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Pumpeinrichtung, insbesondere Hochdruckpumpe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpeinrichtung und insbesondere
auf eine Hochdruckpumpe mit einem in Richtung seiner Achse von einer Antriebseinrichtung
verschiebbaren Stößel, mit einer einen Arbeitsraum im Gehäuse begrenzenden und mit
Abstand zum Stößel angeordneten Membran, und mit einem zwischen der dem Arbeitsraum
abgewandten Seite der Membran und dem Stößel vorgesehenen, inkompressiblen Übertragungsmittel.
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Eine derartige Pumpeinrichtung ist aus der DE-OS 27 Ol 574 bekannt.
Bei dieser Pumpe führt ein Stößel in Form eines abgedichtet in einer Gehäusebohrung
angeordneten Hohlkolbens Hubbewegungen aus. Der Stößel begrenzt einen in dem Gehäuse
angeordneten, mit einer Hydraulikflüssigkeit als Übertragungsmittel gefüllten Druckraum,
der weiter durch eine Membran abgeschlossen ist. Bei dieser Pumpe kommt es, da die
Hydraulikflüssigkeit über den Ringspalt zwischen Hohlkolben und Gehäusebohrung aus
dem Druckraum austreten kann, zu einem Verlust an Hydraulikflüssigkeit im Druckraum.
Der Verlust aufgrund des Ringspaltes wird mit steigendem Druck und steigender Temperatur
größer. Die Pumpe weist ein Auffüllventil auf, das mit einem Vorratsbehälter für
die Hydraulikflüssigkeit verbunden ist und das einen Ausgleich des Flüssigkeitsverlustes
durch Nachfüllen aus dem Vorratsbehälter ermöglicht. Durch den Ringspalt kann in
nachteiliger
Weise auch der maximal erreichbare Pumpendruck geringer werden. Es ist deshalb bei
dieser Pumpe erforderlich, die Gehäusebohrung und den Hohlkolben mit hoher Genauigkeit
zu fertigen, um die Auswirkungen von Volumen- und Druckverlust gering zu halten.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Pumpeinrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig
herstellbar ist und die eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Übertragungsmittel
ein elastisch verformbarer Körper ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird
eine gleichmäßige Beaufschlagung der Membran sichergestellt.
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Dabei ist anstelle der Übertragung durch die Hydraulikflüssigkeit
zwischen Stößel und Membran eine Übertragung über einen elastisch verformbaren Körper
getreten. Genaue Fertigungstoleranzen für Stößel und Gehäusebohrung sind somit ebensowenig
erforderlich wie aufwendige Ventileinrichtungen zum Auffüllen des Verlustes an Übertragungsflüssigkeit
aufgrund des Ringspaltes zwischen dem Stößel und der Gehäusebohrung. Es besteht
ferner nicht die Gefahr, daß der Flüssigkeitsverlust, z.B. aufgrund eines Lecks
an anderer Stelle, so groß wird, daß er durch Nachfüllen über die Ventileinrichtung
nicht mehr ausgeglichen werden kann, was zum Versagen der Pumpeinrichtung führen
würde. Ferner braucht der Stößel während des Rückhubes nicht mit der Antriebseinheit
verbunden zu sein, da eine Rückbewegung in einfacher Weise durch die elastische
Rückverformung des Körpers bewirkt werden kann.
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Der Einsatz eines elastisch verformbaren Körpers mit örtlich unterschiedlichen
Verformungseigenschaften ist besonders vorteilhaft, da so bestimmte Bereiche der
Membran mit unterschiedlicher Kraft beaufschlagt werden können.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Körper mit einer
Stirnfläche, die bezüglich ihrer Abmessungen der dem Arbeitsraum zugewandten Membranfläche
entspricht, an der Membran und mit der anderen' Stirnfläche, die bezüglich ihrer
Abmessungen der Stirnfläche des Stößels entspricht, an dem Stößel anliegt.
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Weiter ist vorgesehen, daß die Membran fest im Gehäuse eingespannt
ist und einen Ringwulst als Ausgleichseinrichtung für die elastische Verformung
aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Membranfläche
größer als die Stirnfläche des Stößels.
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Der Körper weist fertigungstechnisch besonders günstig im wesentlichen
die Form eines Kegelstumpfes auf; dies gilt insbesondere für eine Weiterbildung,
bei der der Körper rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
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Weiter ist vorgesehen, daß der Körper mit seiner Mantelfläche an der
Wandung eines zu ihm komplementär geformten Gehäuseabschnitts anliegt.
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Eine besonders einfache Pumpeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
weist eine Antriebseinrichtung mit einer mit einer Stirnfläche am Gehäuse abgestützten
Drehscheibe auf, deren andere Stirnfläche, an der der Stößel anliegt, im Winkel
zur Drehachse angeordnet ist.
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Dabei läßt sich die Druckmittelversorgung des Arbeitsraumes dadurch
vereinfachen, daß an der dem Gehäuse zugewandten Stirnfläche der Drehscheibe eine
Steuernut ausgebildet ist, über die der Arbeitsraum über in der Abstützfläche am
Gehäuse vorgesehene Druckmittelöffnungen mit einer Eingangsöffnung oder einer Ausgangsöffnung
in der Abstützfläche am Gehäuse verbindbar ist. Die obige Steuerung mittels einer
Steuernut ist besonders geräuscharm. Die Spaltverluste zwischen Drehscheibe und
Abstützfläche am Gehäuse werden durch Abstützung der Reaktionskraft des Stößels
auf der Drehscheibe gering gehalten. Da alle Bauteile mit dem Fördermedium in Berührung
kommen, braucht bei einem hydraulischen Fördermedium keine separate Schmierölversorgung
vorgesehen werden.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Pumpeinrichtung, Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Pumpeinrichtung,
Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung der Lage der
Druckmittelversorgungsanschlüsse der Pumpeinrichtung nach Fig. 2.
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In dem Gehäuse 1 einer als Hochdruckpumpe ausgebildeten Pumpeinrichtung
sind eine Drehscheibe 2, die mit einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung
verbunden ist, ein Stößel 3, ein Übertragungsmittel in Form eines inkompressiblen,
elastisch verformbaren Körpers 4, sowie eine Membran 5, die einen Arbeitsraum 9
abschließt, angeordnet.
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Die Drehachse 2 weist eine erste Stirnfläche 10 auf, die unter einem
Winkel zur Drehachse angeordnet ist und auf der der Stößel 3 abgestützt ist. Die
Drehscheibe 2 ist ihrerseits mit der zweiten Stirnfläche an einer Abstützfläche
8 des Gehäuses 1 abgestützt. Ein Fortsatz der Drehscheibe 2 ragt aus dem Gehäuse
heraus und ist mit einem Motor verbunden. Der Stößel 3 wird bei Drehung der Drehscheibe
2 in Achsrichtung hin- und herbewegt; der nach der Darstellung in Fig. 1 aufwärts
gerichtete Hub entspricht dem Druckhub, der abwärts gerichtete Hub entspricht dem
Saughub der Pumpe.
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Der Stößel 3 ist in einem ersten zylindrischen Abschnitt einer Gehäusebohrung
gleitbeweglich geführt. Die Gehäusebohrung vergrößert sich in einem konischen Abschnitt,
an dessen Ende ein zweiter zylindrischer Abschnitt angeordnet ist. In seiner tiefsten
Stellung befindet der Stößel 3 sich vollständig in dem ersten zylindrischen Abschnitt.
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Die Membran 5 begrenzt den durch den zweiten zylindrischen Abschnitt
der Gehäusebohrung gebildeten Arbeitsraum 9, der über ein federnd vorgespanntes
Rückschlagventil 6 während des Saughubes der Pumpe mit einer Einlaßöffnung und über
ein federnd vorgespanntes Rückschlagventil 7 während des Druckhubes mit einer Ausgangsöffnung
für das vorzugsweise hydraulische Fördermedium in Verbindung steht. Die Membran
5 ist am Übergang vom konischen in den zweiten zylindrischen Abschnitt der Gehäusebohrung
angeordnet. Die Membran 5 ist als Kreisscheibe ausgebildet und mit dem Rand im Gehäuse
1 eingespannt. Die Membran 5 weist auf der dem Arbeitsraum 9 abgewandten Seite eine
ringförmige Einprägung und auf der den Arbeitsraum 9 begrenzenden Seite eine durch
die Einprägung verursachte ringförmige Erhebung auf; die Einprägung hat im Querschnitt
Kreisabschnittsform. Die Einprägung dient dem Dehnungsausgleich bei Beaufschlagung
der Membran 5 durch den Stößel 3 bzw. den inkompressiblen, elastischen Körper 4.
Die Membran 5 ist so ausgebildet, daß sie sich federnd in die im wesentlichen ebene
Ausgangslage zurückstellt.
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Zwischen der Membran 5 und dem Stößel 3 ist der elastische, inkompressible
Körper 4 angeordnet, der im wesentlichen als kegelstumpfförmiger Rotationskörper
geformt ist. Bei dem in seiner tiefsten Stellung befindlichen Stößel 3 sind die
Grundfläche, d.h. die rechtwinklig zur Rotationsachse angeordnete Fläche größeren
Durchmessers, und die Deckfläche des kegelstumpf förmige Rotationskörpers im wesentlichen
eben und
der Rotationskörper liegt mit der Mantelfläche an der
Innenwandung des konischen Abschnitts der Gehäusebohrung an; aus der Ebene der Grundfläche
ragt ein Ringwulst heraus, der der entsprechenden Einprägung an der Membran 5 zugeordnet
ist.
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Bei einer Aufwärtsbewegung des Stößels 3 aufgrund einer Drehbewegung
der Drehscheibe 2 drückt der Stößel 3 auf den inkompessiblen, elastischen Körper
4, der den Zwischenraum zwischen Stößelstirnfläche und Membran 5 vollständig ausfüllt.
Der Körper 4 verformt sich elastisch und bewegt die Membran 5 in den Arbeitsraum
9 hinein, so daß die Druckphase der Pumpe durchlaufen wird.
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Bei der Abwärtsbewegung des Stößels 3 in der Saugphase der Pumpe erfolgt
eine elastische Rückstellung des Körpers 4 und der Membran 5, wobei die Anlage des
Stößels 3 an der Drehscheibe 2 durch diese Rückstellbewegungen unterstützt wird.
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Der Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Hochdruckpumpe entspricht bis
auf die Ventilanordnung dem der in Fig. 1 dargestellten Hochdruckpumpe; gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Anstelle der Steuerung der Druckmittelversorgung
mittels federnd vorgespannter Rückschlagventile erfolgt bei der Pumpe nach Fig.
2 die Steuerung über eine Steuernut 11, die mit zugeordneten Druckmittelöffnungen
12,13,14,15 zusammenwirkt.
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Die Steuernut 11 ist in der dem Gehäuse 1 zugewandten Stirnfläche
der Drehscheibe 2 ausgebildet, während die Druckmittelöffnungen 12,13,14,15 an der
Abstützfläche 8 des Gehäuses 1 für die Drehscheibe 2 münden. Die
Steuernut
11 erstreckt sich längs eines Teils eines Kreises, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse
liegt; die Druckmittelöffnungen 12,13,14,15 sind in einem Abstand zur Drehachse
angeordnet, der dem Halbmesser dieses Kreises entspricht. Die Druckmittelöffnung
12 bildet den Druckmitteleingang und die Druckmittelöffnung 13 den Druckmittelausgang
der Pumpe; die Druckmittelöffnungen 14 und 15 sind über Leitungen 16 und 17 mit
dem Arbeitsraum 9 verbunden. Über die Steuernut 11 ist bei Drehung der Drehscheibe
2 der Druckmitteleingang während des größten Teils der Saugphase mit dem Arbeitsraum
9 verbunden, während der Druckmittelausgang während des größten Teils der Druckphase
über die Steuernut 11 mit dem Arbeitsraum 9 in Verbindung steht.