DE3816998A1 - Vorrichtung mit einer radialkolbeneinrichtung, insbesondere radialkolbenpumpe, -motor od. dgl. - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Radial­ kolbeneinrichtung, insbesondere Radialkolbenpumpe, -motor od. dgl., entsprechend der Gattung des Hauptanspruchs.

Derartige Radialkolbeneinrichtungen, sofern sie beispiels­ weise als Radialkolbenpumpen ausgebildet sind, dienen auch der Förderung niederviskoser Flüssigkeiten, z. B. von Bremsflüssigkeit. Bei solchen Pumpen müssen die Dicht­ spalte entsprechend lang ausgebildet sein, um die Förder­ verluste niedrig zu halten. Dies führt bei derartigen Pumpen zu langen Steuerzapfen und entsprechend breiten Pumpenkörpern. Die druckbeaufschlagten Kanäle im Steuer­ zapfen bewirken dabei eine einseitige Krafteinwirkung auf den Pumpenkörper, wobei diese mit der Breite des Pumpen­ körpers zunimmt. Diese Kräfte müssen durch entsprechend angeordnet, druckbeaufschlagte Felder kompensiert werden.

Zur Kompensation dieser Kräfte werden beispielsweise gemäß der DE-OS 22 36 125 dem Steuerzapfen Taschen eingeformt, welche seitlich versetzt zu Steueröffnungen angeordnet und periodisch mit den im Steuerzapfen vorhandenen Zylinder­ bohrungen verbindbar sind. Auch die DE-OS 22 39 757 zeigt entsprechend als Taschen geformte Druckfelder auf der Druck- und Saugseite, welche diagonal verbunden sind und über den Spalt zwischen Pumpenkörper und Steuerzapfen mit Druckflüssigkeit versorgt werden. Eine ähnliche Aus­ bildung ist auch der US-PS 38 93 376 sowie der US-PS 38 75 852 zu entnehmen.

Diese als Taschen ausgebildeten Druckfelder haben den Nachteil, daß auch beim Drehen des Pumpenkörpers relativ zum Steuerzapfen keine nennenswerte gerichtete Flüssigkeits­ strömung entsteht, so daß der Druck in allen Bereichen der Kammer etwa gleich groß und die Kraftwirkung auf den Pumpenkörper in Größe und Richtung gleich ist. Dies wirkt sich dann als nachteilig aus, wenn, wie oben erwähnt, bei langen Steuerzapfen eine einseitige Krafteinwirkung auf den Pumpenkörper stattfindet, der dann an dieser Stelle mit erhöhtem Gegendruck begegnet werden sollte.

Vorteile der Erfindung

Eine Vorrichtung mit einer Radialkolbeneinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches weist dagegen eine be­ sondere Ausgestaltung der Druckfelder auf, indem diese aus sich kreuzenden Kanälen bestehen, zwischen denen Teil­ flächen der Mantelfläche des Steuerzapfens verbleiben.

Weder die Größe, die Anzahl, die Form der Felder, noch deren Anordnung am Umfang des Steuerzapfens, noch deren Versorgung mit Druckflüssigkeit über Spalten, Bohrungen etc. spielen im Rahmen der Erfindung eine übergeordnete Rolle. Wesentlich ist lediglich, daß das Druckfeld durch ein Netzwerk von Versorgungskanälen gebildet wird. Dabei beträgt selbstverständlich die Kanalhöhe und -breite ein über Hundertfaches der Höhe des Spaltes zwischen Pumpen­ körper und Steuerzapfen. Hierdurch wird die Strömungs­ geschwindigkeit in diesen Kanälen niedrig gehalten, so daß im gesamten Netzwerk praktisch ein gleicher Druck herrscht. Damit stehen aber auch sämtliche Teilflächen im Ruhezustand etwa unter gleichem Druck.

Dreht sich nun der Pumpenkörper relativ zum feststehenden Steuerzapfen, so entsteht im Spalt über der jeweiligen Teilfläche eine Schleppströmung, d. h. Flüssigkeit wird in Bewegungsrichtung des Pumpenkörpers mitgenommen.

Je nachdem, ob diese Spalthöhe in Drehrichtung abnehmend oder zunehmend ist, addieren oder subtrahieren sich der dynamische und der statische Druck. Die daraus resultierende Kraft aus dem Druckfeld wird somit bei abnehmendem Spalt größer, bei zunehmendem Spalt kleiner.

Erfolgt ein Drücken des Pumpenkörpers gegen ein Druckfeld am Steuerzapfen, so entsteht dadurch ein abnehmender Spalt über dem Druckfeld und eine entsprechende Druckerhöhung. Überwiegt dagegen die resultierende Kraft aus dem Druckfeld, so entsteht ein zunehmender Spalt und eine entsprechende Druckabsenkung. Diese dynamischen Druckänderungen wirken insofern stabilisierend auf den Pumpenkörper als sie immer bestrebt sind, eine konzentrische Lage der Lagerbohrung im Pumpenkörper zum Steuerzapfen herzustellen.

In der vorliegend bevorzugten Ausführungsform sind Druck­ felder radial gegenüberliegend zu einem Druckkanal ange­ ordnet, über den das zu fördernde Medium aus dem Förderraum in die Druckbohrung gelangt. Bevorzugt liegen diese Druck­ felder beidseits des entsprechenden Saugkanals, welcher den Förderraum mit der Saugbohrung verbindet. Zur Ver­ sorgung dieser beiden Druckfelder dienen Stichkanäle, welche über den Umfang der Mantelfläche des Steuerzapfens auf die gegenüberliegende Seite führen.

In diesen beiden Kanälen wird Leckflüssigkeit aus dem Druckkanal gesammelt und den Druckfeldern zugeführt. Da diese Leckflüssigkeit ebenfalls unter Druck steht, pflanzt sich der Druck auch über die gesamte von den Druckfeldern überdeckte Fläche fort und es entstehen Druckfelder auf der dem Druckkanal gegenüberliegenden Seite des Steuer­ zapfens, deren Kraftwirkung gleich groß, aber entgegen­ gesetzt derjenigen des Druckkanals ist.

Bevorzugt sollen jedoch auch beidseits des Druckkanals entsprechende Druckfelder angeordnet sein. Diese können dann beispielsweise über entsprechende Bohrungen auch mit der Saugbohrung in Verbindung stehen, damit Druck­ flüssigkeit zu ihnen gelangen kann. Auch von diesen Druck­ feldern geht eine entlastende Wirkung aus.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu suchen, daß die erfindungsgemäßen Druckfelder bzw. deren Netzwerk im Gegensatz zu den bekannten Taschen spanlos, z. B. durch Rollen, Prägen oder Ätzen in den Steuerzapfen eingearbeitet werden können. Hierdurch ist ihre Herstellung wesentlich verbilligt. Ferner ist es auch möglich, beliebig geformte Druckfelder auf diese Art und Weise herzustellen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise dargestellten Längsschnitt durch eine Radialkolbenpumpe;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Radialkolbenpumpe nach Fig. 1 entlang Linie II-II;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Radialkolbenpumpe gemäß Fig. 1 entlang Linie III-III;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Steuer­ zapfen;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Steuerzapfen entlang Linie V-V in Fig. 10;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Steuerzapfen gemäß Fig. 8 entlang Linie VI-VI;

Fig. 7 einen Querschnitt durch den Steuerzapfen gemäß Fig. 4 entlang Linie VII-VII;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die andere Seite des Steuer­ zapfens gemäß Fig. 4;

Fig. 9 einen Querschnitt durch den Steuerzapfen gemäß Fig. 4 entlang Linie IX-IX;

Fig. 10 einen Querschnitt durch den Steuerzapfen gemäß Fig. 4 entlang Linie X-X;

Fig. 11 eine graphische Darstellung einer Druckverteilung in darunter im teilweise gezeigten Längsschnitt darge­ stellten Taschen in einem Steuerzapfen nach dem Stand der Technik, darunter dargestellt einen Ausschnitt aus der entsprechenden Draufsicht auf den Steuerzapfen,

Fig. 12 eine der Fig. 11 entsprechende Darstellung er­ findungsgemäßer Druckfelder in einem Steuerzapfen und deren Wirkung auf die Druckverteilung;

Fig. 13 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 12, jedoch mit in Bewegungsrichtung zunehmender Spalthöhe.

Eine Radialkolbenpumpe weist gemäß Fig. 1 ein Pumpen­ gehäuse 1 auf, welches einem nur teilweise gezeigten Flansch 2 unter Abdichtung mittels einer Ringdichtung 3 aufgescho­ ben ist. An den Flansch 2 schließt ein nicht näher gezeigtes Polrohr an, in welchem sich beispielsweise ein Gleich­ strom-Motor befindet, welcher über eine Welle 4 mit einer Kupplung 5 verbunden ist.

Über die Kupplung 5 wird ein Pumpenkörper 6 angetrieben. Dieser Pumpenkörper 6 dreht in einem Kugellager 7 um einen Steuerzapfen 8.

In den Pumpenkörper 6 sind Kolben 9 eingepaßt. Diese stützen sich stirnseitig auf dem Innenring 10 des Kugellagers 7 ab und werden durch Federn 11 a (siehe insbesondere Fig. 2) mit dem Innenring 10 in Kontakt gehalten.

In der in Fig. 1 gezeigten Gebrauchslage bildet der Kolben 9 mit dem Steuerzapfen 8 und dem Pumpenkörper 6 einen Förderraum 11 für ein zu förderndes Medium aus. Der Steuer­ zapfen 8 wiederum ist in das Pumpengehäuse 1 eingepreßt. Da das Kugellager 7 exzentrisch zum Steuerzapfen 8 im Pumpengehäuse 1 angeordnet ist, beschreiben die Kolben 9 relativ zum Pumpenkörper 6 bei dessen Drehung eine sinus­ förmige Hubbewegung, durch welche das Volumen des Förder­ raumes 11 verändert wird.

Im Steuerzapfen 8 befindet sich eine durchgehende achs­ parallele Saugbohrung 12 und eine achsparallele als Sack­ bohrung ausgebildete Druckbohrung 13, welche stirnseitig mit einer Kugel 14 verschlossen ist.

Senkrecht zu der Saugbohrung 12 ist eine in Fig. 9 gezeigte Bohrung 15 angeordnet, die in einen als Nut ausgebildeten Saugkanal 16 einmündet. Ebenfalls senkrecht zur Druck­ bohrung 13 ist eine Bohrung 17 angebracht, welche einen Druckkanal 18 anschneidet.

Aus der Druckbohrung 13 mündet dann eine Auslaßbohrung 19 (siehe Fig. 5 und 10) aus, an die zwei in Fig. 3 dargestellte zueinander etwa senkrecht verlaufende Bohrungen 20 und 21 anschließen. Die Bohrung 20 führt zu einem in seinen Einzelheiten nicht näher beschriebenen Druckbegren­ zungsventil 22, während die andere Bohrung 21 mit einem Druckanschluß 23 verbunden ist. Aus diesem strömt das geförderte Medium in Richtung x aus.

Der Fluß des Mediums beim Fördervorgang ist der folgende: Das Medium tritt an einem Sauganschluß 24 in Pfeilrichtung y in ein Filtergehäuse 25 ein. Es durchströmt einen Filter 26 und gelangt über die Saugbohrung 12, die Bohrung 15 und den Saugkanal 16 in den Förderraum 11.

Durch Drehen des Pumpenkörpers 6 um etwa 180° bewegen sich die Kolben 9, von denen im vorliegenden Ausführungs­ beispiel drei gezeigt sind, nach außen, wodurch der Förder­ raum 11 gefüllt wird. Erfolgt dann ein Weiterdrehen des Pumpenkörpers 6, so wird das Medium durch die Kolben 9 aus dem Förderraum 11 über den Druckkanal 18, die Bohrung 17 in die Druckbohrung 13 ausgeschoben. Von dort gelangt sie über die Auslaßbohrung 19 sowie die Bohrungen 20 und 21 zum Druckanschluß 23 und somit aus der Radialkolbenpumpe.

Um eine metallische Berührung und einen damit verbundenen Verschleiß zwischen Pumpenkörper 6 und Steuerzapfen 8 zu vermeiden, sind auf der Mantelfläche 27 (siehe Fig. 4) Druckfelder 28 und 29 sowie 30 und 31 (siehe Fig. 8) vorgesehen. Diese Druckfelder 28 bis 31 bestehen im wesent­ lichen aus sich kreuzenden Kanälen 32 sowie von den Kanälen 32 gebildeten Teilflächen 33.

Die Kanäle 32 der Druckfelder 28 und 29 sind im übrigen mit jeweils einem Stichkanal 34 und 35 verbunden, welche sich beidseits des Druckkanals 18 erstrecken. Über diese beiden Stichkanäle 34 und 35 wird Leckflüssigkeit aus dem Druckkanal 18 gesammelt und den rasterförmigen Druck­ feldern 28 und 29 zugeführt.

Da diese Leckflüssigkeit unter Druck steht, pflanzt sich der Druck auch über die gesamte von den Druckfeldern über­ deckte Fläche fort und es entstehen zwei Druckfelder auf der dem Druckkanal 18 abgewandten Seite des Steuerzapfens 8, deren Kraftwirkung ebenso groß, aber entgegengesetzt derjenigen des Druckkanals 18 ist.

Ähnlich ist auch die Wirkung der Felder 30 und 31, wobei jedoch die Kanäle 32 dieser beiden Druckfelder 30 und 31 nicht näher gezeigt in die Saugbohrung 12 münden, so daß von diesen Druckfeldern 30 und 31 eine entlastende Wirkung ausgeht.

Anhand der Fig. 11 bis 13 wird im einzelnen die Wirkung der Druckfelder näher erläutert:

Fig. 11 zeigt einen teilweise dargestellten Querschnitt des Pumpenkörpers 6 und Steuerzapfens 8 der Radialkolben­ pumpe mit einem entsprechend dem Stand der Technik als Tasche ausgebildeten Druckfeld 36. Eine entsprechende Druckflüssigkeit tritt über einen Zuflußkanal 37 in die Tasche 36 ein. Da in dieser Tasche auch beim Drehen des Pumpenkörpers 6 relativ zum Steuerzapfen 8 keine nennens­ werte gerichtete Strömung des Druckmediums entsteht, ist der Druck in allen Bereichen der Kammer etwa gleich groß und die Kraftwirkung auf den Pumpenkörper 6 in Größe und Richtung gleich, wie dies durch die graphische Darstellung angedeutet werden soll.

Entsprechend den Fig. 12 und 13 werden die Druckfelder 28 bis 31 jedoch durch ein Netzwerk von Versorgungskanälen 32 gebildet. Dazwischen sind die Teilflächen 33 angelegt.

Zwischen dem Pumpenkörper 6 und dem Steuerzapfen 8 bildet sich ein Spalt 38, dessen Spalthöhe im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel nicht maßstabsgetreu ist. Tatsächlich dürfte die Höhe des Kanals 32 etwa dem 150-Fachen der Höhe des Spaltes 38 entsprechen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit in den Kanälen 32 niedrig ist und im gesamten Netzwerk der Kanäle 32 bzw. der Druckfelder 28 bis 31 ein praktisch gleicher Druck herrscht.

Da die Teilflächen 33 allseits mit Kanälen gleichen Druckes umgeben sind, stehen diese Teilflächen 33 im Ruhezustand unter gleichem Druck.

Dreht sich der Pumpenkörper 6 relativ zum feststehenden Steuerzapfen 8, so entsteht im Spalt 38 über der jeweiligen Teilfläche 33 eine Schleppströmung, d. h. das Druckmedium wird in Bewegungsrichtung des Pumpenkörpers 6 mitgenommen.

Ist die Höhe h des Spaltes in Bewegungsrichtung z des Pumpenkörpers 6 abnehmend (konvergierender Spalt), so entsteht ein zusätzlicher dynamischer Druck, der sich zum statischen Druck addiert. Dies soll durch die graphische Darstellung in Fig. 2 verdeutlicht werden.

Im umgekehrten Fall, d. h. bei zunehmender Höhe des Spaltes in Bewegungsrichtung, wie in Fig. 13 dargestellt (diver­ gierender Spalt), subtrahiert sich der dynamische vom statischen Druck. D. h. die resultierende Kraft aus dem Druckfeld 28 bis 31 wird bei konvergierendem Spalt größer, bei divergierendem Spalt kleiner.

Reicht die resultierende Kraft aus dem Druckfeld zur Kom­ pensation der am Pumpenkörper 6 wirkenden sonstigen Kräfte nicht aus, so wird dieser gegen das Druckfeld 28 bis 31 am Steuerzapfen 8 gedrückt. Es entsteht dadurch ein kon­ vergierender Spalt über dem Druckfeld und eine entsprechende Druckerhöhung, wie in Fig. 12 gezeigt. Überwiegt dagegen die resultierende Kraft aus dem Druckfeld 28 bis 31, so entsteht ein divergierender Spalt (Fig. 13) und eine entsprechende Druckabsenkung. Tendenziell wirken die dyna­ mischen Druckänderungen auf den Pumpenkörper 6 stabili­ sierend. Für den Steuerzapfen 8 ergibt dies eine höhere Tragfähigkeit gegenüber der Ausführung nach dem Stand der Technik unter sonst gleichen Bedingungen.

Claims (9)

1. Vorrichtung mit einer Radialkolbeneinrichtung, insbe­ sondere Radialkolbenpumpe, -motor od. dgl., mit einem um einen Steuerzapfen rotierenden Pumpenkörper, wobei in dem Pumpenkörper radial bewegbare Kolben gelagert sind, welche mit dem Steuerzapfen einen Förderraum für ein Medium einschließen, der sowohl mit einer Saugbohrung als auch mit einer Druckbohrung verbindbar ist, wobei ferner auf der Mantelfläche des Steuerzapfens Druckfelder vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder (28, 29, 30, 31) aus sich kreuzenden Kanälen (32) bestehen, zwischen denen Teilflächen (33) der Mantelfläche (27) verbleiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder (28, 29) radial gegenüberliegend zu einem Druckkanal (18) angeordnet sind, über den das zu fördernde Medium aus dem Förderraum (11) in die Druck­ bohrung (13) gelangt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfelder (28, 29) beidseits eines Saugkanals (16) angeordnet sind, welcher den Förderraum (11) mit der Saugbohrung (12) verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von den Druckfeldern (28, 29) zumindest ein Stichkanal (34, 35) entlang der Mantelfläche (27) zur anderen Seite des Steuerzapfens (8) verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem Druckfeld (28, 29) je ein Stichkanal (34 und 35) auf die andere Seite des Steuerzapfens (8) verläuft, welche zwischen sich den Druckkanal (18) aufnehmen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits des Druckkanals (18) die Druckfelder (30, 31) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32) der Druckfelder (30, 31) über Quer­ bohrungen mit dem Saugkanal (16) in Verbindung stehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32) eine Höhe bzw. eine Breite aufweisen, welche zumindest ein Hundertfaches der Höhe (h) eines zwischen Pumpenkörper (6) und Steuerzapfen (8) gebildeten Spaltes (38) beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32) spanlos, beispielsweise durch Rollen, Prägen, Ätzen od. dgl. in den Steuerzapfen (8) eingearbeitet sind.