DE3624382A1 - Exzentrische sperrschieberpumpe, insbesondere zur foerderung von schmierstoffen fuer antriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine exzentrische Sperrschieberpumpe, insbesondere zur Förderung von Schmierstoffen für Antriebe, wobei diese Sperrschieberpumpe an die zu schmieren gewünschte Kraftübertragungswelle auch unmittelbar anmontierbar oder als Zwischenprofil aufsteckbar ist.

Zur Förderung von Schmierstoffen für Antriebe ist eine Reihe verschiedener Pumpen (Zahnradpumpe, Schraubenpumpe, Drehkolbenpumpe usw.) bekannt, deren gemeinsames Merkmal darin besteht, daß sie aus einer relativ großen Anzahl (zwanzig - dreißig) Konstruktionsteilen bestehen, wodurch ihre Fertigung infolge der Zahl, der Kompliziertheit und Genauigkeit der Bauteile äußerst kostenaufwendig ist. Desweiteren ist keine solche Ausführungsform vorstellbar, welche ein Aufstecken auf die Welle des Antriebes, z. B. einen Einbau zwischen einem Lager und einem Zahnrad einerseits wegen der Abmessungen und andererseits wegen der Ausbildung der Drehwelle ermöglichen würde. Deswegen ist zu ihrem Antrieb entweder ein freies Wellenende oder eine gesonderte Kraftübertragungseinrichtung, ein Zahnrad, eine Kette usw. erforderlich. Dadurch erhöhen sich einerseits die Kosten und andererseits der Raumbedarf des Antriebes und die Anzahl der Bauteile. Dadurch ist nicht nur eine Steigerung der Kompliziertheit und der Kosten zu verzeichnen, sondern auch eine Verschlechterung der technischen Parameter, da der Einbau einer Konstruktion mit geringerem Volumen und gleicher Funktion eine Steigerung der nützlichen Last hervorrufen würde. Darüber hinaus ist mit einem häufigeren Schadhaftwerden einer aus vielen Bauelementen bestehenden Konstruktion zu rechnen.

Zur Beseitigung der oben erwähneten Nachteile schienen die exzentrischen Sperrschieberpumpen infolge ihres verhältnismäßig einfachen Aufbaus am geeignetesten; diese wurden jedoch in der technischen Praxis zur Lösung der erwähnten Aufgaben nicht verwendet, insbesondere nicht auf der Kraftübertragungswelle montiert zum Schmieren. Für die exzentrischen Sperrschieberpumpen ist allgemein charakteristisch, daß der Raum zwischen dem Pumpengehäuse und einem inneren exzentrischen drehenden Teil während der Drehung durch den vom Saugstutzen zum Druckstutzen wandernden Berührungspunkt des Gehäuses und des drehenden Teils sowie durch einen Sperrschieber in einen sich vergrößernden Saugraum und einen sich verringernden Druckraum geteilt wird, wobei gleichzeitig die Flüssigkeit in den Saugraum eingesaugt wird und aus den Druckraum herausgepreßt wird.

Eine derartige Lösung stellt z. B. die Ausführungsform dar, bei welcher der Sperrschieber federgestützt in dem Gehäuse eingebaut ist. Bei einer weiteren Ausführungsform steht ein Vorsprung eines von dem exzentrischen drehenden Teil kreisangetriebenen Ringes mit einer selbsteinstellenden Gleitführung in Funktionsverbindung.

Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht in der Vereinfachung der oben beschriebenden Konstruktion durch eine geringe Anzahl (im Grenzfall insgesamt vier) von leicht herstellbaren Bauteilen, desweiteren in der Ermöglichung der unmittelbaren Montage dieser Konstruktion an Antriebswellen bei minimalem Platzbedarf.

Die gestellte Aufgabe wurde durch eine Weiterentwicklung der an sich bekannten exzentrischen Sperrschieberpumpen gelöst, wobei erfindungsgemäß der Sperrschieber als Bolzen ausgebildet ist, welcher in einer mit dem Saug- und Druckstutzen kommunizierenden radialen Bohrung des Gehäuses befestigt ist und mit einem im Inneren des Gehäuses abgeflachten Ende versehen ist, außen dagegen tangential abgestützt ist, während der durch den Exzenter an die Innenwand des Gehäuses gepreßte kreisangetriebene Ring mit einem sich dem abgeflachten Ende des Bolzens selbsteinstellend und dicht anschließenden radialen Spalt versehen ist.

Durch dieses erfindungsgemäße Lösung wird der Aufbau sowohl des Ringes als auch des Sperrschiebers vereinfacht, wodurch sich auch deren Fertigung und Montage bedeutend vereinfachen (es ist nur die Bearbeitung von ebenen und zylindrischen Flächen erforderlich).

Die sich anhand obiger Ausbildung ergebenden geringen Produktionskosten, sowie der geringe Platzbedarf der Konstruktion ermöglichen - falls erforderlich - die Montage mehrerer derartiger Pumpen innerhalb eines Ölraumes.

Für eine der einfachsten, außerordentlich leicht montierbaren und herstellbaren Ausführungsform der Erfindung ist kennzeichnend, daß der Exzenter als in dem Außenmantel der Welle ausgebildete Nut ausgebildet ist, in welcher der mit einem Spalt versehene Ring einrastbar angeordnet ist.

Zur unmittelbaren Schmierung der Welle des Antriebes ist die Ausführungsform besonders vorteilhaft, bei welcher der mit einem Spalt versehene Ring in der Nähe des abgeflachten Endes des Bolzens mit einer zum Exzenter gerichteten, den Druckstutzen ersetzenden, radialen Durchflußöffnung versehen ist, während an dem Exzenter eine umlaufende Nut ausgebildet ist, welche mit der Durchflußöffnung des Ringes bzw. über innere Bohrungen mit dem inneren Schmierkanal der Welle kommuniziert.

Die obere Druckgrenze der geförderten Flüssigkeit kann auf einfache Weise mit derjenigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sperrschieberpumpe eingestellt werden, bei welcher eine Seite der Nut des Exzenters durch einen mittels einer Feder abgestützten Abschlußring gebildet wird, welchem eine Vorspannwellenmutter zugeordnet ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den prinzipellen Aufbau einer Schwingkolbenausführung einer herkömmlichen exzentrischen Sperrschieberpumpe,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt der Pumpe gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen exzentrischen Sperrschieberpumpe,

Fig. 4 einen Querschnitt einer unmittelbar auf die Kraftübertragungswelle montierbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sperrschieberpumpe,

Fig. 5 einen Längsschnitt der in Fig. 4 veranschaulichten Pumpe entlang der Schnittebene A-A,

Fig. 6 einen Querschnitt einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen exzentrischen Sperrschieberpumpe,

Fig. 7 einen Längsschnitt der in Fig. 6 dargestellten Pumpe entlang der Schnittebene A-A und

Fig. 8 einen Längsschnitt einer mit einer oberen Druckgrenzenregelung versehenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen exzentrischen Sperrschieberpumpe.

In den Fig. 1 und 2 ist zum Vergleich mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Schwingkolbenausführungsform einer als bekannt betrachtbaren exzentrischen Sperrschieberpumpe veranschaulicht. Diese Pumpe weist ein in der in den Figuren ersichtliche Weise tangential mittels einer Stütze befestigtes, beiderseitig durch parallele Flächen begrenztes und mit einer zylindrischen Innenwand versehenes Gehäuses 1 auf, durch welches eine konzentrisch und dicht gelagerte Welle 2 durchgeführt ist.

Auf der Welle 2 ist ein Exzenter 3 mit Kreisprofil mit einem von dem Mittelpunkt der Welle in einen Abstand e befindlichen Mittelpunkt und einem Radius R angeordnet, wobei der Exzenter 3 von einem Ring 4 mit Rechteckprofil umgeben ist. Der Ring weist einen einen Sperrschieber (Schwingkolben) bildenden Vorsprung 5 auf, welcher zusammenwirkend mit einer selbsteinstellenden Gleitführung 6 einen Druckstutzen 7 von einem Saugstutzen 8 des Gehäuses 1 dicht trennt. Diese Pumpe funktioniert in folgender Weise: Der auf der Welle 2 montierte Exzenter 3 preßt während der Drehung der Welle 2 den Ring 4 in einem von dem Druckstutzen 7 bis zu dem Saugstutzen 8 wandernden Berührungspunkt dichtschließend an die Innenwand des Gehäuses 1; somit bilden sich zwischen der Innenwand des Gehäuses 1 und dem Ring 4 ein sich immer vergrößernder Saugraum und ein sich immer verkleinernder Druckraum aus, während die Pumpe über den Saugstutzen 8 die Flüssigkeit ansaugt und über den Druckstutzen 7 herauspreßt.

Die Funktionsweise der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Sperrschieberpumpe beruht auf einem ähnlichen Funktionsprinzip. Hierbei wird jedoch mit dem Ziel der Vereinfachung der Konstruktion der Sperrschieber von einem in eine radiale Bohrung des Gehäuses 1 gepreßten, innen mit einem abgeflachten Ende versehenen Bolzen 9 gebildet, diesen abgeflachten Ende sich ein Spalt 10 eines radial geschlitzten Ringes 4 anschließt. An die Flachseiten des Bolzens 9 schließen sich weiterhin der Druckstutzen 7 und der Saugstutzen 8 an, während das aus dem Gehäuse 1 herausragende Ende des Bolzens 9 die Rolle der tangentialen Stütze des Gehäuses 1 übernimmt. Der rotierende Flüssigkeitsraum bildet sich ähnlich wie bei der bereits erläuterten bekannten Lösung zwischen dem Außenmantel des von dem Exzenter 3 gesteuerten Ringes 4 und der zylindrischen Innenwand des Gehäuses 1 aus, während der Exzenter 3 an dem Innenmantel des feststehenden Ringes 4 abrollt und entsprechend seiner Exzentrität den Ring 4 an das Gehäuse 1 preßt.

Die Ausbildung des Spaltes 10 des Ringes 4 ermöglicht infolge der Steuerung des Exzenters 3 eine am Bolzen 9 entstehende geringe Verschiebung, und andererseits eine geringfügige Winkeleinstellung; darüberhinaus ist dieser zur Erleichterung der Montage des Bolzens 9 abgekantet. Die dadurch entstandene Abdichtungskante sperrt den Durchfluß der Flüssigkeit an dem Bolzen 9 ab. Zum Pressen der Abdichtungskante des Ringes 4 an den Bolzen 9 trägt auf der Hochdruckseite in dem Flüssigkeitsraum der auf den Mantel des Ringes 4 einwirkende Flüssigkeitsdruck ebenfalls bei.

Bei höheren Leistungen kann eine Erhöhung des Wirkungsgrades durch eine zwischen den Exzenter 3 und den Ring 4 eingebaute Wälzlagerung erreicht werden.

Eine unmittelbar auf die Kraftübertragungswelle montierbare oder ähnlich einem Gleitlager mit einem Außen- und Innenring einbaubare Pumpe kann gemäß der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform ausgebildet werden, bei welcher die zu schmierende Welle 2 in der Bohrung eines rohrförmigen Gehäuses 1 eingepaßt ist und der Flüssigkeitsraum gemeinsam mit dem Ring 4 in der als Exzenter 3 angebildeten Nut 11 der Welle 2 angeordnet ist. Der Ring 4 ist in die Nut 11 auf einfache Weise einrastbar.

Der sich in der Nut 11 der Welle 2 drehende Flüssigkeitsraum wird von dem mit einem abgeflachten eckigen Ende versehenen Bolzens 9 - welcher die gesamte Breite der Nut 11 der Welle 2 ausfüllt und somit das Gehäuse 1 und die Welle 2 relativ zueinander führt, gleichzeitig in den Spalt 10 des Ringes 4 dessen Selbsteinstellung und Verschiebung zulassend eingreift - in zwei Teile geteilt, wobei der sich drehende Flüssigkeitsraum (z. B. Ölraum) in Abhängigkeit von der Drehrichtung sich auf der einen Seite des Bolzens ständig vergrössert, und auf der anderen Seite ständig verkleinert.

Auf welcher Seite der Druck- bzw. Saugzweig der Pumpe angeordnet ist, hängt von der jeweiligen Drehrichtung ab. Dadurch, daß die Konstruktion symmetrisch ist, kann bei einem Hydromotor die Drehrichtung durch Verbindung der Hochdruckleitung mit dem anderen Stutzen auf eine entgegengesetzte geändert werden.

Besteht die Aufgabe der Pumpe in der Förderung des Öls aus einem äußeren Raum in den im Innern der Welle 2 ausgebildeten Schmierkanal (z. B. bei Motorhauptwellen), so ist die Anwendung der in den Fig. 6 und 7 veranschaulichten Ausführungsform vorteilhaft. Bei dieser Ausführungsform weist der geschlitzte Ring 4 in der Nähe des abgeflachten Endes des Bolzens 9 eine in Richtung des Exzenters 3 weisende, den Druckstutzen ersetzende radiale Durchflußöffnung 12 auf, während der Exzenter 3 eine umlaufende Nut 15 aufweist, welche mit der Durchflußöffnung 12 des Ringes 4 bzw. über innere Bohrungen 13 mit dem Schmierkanal 14 der Welle 2 kommuniziert.

Auf diese Weise kann der über den Saugstutzen 7 eintreffende Schmierstoff über die Durchflußöffnung 12 des Ringes 4, die umlaufende Nut 15, dann über die in der Welle 2 ausgebildeten Bohrungen 13 bzw. über den Schmierkanal 14 unmittelbar zu dem zu schmierenden Bauteil gefördert werden.

Zur Begrenzung des oberen Wertes des Flüssigkeitsdruckes kann die Lösung gemäß Fig. 8 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird eine Seite der Nut 11 des Exzenters 3 von einem mit einer Feder 16 abgestützten Abschlußring 17 gebildet, wobei zur Vorspannung der Feder 16 eine Wellenmutter 18 dient. Sollte der Druck übermäßig ansteigen, bewegt sich der Abschlußring 17 gegen die Feder 16, wodurch die Pumpe im wesentlichen kurzgeschlossen wird, nachdem die Geschlossenheit des in der Nut 11 des Gehäuses 1 befindlichen Flüssigkeitsraumes beseitigt ist. Durch Einstellen der mit einem Gewinde versehenen Wellenmutter 18 auf der Welle 2 kann die Vorspannung der Feder 16, und dadurch der maximale Druckwert geändert werden.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Pumpe beansprucht nach ihrem Einbau während des Betriebes keine besondere Instandhaltung; ihre Inbetriebhaltung erfordert kein Fachwissen. Die gegebenenfalls auftretende Abnutzung der Abdichtungskante des Ringes 4 bei dem Sperrschieber (bei dem Bolzen) hat keinen Einfluß auf die Funktion der Konstruktion und den Druck, da die Abdichtungskante auf der Druckseite durch die Resultierende des Druckes des Flüssigkeitsraumes und auch die infolge der Drehung des Exzenters auftretende Bolzenreibung an das Ende des Bolzens gepreßt wird.

Die Wahrscheinlichkeit eines Schadhaftwerdens der Konstruktion ist dank deren Einfachheit äußerst gering; dadurch ist ihre Funktion zuverlässig. Die geringfügige Inanspruchnahme der Bauteile und ausgezeichnete Schmierung gewährleisten eine außerordentlich hohe Lebensdauer.

Wie aus Obigem ersichtlich ist, hat die Konstruktion einen außerordentlich einfachen Aufbau, weist in einfachster Ausführungsform nur vier Bauteile auf, welche zylindrischen und ebenen Flächen begrenzt sind und infolgedessen äußerst kostengünstig auch mit einem herkömmlichen Maschinenpark gefertigt werden können.

Aufgrund der geringen Kosten der Konstruktion ist zubedenken, ob es nicht zweckmäßig wäre, innerhalb eines Ölraumes sogar mehrere derartige Pumpen anzuordnen. Dadurch können die zum Fördern des Schmieröls verwendeten Rohre weggelassen werden, da diese durch die unmittelbar neben der Schmierstelle anbringbaren Pumpen überflüssig werden. Infolge der geringen Herstellungskosten kann die periodisch funktionierende Konstruktion durch eine mehrkammrige parallelgeschaltete Ausbildung mittels den der entsprechend der Winkelverschiebung der Arbeitstakte der mehrzylindrischen Kolbenverbrennungsmotoren verschobenen Druckperioden gleichmäßig gestaltet werden, wenn die Einrichtung, in welche diese eingebaut wird, dies erfordert.

Die Winkelverschiebung der einzelnen Kammern gegeneinander kann in Abhängigkeit von der Anzahl der Kammern beliebig sein und entsprechend der vollständigen Kreisumdrehung entlang des Kreises gleichmäßig aufgeteilt sein. In einer derartigen Ausbildung kann diese als Pumpe und auch als gleichmäßig laufender Hydromotor verwendet werden.

Der Wirkungsgrad der Konstruktion hängt von den Herstellungstoleranzen ab. Somit können in untergeordneten, einen geringeren Druck beanspruchenden Konstruktionen aus kostengünstiger mit größeren Toleranzen herstellbaren Bauteilen zusammengestellte Pumpen verwendet werden.

Durch feinere Fertigung der sich anpassenden Teile und dadurch geringere Toleranzen kann eine Hochdruck-Pumpe mit höherem Wirkungsgrad hergestellt werden. Die Kosten der Einrichtung sind somit dem gestellten Ziel entsprechend im Einklang mit der Zweckbestimmung der Konstruktion. Durch Einbau von Dichtungsringen kann - falls dies gefordert wird - der Wirkungsgrad der Konstruktion erhöht werden.

Eine äußerst vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Pumpe besteht darin, daß diese unmittelbar auf die Welle gesteckt werden kann, einen gesonderten Antrieb nicht erfordert, ihr Platzbedarf minimal ist und daß sie auf der Welle bei Ausbildung der exzentrischen Nut durch weitere drei Konstruktionsteile bereits realisiert werden kann. Bei einer Ausführungsform mit den Abmessungen eines Kugellagers ist diese Konstruktion zum Schmieren eines kleineren Zahnradgetriebes geeignet.

Die Konstruktion ermöglicht, daß der von außen angesaugte Schmierstoff in den im Innern der Drehwelle angeordneten Ölkanal gefördert wird. Somit sichert eine z. B. auf die Hauptwelle des Motors montierte Pumpe eine unmittelbare Schmierung.

Durch den einfachen Aufbau der Konstruktion wird ermöglicht, daß alle Konstruktionsteile in Hinsicht auf die Funktion mehrfach ausgenutzt sind; diese fördern ihre gegenseitige Funktion, die Konstruktion ist mit ihrer Zweckbestimmung im völligen Einklang. Die Resultierende des Flüssigkeitsdruckes und die Reibungskraft tragen z. B. zur Abdichtung des Ringes bei.

Die Inanspruchnahme der einzelnen Konstruktionsteile ist gering; bei Anwendung von Konstruktionsteilen mit Beschichtung von entsprechender Qualität ist mit einer bedeutenden Erhöhung der Lebensdauer zu rechnen.

Claims (4)

1. Exzentrische Sperrschieberpumpe, insbesondere zur Förderung von Schmierstoffen für Antriebe, welche ein mit einem Druckstutzen und einem Saugstutzen versehenes, tangential mittels einer Stütze befestigtes Gehäuse mit einer zylindrischen Innenwand, eine durch das Gehäuse durchgesteckte, konzentrisch und dicht gelagerte Welle, einen zwischen dem Gehäuse und der Welle befindlichen geschlossenen und an den Seiten durch parallele Flächen begrenzten Flüssigkeitsraum, einen auf der Welle angeordneten Exzenter mit Kreisprofil, einen den Exzenter umgebenden und in einem von dem Druckstutzen bis zum Saugstutzen wandernden Berührungspunkt dicht an die zylindrische Innenwand des Gehäuses gepreßten Ring mit Rechteckprofil, sowie einen den Saugstutzen von dem Druckstutzen dicht trennenden Sperrschieber aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschieber als Bolzen (9) ausgebildet ist, welcher in einer mit dem Saug- und Druckstutzen (7, 8) kommunizierenden radialen Bohrung des Gehäuses (1) befestigt ist und mit einem im Innern des Gehäuses (1) abgeflachten Ende versehen ist, außen dagegen tangential abgestützt ist, während der von dem Exzenter (3) an die Innenwand des Gehäuses (1) gepreßte und kreisangetriebene Ring (4) mit einem sich dem abgeflachten Ende des Bolzens (9) selbsteinstellend und dicht anschließenden radialen Spalt (10) versehen ist.

2. Sperrschieberpunpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (3) als in dem Außenmantel der Welle (2) ausgebildete Nut (11) ausgebildet ist, in welcher der mit einem Spalt versehene Ring (4) einrastbar angeordnet ist.

3. Sperrschieberpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Spalt versehene Ring (4) in der Nähe des abgeflachten Endes des Bolzens (9) mit einer zum Exzenter (3) gerichteten, den Druckstutzen ersetzenden, radialen Durchflußöffnung (12) versehen ist, während der Exzenter (3) mit einer umlaufenden Nut (15) versehen ist, welche mit der Durchführung (12) des Ringes (4) bzw. über innere Bohrungen (13) mit einem inneren Schmierkanal (14) der Welle (2) kommuniziert.

4. Sperrschieberpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des Exzenters (3) durch einen mit einer Feder (16) abgestützten Anschlußring (17) gebildet ist, welchem eine Vorspannwellenmutter (18) zugeordnet ist.