DE3624382C2 - - Google Patents
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- F04C2/02—Rotary-piston machines or pumps of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Exzenter-Verdrängerpumpe,
insbesondere zur Förderung von Schmierstoffen für Antriebe,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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 erwähnten Nachteile schienen die
Exzenter-Verdrängerpumpen infolge ihres verhältnismäßig
einfachen Aufbaus am geeignetsten; diese wurden jedoch in der
technischen Praxis zur Lösung der erwähnten Aufgaben nicht
verwendet, insbesondere nicht auf der Kraftübertragungswelle
montiert zum Schmieren. Für die Exzenter-Verdrängerpumpen 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 zwischen dem Gehäuse und dem
drehenden Teil sowie durch eine Sperrschiebervorrichtung in
einen sich vergrößernden Saugraum und einen sich verkleinernden
Druckraum geteilt wird, wobei gleichzeitig die Flüssigkeit in
den Saugraum eingesaugt wird und aus dem Druckraum
herausgepreßt wird.
Eine derartige Lösung stellt z. B. die Ausführungsform gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dar (DE-OS 20 03 514), bei
welcher als Sperrvorrichtung ein Sperrschieber federgestützt in
dem Ring eingebaut ist. Bei einer weiteren Ausführungsform
steht ein Vorsprung eines von dem exzentrischen drehenden Teil
kreisangetriebenen Ringes mit einer selbsteinstellenden
Gleitführung in Funktionsverbindung. Auch ist eine
Ausführungsform ohne Ring bekannt (DE-OS 26 50 320), bei
welcher eine in dem Gehäuse festgelegte Leiste in eine im
Querschnitt trapezförmige Ausnehmung in dem Exzenter abdichtend
eingreift.
Die durch die Erfindung gelöste Aufgabe besteht in der
Vereinfachung der oben beschriebenen 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.
Diese Aufgabe wird durch eine Weiterentwicklung einer
Exzenter-Verdrängerpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Sperrvorrichtung als Bolzen ausgebildet ist, welcher in einer
mit dem Saug- und Druckstutzen kommunizierenden radialen
Bohrung des Gehäuses festgelegt ist und mit einem im Inneren des
Gehäuses abgeflachten Ende versehen ist, außen dagegen
die Stütze bildet, wobei der von dem Exzenter an die Innenwand
des Gehäuses gepreßte Ring mit einem radialen Durchgangsschlitz
versehen ist und mit dessen Begrenzungen an dem abgeflachten
Ende des Bolzens selbsteinstellend und abdichtend angreift.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird der Aufbau sowohl des
Ringes als auch der Sperrvorrichtung vereinfacht, wodurch sich
auch die Fertigung und die Montage bedeutend vereinfachen (es
ist nur die Bearbeitung von ebenen und zylindrischen Flächen
erforderlich), wobei die Exzenter-Verdrängerpumpe an die zu
schmieren gewünschte Kraftübertragungswelle auch unmittelbar
anmontierbar oder als Zwischenprofil aufsteckbar ist.
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 Exzenter-Verdrängerpumpe
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 prinzipiellen Aufbau einer Schwingkolbenausführung einer
herkömmlichen Exzenter-Verdrängerpumpe,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt der Pumpe gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Exzenter-Verdrängerpumpe,
Fig. 4 einen Querschnitt einer unmittelbar auf die Kraftübertragungswelle
montierbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Exzenter-Verdrängerpumpe,
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 Exzenter-Verdrängerpumpe,
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
Exzenter-Verdrängerpumpe,
In den Fig. 1 und 2 ist zum Vergleich mit der erfindungsgemäßen Lösung eine
Schwingkolbenausführungsform einer als bekannt betrachtbaren
Exzenter-Verdrängerpumpe 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 8 von einem
Saugstutzen 7 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 8 bis zu
dem Saugstutzen 7 wandernden Berührungspunkt dichtschließend an die
Innenwand des Gehäuses 1; somit bilden sich zwischen der Innenwand des
Gehäuses 1 und dem Ring 4 ein sich vergrößernder Saugraum und ein
sich verkleinernder Druckraum aus, während die Pumpe über den
Saugstutzen 7 die Flüssigkeit ansaugt und über den Druckstutzen 8
herauspreßt.
Die Funktionsweise der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen
Exzenterverdrängerpumpe 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, an dessen abgeflachtem
Ende ein Spalt 10 eines radial geschlitzten Ringes 4 anschließt. An die
Flachseiten des Bolzens 9 schließen weiterhin der Druckstutzen 8 und
der Saugstutzen 7 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; darüber hinaus 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 die Bohrung eines
rohrförmigen Gehäuses 1 eingepaßt ist und der Flüssigkeitsraum gemeinsam
mit dem Ring 4 in der als Exzenter 3 ausgebildeten 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 Bolzen 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 umgekehrt
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 zu dem Exenter 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 von 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. Exzenter-Verdrängerpumpe, insbesondere zum Fördern 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
hindurchgeführte, 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 von diesem bei dessen Drehung in einem von
dem Saugstutzen bis zum Druckstutzen wandernden
Berührungspunkt dicht an die zylindrische Innenwand des
Gehäuses gepreßten Ring mit Rechteckprofil sowie eine den
Saugstutzen von dem Druckstutzen dicht trennende
Sperrvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sperrvorrichtung als Bolzen (9) ausgebildet ist, welcher in
einer mit dem Saug- und Druckstutzen (7, 8) kommunizierenden
radialen Bohrung des Gehäuses (1) festgelegt ist und mit
einem im Innern des Gehäuses (1) abgeflachten Ende versehen
ist, außen dagegen die Stütze bildet, wobei der von dem
Exzenter (3) an die Innenwand des Gehäuses (1) gepreßte
Ring (4) mit einem radialen Durchgangsschlitz (10) versehen ist
und mit dessen Begrenzungen an dem abgeflachten Ende des
Bolzens (9) selbsteinstellend und abdichtend
angreift.
2. Exzenter-Verdrängerpumpe 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. Exzenter-Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der geschlitzte 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 und der Exzenter (3) mit
einer umlaufenden Nut (15) versehen ist, welche mit der
Durchflußöffnung (12) des Ringes (4) bzw. über innere
Bohrungen (13) mit einem inneren Schmierkanal (14) der Welle
(2) kommuniziert.
4. Exzenter-Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Seite des Exzenters (3) durch einen
mit einer Feder (16) abgestützten Anschlußring (17) gebildet
wird, welchem eine Vorspannwellenmutter (18) zugeordnet ist.
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