betrieb ergibt sich eine große Überdeckungslänge.
Die Flächenabdichtung zwischen Hülse und Rotor wird in der Dichtheit unterstützt, wenn der Außendurchmesser der Hülse im wesentlichen gleich dem Kugeldurchmesser ist und die Kugel sich in der Rotorbohrung befindet.
Insbesondere ist am radial äußeren Ende der Hülse ein ringförmiger Gleitkörper aus einem Material mit einem geringen Reibwert angeordnet, der mit der Kugel in einem Abdichtungseingriff steht. Dadurch kann auf einfache Weise das Abrollen der Kugel auf dem Hubring sichergestellt werden, wenn das antreibende Moment (Reibung am Hubring) größer als das Bremsmoment (Reibung der Kugel an der Rotorbohrung und an der kegeligen Mantelfäche der Hülse) ist.
Eine besonders kompakte Anordnung ergibt sich, wenn der Gleitkörper in das radial äußere Ende der Hülse integriert eingesetzt ist.
Zweckmäßigerweise ist der Gleitkörper aus einem geräuschdämmenden Material gebildet.
Eine einfache Fertigung bei guter Funktion einer Kugelkolbenmaschine ergibt sich, wenn der Gleitkörper eine Querschnittsfläche eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist, dessen Hypotenuse mit der Kugel in Eingriff steht. Die beiden Schenkel des rechtwinkligen Dreiecks können gleich lang ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; 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 nach den Fig. 1 und 2 umfaßt ein auf der einen Stirnseite geschlossenes topfartiges Gehäuse 18 mit einem Sauganschluß 16 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 Innern 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 Umfangraums 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. Die Hülse 3 ist vergleichsweise massig als Drehteil ausgebildet und weist einen zylindrischen Aussenmantel auf, der sich über die gesamte Axiallänge der Hülse erstreckt. Der zentrale Axialdurchgang 14 ist eine abgesetzte Bohrung mit vergleichsweise geringer Querschnittsfläche. Das radial äußere Ende der Hülse 3 ist innenseitig ausgespart.
Insgesamt ist die Hülse 3 vergleichsweise massig ausgebildet, so daß im Betrieb durch die Hülse 3 größere Fliehkräfte verursacht werden, die auf die äußere Kugel sowie den äusseren Hubring einwirken.
Im ausgesparten Bereich des radial äußeren Endes der Hülse 3 ist in integrierender Weise ein Gleitkörper 30 eingesetzt, der in Form eines Rings ausgebildet ist, dessen Querschnittsfläche ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck ist.
Der Gleitkörper ist im BereIch seiner Katheten abdichtend mit der Hülse 3 verbunden und besteht aus einem geräuschdänirnenden Material mit einem geringen Reibwert, z. B.
Teflon.
Im zusammengebauten Zustand der Anordnung berührt der Gleitkörper 30 die Kugel 9 im wesentlichen längs eines Teilkreises mit dem Durchmesser D4, und zwar auf der Hypotenusenseite des Gleitkörpers.
Der Außendurchmesser D3 der zylindrischen Hülse 3 läßt sich mit geringer Toleranz auf einfache Weise fertigen. Der Außendurchmesser D3 ist so getroffen, daß in jedem Betriebsfall Axialverschiebung der Hülse 3 in der Rotorbohrung mit dem Innendurchmesser D1 möglich ist.
Der Durchmesser Dz der Xugel 9 entspricht gemäß Ausführungsbeispiel dem Außendurchmesser D3 der Hülse. Da die Kugel 9 sich über ihren Großteil im Innern der Rotorbohrung befindet, wird neben der Flächenabdichtung zwischen der Hülse 3 und dem Rotor 1 eine zusätzliche Abdichtung zwischen Rotor 1 und Kugel 9 längs eines Großkreises der Kugel geschaffen.
Im Betrieb der Kugelkolbenpumpe steht der Druckraum 25 unter Hydraulikdruck' der sowohl die Hülse 3 als auch die Kugel 9 radial nach außen in abdichtender Weise gegen den äußeren Hubring 10 drängt. Bei einer Drehung des Rotors 1 unterstützt die Fliehkraft der massigen Hülse 3 die Dichtkraft zwischen Gleitteil 30 und Kugel 9. Hierbei rollt die Kugel auf dem äußeren Hubring 10 ab, während sie sie in einem Gleiteingriff zum Gleitkörper 30 steht. Die Reibungsverluste sind gering, da der Gleitkörper aus einem reibungsarmen Material besteht.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Radialkolbenmaschine mit zumindest einem Kugelkolben, insbesondere Kugelkolbenpumpe, deren an einem äußeren Hubring oder Stator abrollbare Kugeln mit einer zylindrischen Hülse drehbar verbunden sind, die dicht in einer Radialbohrung eines auf einem feststehenden, mit Zu- und Abflußkanälen versehenen Steuerzapfen drehbaren Rotors gleitet, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die zylindrische Hülse (3) die radial äußere Kugel (9) nicht übergreift, großvolumig und aus einem Material großen spezifischen Gewichts gebildet ist.
2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß die Hülse (3) aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, der größer ist als der des die Hülse (3 )umschließenden Rotors (1).
3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der zylindrische Aussenmantel der Hülse (3) über die gesamte Axiallänge der Hülse (3) ausgebildet ist.
4. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß der Außendurchmesser (D3) der Hülse (3) im wesentlichen dem Kugeldurchmesser (D2) entspricht.
5. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß am radial äußeren Ende der Hülse (3) ein ringförmiger Gleitkörper (30) aus einem Material mit einem geringen Reibwert angeordnet ist, der mit der Kugel (9) in einem Abdichtungseingriff steht.
6. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Gleitkörper (30) in das radial äußere Ende der Hülse (3) integriert eingesetzt ist.
7. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e -k e n n z e i c h ne t, daß der Gleitkörper (30) aus geräuschdämmendem Material gebildet ist.
8. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 5 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die mit der Kugel (9) in Eingriff stehende Fläche des Gleitkörpers (30) in Bezug auf die Achse der Hülse (3) eine Neigung aufweist.
9. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 5 bis 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Querschnitt des Gleitkörpers (30) ein rechtwinkliges Dreieck bildet, dessen Hypotenuse mit der Kugel in Eingriff steht.
10. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die axialsymmetrische Hülse (3) einen mittigen Axialdurchgang (14) geringer Querschnittsfläche aufweist.