DE3522479A1

DE3522479A1 - Pumpe fuer ein hydraulikmedium

Info

Publication number: DE3522479A1
Application number: DE19853522479
Authority: DE
Inventors: Leslie Baines; Albert Edward Horbury Wakefield Fawcett
Original assignee: Pitcraft Summit Ltd
Current assignee: Pitcraft Summit Ltd
Priority date: 1984-06-23
Filing date: 1985-06-22
Publication date: 1986-01-02
Also published as: GB2160596A; GB2160596B; GB8515520D0

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer Pumpe, und zwar nach Art einer Radialkolbenpumpe, mit mehreren radial angeordneten Kolben und mit einem zugeordneten Exzenterrotor, der durch eine Kraftquelle, z.B. einen Elektromotor, antreibbar ist.

Obwohl Radialkolbenpumpen mit einer Quelle des zu pumpenden Mediums bei kleinem oder verschwindendem Druck versehen werden können, wird die erfindungsgemäße Pumpe besonders mit einer Anordnung in Betracht gezogen, bei der die Mediumquelle bereits bei einem wesentlichen Druck

von z.B. lOkp/cm ist, wobei die Pumpe dazu dient, den Druck auf z.B.

100 kp/cm zu verstärken. Bei einer solchen Anordnung kann das Versorgungsmedium vorteilhafterweise dazu benutzt werden, um die Kolben konstant gegen den Rotor zu drücken, und zwar als Ersatz für den Einsatz gleichwirkender Druckfedern und entsprechend zur Vermeidung von Kavi- *■

tation sowie Pumpendichtungsschäden, die bei federbeaufschlagten Kolben stets auftreten, wenn das Versorgungsmedium aus welchen Gründen auch *

immer ausbleibt und die Pumpe weiter angetrieben wird. Bei mediumbeaufschlagten Kolben führt ein Mediumausfall dazu, daß die Kolben nicht mehr in Kontakt mit dem Rotor bleiben, so daß die z.B. bis zum Bemerken des Ausfalls der Mediumversorgung weiter angetriebene Pumpe freiläuft sowie dabei die Kolben durch den Rotor nicht mehr hin- und herbewegt werden und folglich die Pumpe nicht versucht, nicht existentes Medium zu liefern. Bei der Art des Versorgungsmediums kann es sich um Öl, Wasser, eine Öl-Wasseremulsion usw. handeln.

Weiterhin ist im Gegensatz zu Pumpen bei relativ niedrigtourigen Hydraulikmotoren eine Rotoranordnung bekannt, bei der der Rotor mit einer zwischen geschalteten, sich nicht drehenden Buchse versehen ist, die eine Mehrzahl tangentialer Lagerflächen aufweist, und zwar entsprechend der Zahl der vorgesehenen Kolben. Ein Fünfzylindermotor würde also eine fünfeckig profilierte Buchse beinhalten. Wenn man aber eine tangential profilierte Buchse bei einer keine Schraubendruckfedern für die Kolben aufweisenden Pumpe einsetzt, führt das Versagen der Mediumversorgung

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und der daraus resultierende Effekt des weiter vorhandenen Kontaktes zwischen den Kolben sowie dem Rotor zur Möglichkeit eines schädlichen Rotordralls zufolge Reibung, d.h. Hemmung in den den Rotor tragenden Lagern, wobei die tangentialen Rotorflächen nicht länger etwa orthogonal zur Linie der Hin- und Herbewegung des zugeordneten Kolbens bleiben, so daß die Pumpe zumindest nicht mehr wirkungsvoll fördert.

Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpe für ein Hydraulikmedium vorgesehen, mit mehreren radial angeordneten Kolben, einem Exzenterrotor, der mit einer nicht drehbaren Buchse versehen ist, welche der Zahl der Kolben entsprechend mehrere, sich senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung der Kolben erstreckende äußere Lagerflächen aufweist, und mit Mitteln zum Zuführen des zu pressenden Mediums zu den Kolben, um letztere gegen ihre zugeordneten Lagerflächen zu drücken, welche Pumpe gekennzeichnet ist durch eine auf die Buchse einwirkende Einrichtung zum Unterbinden einer Drehbewegung derselben in den Fällen eines Versagens einer Mediumzufuhr, wo die Pumpe einen Freilauf zustand einnimmt, weil die Kolben nicht länger gegen die betreffenden Lagerflächen gedrückt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Pumpe ist eine genaue Ausrichtung zwischen den Lagerflächen der Buchse und ihren zugeordneten Kolben nach erneutem Start der Pumpe nach einem Ausfall des Versorgungsmediums sichergestellt. Demnach kann die Pumpe sofort nach Verfügbarkeit des Versorgungsmediums wieder gestartet werden. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe sind also Pumpenausfallzeiten zum erneuten Ausrichten der Buchse vollkommen vermieden.

Die Kolben sind zweckmäßigerweise um einen ringförmigen Pumpenkörper herum angeordnet und berühren ihre zugeordneten Lagerflächen vorzugsweise über ein Polster aus einem Hochdrucklagermaterial. Die Kolben/ Polsterberührung kann direkt oder indirekt erfolgen, wobei letztere eine mögliche Aufprallbeschädigung des vergleichsweise spröden Polsters

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vermeidet.

Obwohl die Pumpe mit jeder beliebigen Zylinderzahl verwirklicht werden kann, ist eine Ausführungsform mit fünf Zylindern, die sich entsprechend hydraulisch ausgleichen, bevorzugt. Folglich würde man die Buchse mit fünf Lagerflächen versehen und demnach eine fünfeckige oder im allgemeinen fünfeckige äußere Peripherie der Buchse haben.

Die auf die Buchse einwirkende Einrichtung zum Unterbinden einer Drehbewegung derselben kann aus einem Stößel bestehen, der mit einem Teil des Buchsenumfanges zusammenwirkt. Obwohl das Zusammenwirken positiv gestaltet werden kann, z.B. durch einen Zapfen des Stößels, der mit einem Sockel der Buchse zusammenarbeitet, ist hierfür ein Zusammenwirken auf Reibungsbasis bevorzugt, wobei der Stößel mit einer ebenen Fläche der Buchsenperipherie zusammenarbeitet. Wie oben schon aufgezeigt worden ist, kann eine Mehrzahl von unterbindenden Einrichtungen des Stößeltyps vorgesehen sein, z.B. fünf Stößel in einer Fünf zylinderpumpe, und entsprechend einer ersten Ausführungsform kann jeder Stößel in einer getrennten Radialbohrung im Pumpengehäuse angeordnet sein, die zwischen benachbarten Kolben liegt; in diesem Fall würde die Buchse der ersten Ausführungsform mit ebenen Lagerflächen versehen sein, die sich zur Längsachse ihrer zugeordneten Kolben erstrecken, im Falle einer Sechszylinderpumpe könnten aber drei, im Winkel von 120° zueinander angeordnete Stößel vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Stößel in Richtung ihrer zugeordneten ebenen Flächen federbeaufschlagt. Im einzelnen kann jeder Stößel gleitend zum inneren Ende seiner Radialbohrung hin angeordnet sein, deren äußeres Ende durch einen Einschraubstopfen verschlossen ist, zwischen einer Vorderfläche des Stopfens sowie der Rückfläche des Stößels eine Schraubendruckfeder angeordnet sein und jeder Stopfen einen Dichtring aufweisen. Bei dieser ersten Ausführungsform können die Kolben auch direkt auf Gleitpolster einwirken, die auf den Lagerflächen angeordnet sind. Für gesteigerte Verschleißresistenz kann in die Kolbenenden eine Ausnehmung für die Aufnahme einer gehärteten

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Stahlscheibe gebohrt sein, deren Lagerfläche für das Zusammenwirken mit den Gleitpolstern über das ringförmige Ende des Kolbens vorsteht.

Nach einer zweiten Ausführungsform kann jeder Stößel innerhalb eines zugeordneten Kolbens gelagert und zwischen dem Stößel sowie seinem Kolben eine Schraubendruckfeder angeordnet sein, um sicherzustellen, daß der Stößel in den Fällen in Stellung verbleibt, wo sich der Kolben nach einem Ausfall der Mediumversorgung radial nach außen bewegt. Der Stößel ist um eine Achse verschiebbar, die mit der Achse der Hin- und Herbewegung des zugeordneten Kolbens zusammenfällt. Diese Ausführungsform vermeidet daher die Notwendigkeit, wie bei der ersten Ausführungsform einzelne Radialbohrungen in das Pumpengehäuse zu bohren, und gibt zufolge Fehlens solcher Bohrungen größere Freiheit für die Kanäleanordnung. Weiterhin eignet sich diese Ausführungsform für den oben erwähnten indirekten Kolben-Polstervorschlag, und zwar in der Weise, daß jeder Stößel an seinem inneren Ende mit einem Flansch versehen ist, der sich bezogen auf die Längsachse des Stößels radial nach außen erstreckt, eine Außenfläche des Stößelflansches über ein zwischengeschaltetes Gleitpolster in dauerndem Kontakt mit den Lagerflächen steht und eine innere ringförmige Fläche des Stößelflansches mit einer inneren Endfläche des Kolbens zusammenwirkt, und zwar wenigstens in den Fällen, wo eine Mediumversorgung mit niedrigem Druck von z.B. lOkp/cm² verfügbar ist. Weiterhin wird durch den zwischengeschalteten Stößelflansch ein Polstereffekt auf dem Gleitpolster erzielt, wenn der Stößelflansch von seinem Kolben getroffen wird. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform steht auch eine größere Lagergesamtfläche - grundsätzlich dem Stößeldurchmesser plus Stößelflansch entsprechend - für das Zusammenwirken mit dem Gleitpolster zur Verfügung. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn der Stößel zur Aufnahme wenigstens eines Teils seiner Schraubendruckfeder ein hohles Inneres aufweist und über eine Axialbohrung in einem äußeren Kopf des Stößels sowie eine radiale Versorgungsöffnung im Stößelflansch dem hohlen Inneren des Stößels Öl zuführbar ist. Ein Drosseleffekt für das aus dem Stößelinneren ausge-

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drückte Öl und mithin ein Dämpfungseffekt für den sich nach innen bewegenden Kolben können erreicht werden, wenn die Axialbohrung durch ein Ventilelement verdeckt ist, welches eine Bohrung mit kleinerem Querschnitt als die Axialbohrung aufweist und durch die Schraubdruckfeder beaufschlagt ist; auf diese Weise überträgt letztere ihre Beanspruchung über das Ventilelement auf ihren Kolben und wird - da das Ventilelement nicht mit einer Dichtung versehen ist, so daß auf beiden Seiten Druck verfügbar ist - ein Ansteigen des Mediumdruckes durch Kolbenbewegung möglicherweise zu einem Ausstoß von Medium aus dem Stößel führen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt ausgeführte Queransicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe,

Fig. 2 eine Axialansicht der Pumpe längs der Linie H-II der Fig. 1, und

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht einer zweiten Pumpenausführungsform.

Bei beiden Ausführungsformen sind gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet worden.

In der Zeichnung weist eine Pumpe für ein Hydraulikmedium einen ringförmigen Pumpenkörper 2 auf. Der Pumpenkörper 2 hält Lager 3 für eine Drehlagerung einer Welle 4 mit einem Exzenter 5. Die Welle 4 wird über ein Zahnrad 6 von einer Antriebsquelle, z.B. einem Elektromotor, angetrieben. Der Exzenter 5 steht mit einer undrehbaren Buchse 7 in Antriebsbeziehung. Die Buchse 7 weist fünf äußere Lagerflächen 8 auf, deren jede sich senkrecht zur Achse einer Hin- und Herbewegung eines zugeordneten, hin- und herbewegbaren Kolbens 9 erstreckt, der im Pum-

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penkörper 2 untergebracht ist. Das zu pumpende Medium wird mit einem ersten niedrigeren Druck, von z.B. 150 p.s.i., jedem Kolben 9 von einem Versorgungsanschluß 10 über eine Leitung 11 zugeführt und mit einem höheren Druck, von z.B. 1500 p.s.i., durch denselben Anschluß und dieselbe Leitung 11 wieder abgeführt, und zwar mit Hilfe von Steuerventilen 12, 13, welche für entsprechende Mediumzufuhr und -abgabe angeordnet sind, wobei der niedrigere Mediumdruck die Kolben 9 an die entsprechenden Lagerflächen 8 drückt.

Bei der ersten Ausführungsform sind zwischen benachbarten Kolben 9 fünf Stößel 14 vorgesehen, die in einzelnen Radialbohrungen 15 im Pumpenkörper 2 angeordnet sind. Jede dieser Bohrungen 15 ist an ihrem Außenende durch einen Einschraubstopfen 16 verschlossen; zwischen einer Vorderfläche des Stopfens 16 und einer Rückfläche des Stößels ist eine Schraubendruckfeder 17 angeordnet. Jeder Stößel 14 steht mit einer Fläche 18 der Buchse 7 in Wirkverbindung. Jede Fläche 18 erstreckt sich senkrecht zur Längsachse des zugeordneten Stößels 14 und ist zwischen zwei benachbarten Flächen 8 angeordnet. Die Stößel 14 und Flächen 18 bilden eine Einrichtung zum Erzwingen einer Drehbewegung der Buchse 7 in den Fällen, wo ein Versagen der Druckflüssigkeitszufuhr dazu führen würde, daß die Kolben 9 nicht länger mit den Lagerflächen 8 in Berührung stehen. In eine Bohrung an dem der Buchse 7 benachbarten Ende des Kolbens 9 ist eine gehärtete Stahlscheibe 19 eingesetzt, welche auf einem Gleitpolster 20 auf der Lagerfläche 8 aufliegt, weil die Scheibe über das Ende des Kolbens 9 ein wenig hervorragt.

Bei der zweiten, in Fig. 3 aufgezeigten Ausführungsform sind Stößel 14A in Kolben 9A angeordnet, wozu letztere ein hohles Inneres aufweisen. Diese Anordnung steht im Gegensatz zur Anordnung in einzelnen Radialbohrungen. Zwischen jedem Stößel 14A und seinem Kolben 9A ist eine Schraubendruckfeder 21 angeordnet. Außerdem ist jeder Stößel 14A an seinem Innenende mit einem Flansch 22 versehen, welcher sich bezogen

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auf die Längsachse des Stößels 14A sowie die koaxiale Achse der Hin- und Herbewegung des Kolbens 9A - angedeutet durch die strichpunktierte Linie 23 - radial nach außen erstreckt und mit einer inneren Ringfläche 24 mit dem Kolben im Eingriff steht. Darüber hinaus weist jeder Stößel 14A einen Kopf 25 mit einer Axialbohrung 26 auf, die mit einem radialen Versorgungsanschluß 27 im Flansch 22 in Verbindung steht, so daß dem Inneren des Stößels 14A und Kolbens 9A Öl zugeführt werden kann. Die Schraubendruckfeder 21 wirkt indirekt auf den Stößel 14A, und zwar über ein Ventilelement 28, welches die Bohrung 26 verdeckt und zur Erzielung eines Stoßdämpfungseffektes seinerseits mit einer Bohrung 29 versehen ist, die einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 26 aufweist.

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Claims

Hoyland Nether, Nr. Barnsley - England

Pumpe für ein Hydraulikmedium

Patentansprüche:

1. Pumpe für ein Hydraulikmedium, mit mehreren radial angeordneten Kolben, einem Exzenterrotor, der mit einer nicht drehbaren Buchse versehen ist, welche der Zahl der Kolben entsprechend mehrere, sich senkrecht zur Achse der Hin- und Herbewegung der Kolben erstreckende äußere Lagerflächen aufweist, und mit Mitteln zum Zuführen des zu pumpenden Mediums zu den Kolben, um letztere gegen ihre zugeordneten Lagerflächen zu drükken, gekennzeichnet durch eine auf die Buchse (7) einwirkende Einrichtung (14) zum Unterbinden einer Drehbewegung derselben in den Fällen eines Versagens einer Mediumzufuhr, wo die Pumpe einen Freilaufzustand einnimmt, weil die Kolben (9) nicht länger gegen die betreffenden Lagerflächen (8) gedrückt werden.

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2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (9) um einen ringförmigen Pumpenkörper (2) herum angeordnet sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (9) ihre Lagerflächen (8) über ein Polster (20) aus einem Hochdrucklagermaterial berühren.

4. Pumpe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine direkte Kolben/
Polsterberührung.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit fünf Zylindern versehen ist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

J daß die auf die Buchse (7) einwirkende Einrichtung (14) zum Unterbinden

einer Drehbewegung derselben aus einem Stößel (14) besteht, der mit
einem Teil (18) des Buchsenumfanges zusammenwirkt.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenwirken positiv ist.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenwirken durch einen Zapfen des Stößels (14) verwirklicht ist, der mit
einem Sockel der Buchse (7) zusammenarbeitet.

9. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenwirken auf Reibungsbasis verwirklicht ist, wobei der Stößel (14) mit
einer ebenen Fläche (18) der Buchsenperipherie zusammenarbeitet.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Stößeln (14).

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J
-Ji 11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stößel

(14) in einer getrennten Radialbohrung (15) im Pumpenkörper (2) angeordnet ist und die Radialbohrungen (15) zwischen benachbarten Kolben (9) liegen.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (14) in Richtung ihrer zugehörigen Flächen (18) federbeaufschlagt sind.

13. Pumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stößel (14) gleitend zum inneren Ende seine Radialbohrung

(15) hin angeordnet ist, deren äußeres Ende durch einen Einschraubstopfen (16) verschlossen ist, zwischen einer Vorderfläche des Stopfens (16) sowie der Rückfläche des Stößels (14) eine Schraubendruckfeder (17) angeordnet ist und jeder Stopfen (16) einen Dichtring aufweist.

14. Pumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stößel (14) an auf Lagerflächen (18) sitzenden Gleitpolstern anliegen.

15. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Enden der Kolben (9) eine Ausnehmung für die Aufnahme einer gehärteten Stahlscheibe (19) gebohrt ist, deren Lagerfläche für das Zusammenwirken mit dem Polster (20) über den Kolben vorsteht.

16. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stößel (14A) innerhalb eines zugeordneten Kolbens (9A) gelagert ist und zwischen jedem Stößel (14A) sowie seinem Kolben (9A) eine Schraubendruckfeder (21) angeordnet ist.

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17. Pumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stößel (14A) an seinem inneren Ende mit einem Flansch (22) versehen ist, der sich bezogen auf die Längsachse (23) des Stößels (14A) radial nach außen erstreckt, eine Außenfläche des Stößelflansches über ein zwischengeschaltetes Gleitpolster in dauerndem Kontakt mit den Lagerflächen steht und eine innere ringförmige Fläche (24) des Stößelflansches (22) mit dem Kolben (9A) zusammenwirkt.

18. Pumpe nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (14A) zur Aufnahme wenigstens eines Teils seiner Schraubendruckfeder (21) ein hohles Inneres aufweist und über eine Axialbohrung (26) in einem äußeren Kopf (25) des Stößels (14A) sowie eine radiale Versorgungsöffnung (27) im Stößelflansch (22) dem hohlen Inneren des Stößels

" Öl zuführbar ist.

* 19. Pumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialbohrung (26) durch ein Ventilelement (28) verdeckt ist, welches eine Bohrung (29) mit kleinerem Querschnitt als die Axialbohrung (26) aufweist und durch die Schraubendruckfeder (21) beaufschlagt ist.