DE3939184A1 - Radialkolbenpumpe, insbesondere fuer hydraulikanlagen sowie druckerzeugungselement hierfuer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Radialkolbenpumpen, ins­ besondere für hydraulische Anlagen, sowie ein Druckerzeu­ gungselement hierfür.

Bei Radialkolbenpumpen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 35 00 432, der DE-OS 34 24 862, der DE-OS 30 39 197 und DE-GM 85 04 213 bekannt sind, werden eine Mehrzahl von zylin­ drischen Druckerzeugungselementen mit Kolbenaufnahmeteil und gleitend darin gelagertem Kolben radial zu einer Antriebs­ welle mit Exzenter in ein gemeinsames Pumpengehäuse einge­ schraubt. Bei anderen bekannten Radialkolbenpumpen, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 9 23 589 bekannt sind, weisen die Druckerzeugungselemente bzw. genauer die Kolbenaufnahme­ teile der Druckerzeugungselemente eine quaderförmige Form auf und sind an Trägerelemente bzw. an das Pumpengehäuse an­ geschraubt. Die Ausgestaltung der Druckerzeugungselemente als separate von der Radialkolbenpumpe als ganzes lösbare Bauteile gestattet die flexible Anpassung ein und desselben Pumpenkörpers an unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der zu fördernden Medien, der zu erzeugenden Drücke usw. Bei Radialkolbenpumpen, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 9 23 589 bekannt sind, ergibt sich allerdings der Nachteil, daß durch das Anschrauben des quaderförmigen Kolbenaufnahme­ teils an dem Pumpengehäuse bzw. an einem Trägerteil die Ge­ fahr besteht, die Kolbenbohrung in dem Kolbenaufnahmeteil zu deformieren. Da Radialkolbenpumpen auch mit Drehzahlen bis zu 3000 Umdrehungen pro Minute und mehr betrieben werden, kann dies leicht zur Zerstörung der Druckerzeugungselemente führen. Bei Radialkolbenpumpen mit von außen in das Pumpen­ gehäuse eingeschraubten Druckerzeugungselementen bereitet die sinnvolle Anordnung der Ventile Schwierigkeiten, da sich quer zur Schraubrichtung Ventile bzw. Saug- und Druckan­ schlüsse nur sehr schwer anordnen lassen.

Ausgehend von der DE-PS 9 23 589 ist es Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, bei der eine Verformung der Kolbenbohrung durch Verspannungen ver­ mieden wird. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung ein für eine derartige Radialkolbenpumpe geeignetes Druckerzeugungselement anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An­ spruchs 1 bzw. 7.

Durch das Vorsehen einer Aufnahmeöffnung in dem Pumpenge­ häuse oder in einem mit dem Pumpengehäuse verbunden Teil, die axial zu der Antriebswelle verläuft, ist es möglich das Druckelement formschlüssig in die Radialkolbenpumpe einzu­ bauen. Die von dem Exzenter ausgeübten Radialkräfte werden somit formschlüssig und nicht mehr nur reibschlüssig auf das die Aufnahmeöffnung tragende Bauteil übertragen. Das die Aufnahmeöffnung tragende Bauteil kann nach unterschiedlichen Anforderungen, wie z. B. mechanische Festigkeit, Schwingungs- und Schalldämpfungsverhalten, Korrosionsfestigkeit, spezifi­ sches Gewicht usw. gestaltet werden. Für den Fall, daß die Kolbenbohrung das Kolbenaufnahmeteil vollständig durchsetzt, kann das die Aufnahmeöffnung tragende Bauteil gleichzeitig die Funktion des Kolbenboden übernehmen. Durch die axiale Anordnung des Druckerzeugungselements in dem die Aufnahme­ öffnung tragenden Bauteil können die Druck- und Saugan­ schlüsse bzw. Druck und Druckventile nahezu an beliebiger Stelle in bzw. an dem Druckerzeugungselement angeordnet wer­ den.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist die Aufnahmeöffnung und/oder die Außenseite des Druckerzeugungselements bzw. des Kolbenaufnahmeteils ro­ tationssymmetrisch bezüglich der axialen Einbaurichtung. Da­ mit kann die Aufnahmeöffnung im einfachsten Fall in Form einer Bohrung mit konstantem Querschnitt ausgeführt sein. Dies vereinfacht die Herstellung der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe.

Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach An­ spruch 3, ist die Aufnahmeöffnung und/oder die Außenseite des Druckerzeugungselementes bzw. des Kolbenaufnahmeteils profiliert ausgebildet. Diese Profilierung kann einerseits die Schallemission günstig beeinflussen und andererseits kann dadurch das Kolbenaufnahmeteil auf einfache Weise tan­ gential zur Antriebswelle arretiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 4, kann die Arretierung des Druckerzeugungselementes bzw. des Kolbenaufnahmeteiles in dem die Aufnahmeöffnung tragenden Bauteil zusätzlich oder alternativ durch ein Befestigungs­ mittel, z. B. in Form eines Splintstiftes erfolgen.

Durch die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nach An­ spruch 5 kann die Baugröße des Druckerzeugungselements ins­ besondere des Kolbenaufnahmeteiles reduziert werden.

Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach An­ spruch 6 ist trotz Unterbringung des Saugventils im Kolben eine vergleichsweise einfache Konstruktion möglich, da sich die Saugventilfeder nicht innerhalb des Kolbens abstützt sondern im Kolbenaufnahmeteil selbst.

Gemäß Anspruch 7 wird ein besonders geeignetes Druckerzeu­ gungselement bereitgestellt. Dadurch, daß das Kolbenaufnah­ meteil quer zu der Bewegungsrichtung des Kolbens angeordnet ist, ist ein axialer Einbau des Druckerzeugungselementes in eine Radialkolbenpumpe möglich.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Ausführungsform nach Fig. 1 entlang der Ebene A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Druckerzeu­ gungselements,

Fig. 4 eine Darstellung des Druckerzeugungselements von Fig. 3 betrachtet von der Seite aus, mit der das Druckerzeugungselement in die Aufnahmeöffnung eingeschoben wird.

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Druckelements in analoger Darstellung wie in Fig. 4,

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Druckerzeugungselements,

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Druckerzeugungselements, und

Fig. 8, 9 und 10 Detaildarstellungen eines Kolbens für ein erfindungsgemäßes Druckerzeugungselements.

Die Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe dem erfindungsge­ mäßen Druckerzeugungselement. Die Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle 2 auf, die in einer Druckplatte 4 und einer Flanschplatte 6 gelagert ist. Zwischen der Druckplatte 4 und der Flanschplatte 6 erstreckt sich ein ringförmiges bzw. zylindrisches Pumpengehäuse 8 in dessen Wandung sich die Aufnahmeöffnungen 10 in der Form von Bohrungen befinden. In die Aufnahmeöffnungen sind Druckerzeugungselemente 12 mit Kolbenaufnahmeteil 14, Kolben 16, Kolbenbohrung 18 sowie Saugkanal 20 und Druckkanal 22 eingebaut. In den Figuren ist jeweils nur ein Druckerzeugungselement beispielhaft darge­ stellt. Druckplatte 4, Flanschplatte 6 und Pumpengehäuse 8 umschließen einen Kolbenantriebsraum 7 aus dem das zu kom­ primierende Fluid über den Saugkanal 20 angesaugt wird.

Durch einen auf der Antriebswelle 2 befestigten Exzenter 24 wird der Kolben 16 beim Druckhub bewegt; in der Zeichnung nach oben. Der Kolben 16 ist hohl ausgebildet und bildet zu­ sammen mit der Kolbenbohrung 18 einen Kompressionsraum 17. Der Kolben 16 kann gegen die Kolbenbohrung 18 mit einer den Kolben 16 ringförmig umschließenden nicht dargestellten Dichtung abgedichtet werden. Beim Saughub wird der Kolben 16 durch eine Kolbenfeder 26 bewegt - in der Zeichnung nach un­ ten -, die im Inneren des Kolbens 16 angeordnet ist und sich im Kolben 16 selbst und im Kolbenaufnahmeteil 14 am Boden der Kolbenbohrung 18 abstützt. In den Kompressionsraum 17 mündet der Saugkanal 20, der T-förmig ausgebildet ist.

Der Saugkanal 20 ist in dem Kolben 16 integriert, während der Druckanschluß seitlich im Kolbenaufnahmeteil 14 in Kon­ takt mit der Druckplatte 4 vorgesehen ist. Im Saugkanal 20 bzw. im Druckkanal 22 ist ein Saugventil 30 bzw. ein Druck­ ventil 32 in Form von Kugelventilen angeordnet. Das Saugven­ til 30 besteht aus einer Kugel 34, die durch eine Saugven­ tilfeder 36 gegen einen Saugventilsitz 38 im Inneren des Kolbens 16 gedrückt wird und den Saugkanal 20 während des Druckhubes gegen den Kolbenantriebsraum 7 abdichtet. Die Saugventilfeder 36 stützt sich am Boden der Kolbenbohrung 18 an dem Kolbenaufnahmeteil 14 und an der Kugel 34 ab.

Der Druckkanal 22 verbindet den Kompressionsraum 17 mit einer in der Druckplatte 4 untergebrachten Druckanschlußlei­ tung 40. Im Druckkanal 22 ist das Druckventil 32 mit einer Druckventilfeder 42, einer Kugel 44 und einem Kugelanschlag 46 untergebracht. Der Druckkanal 22 ist gegenüber der Druck­ platte 4 durch eine Dichtung 48 angedichtet.

Durch die Drehbewegung der Antriebswelle 2 wird der Kolben 16 periodisch durch den Exzenter 24 in das Kolbenaufnahme­ teil 14 hineingeschoben - Druckhub - und durch die Kolbenfe­ der 26 periodisch wieder aus dem Kolbenaufnahmeteil 14 bis zum unteren Umkehrpunkt herausgedrückt. Infolge des durch den Hub entstehenden Unterdrucks wird die Kugel 34 gegen die Saugventilfeder 36 vom Kugelsitz abgehoben und das Fluid kann durch den T-förmigen Saugkanal 20 in den Kompressions­ raum 17 in die Kolbenbohrung 18 einströmen. Der Druckkanal 22 wird dabei durch die von der Druckventilfeder 42 belaste­ ten Kugel 44 abgeschlossen. Wird nun während des Druckhubs der Kolben 16 durch den Exzenter 24 in den oberen Umkehr­ punkt bewegt, drückt die Saugventilfeder 36 und der sich aufbauende höhere Druck die Kugel 34 auf den Saugventilsitz 38 und die Kugel 44 wird aufgrund des sich aufbauenden hohen Drucks gegen die Druckventilfeder 42 von ihrem Sitz abgeho­ ben. Der Kugelanschlag 46 begrenzt den möglichen Weg der Ku­ gel 44 in dem in den Druckkanal 22 abströmenden Fluid.

Mit einem in den Fig. 1 und 2 nicht näher dargestellten Splintstift, der das Pumpengehäuse 8 durchsetzt und zum Teil in das Kolbenaufnahmeteil 14 des Druckerzeugungselements 12 hineinragt, wird das Druckerzeugungselement 12 gegen Verdre­ hung in der Aufnahmeöffnung 10 gesichert.

Alternativ läßt sich dies bei der in Fig. 5 gezeigten Aus­ führungsform eines Druckerzeugungselements 50 auch dadurch erreichen, daß die Außenseite des Kolbenaufnahmeteils 14 profiliert ist und diese Profilierung 52 in eine korrespon­ dierende Profilierung in der Aufnahmeöffnung 10 eingreift. Abgesehen von der Profilierung 52 stimmt das Druckerzeu­ gungselement 50 mit dem Druckerzeugungselement 12 überein.

In den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 5 ist das Saugventil 30 am Ende des T-förmigen Saugkanals 20 im Inne­ ren des Kolbens 16 angeordnet. Das Saugventil 30 kann aber nicht nur im Kolben, sondern nahezu an jeder beliebigen Stelle im Druckerzeugungselement untergebracht werden. Bei­ spiele hierfür sind in den Druckerzeugungselementen 60 und 70 gemäß Fig. 6 und 7 dargestellt.

Die Ausführungsform des Druckerzeugungselements 60 nach Fig. 6 weist einen Saugkanals 62 auf, der parallel neben der Kol­ benbohrung 18 angeordnet ist. Der Saugkanal 62 mündet neben der Kolbenbohrung 18 in den Kolbenantriebsraum 17, so daß das zu komprimierende Fluid aus dem Kolbenantriebsraum 17 angesaugt werden kann. Unmittelbar hinter der Mündung des Saugkanals 62 in den Kolbenantriebsraum 17 ist ein Saugven­ til 66 angeordnet. Das Saugventil 66 unterscheidet sich von dem Saugventil 30 lediglich in der Ausgestaltung der Saug­ ventilfeder. Das Saugventil 66 weist eine Saugventilfeder 68 auf, die sich an einem Absatz 69 abstützt und nicht an dem Boden der Kolbenbohrung 18, wie dies bei der Saugventilfeder 36 der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Fall ist. Der Saugkanal 62 mündet in den Druckkanal 22, in dem das Druckventil 32 untergebracht ist. Die Ausgestaltung und Funktion des Druckventils 32 und der übrigen Komponenten stimmt völlig mit der Ausgestaltung und Funktion der Ausfüh­ rungsformen nach den Fig. 1 bis 5 überein, so daß sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt.

Fig. 7 zeigt eine weiter Ausführungsform eines Druckerzeu­ gungselementes 70. Das Druckerzeugungselement 70 weist einen Saugkanal 72 auf, der nicht in den Kolbenantriebsraum mün­ det, sondern in eine in der Flanschplatte 6 untergebrachte Saugzuleitung 74. Saugkanal 72 bzw. Saugzuleitung 74 sind durch eine Dichtung 76 abgedichtet. Das im Saugkanal 72 un­ tergebrachte Saugventil 78 stimmt völlig mit dem Saugventil 66 des Druckerzeugungselementes 60 überein. Die Ausfüh­ rungsform nach Fig. 7 ist besonders vorteilhaft bei zu kom­ primierenden Fluiden, die aufgrund ihrer chemischen (z. B. korrosiv), physikalischen (z. B. Temperatur), und/oder biolo­ gischen (z. B. bakteriologisch verseucht) Eigenschaften ge­ trennt von den übrigen Teilen der Radialkolbenpumpe geführt werden sollen.

Fig. 8 zeigt eine für die Förderung derartiger Fluide beson­ ders geeignete Gestaltung eines Kolbens 80. Eine Kolbenfeder 82 umschließt den Kolben 80 im dem Bereich, der aus der Kol­ benbohrung herausragt. Die Kolbenfeder 82 stützt sich am Rand der Kolbenbohrung 18 und an einem Absatz 84 ab. Natür­ lich ist die Ausführungsform des Kolbens gemäß Fig. 8 nicht auf die Förderung von korrosiven Medien beschränkt.

In Fig. 9 ist eine besondere Ausgestaltung eines Kolbens 90 dargestellt. Der Kolben 90 besteht aus einem Kolbenteil 91 und einer Gleitscheibe 92. Durch die Trennung des Kolbens 90 im Kolbenteil 91 und Gleitscheibe 92 lassen sich Querkräfte reduzieren, die durch Fertigungstoleranzen auftreten können. Durch eine mehr oder weniger zentrale Bohrung 94 im Kolben­ teil bzw. 95 in der Gleitscheibe 92 ist eine hydrostatische Entlastung des Kolbens 90 möglich. Diese Art der hydrostati­ schen Entlastung ist jedoch nur möglich, wenn der Saugkanal nicht im Inneren des Kolbens liegt. Die Ausführungsform des Kolbens 90 eignet sich daher besonders für das in Fig. 6 dargestellte Druckerzeugungselement 60.

Für die Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 5 bei denen der Saugkanal im Kolben integriert ist, zeigt der in Fig. 10 dargestellte Kolben 100 eine Möglichkeit für eine hydrosta­ tische Entlastung auf. Eine Entlastungsbohrung 104 wird so in Bewegungsrichtung des Kolbens gelegt, daß sie einen quer­ verlaufenden T-förmigen Saugkanals 102 nicht durchsetzt. Die Entlastungsbohrung 104 ist in Fig. 10 aus zeichnerischen Gründen um 90′′ versetzt gezeichnet.

Claims (7)

1. Radialkolbenpumpe, insbesondere für Hydraulikanlagen, mit
einem Pumpengehäuse (8),
wenigstens einem Druckerzeugungselement (12; 50; 60; 70), daß mindestens einen Kolben (16; 80; 90) aufweist, der in einem Kolbenaufnahmeteil (14) gleitend gelagert ist,
wenigstens einem Saug- und einem Druckkanal (20 bzw. 22),
einer Antriebswelle (2), und
einem mit der Antriebswelle (2) verbundenen Exzenter (24) durch den der Kolben (16; 80; 90) des Druckerzeugungselementes (12; 50; 60; 70) in Hin- und Herbewegung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Pumpengehäuse (8) oder ein mit dem Pumpenge­ häuse verbundenes Teil eine im wesentlichen axial zu der Antriebswelle (2) angeordnete Aufnahmeöffnung (10) aufweist, in der das Druckerzeugungselemt (12; 50; 60; 70) formschlüssig eingebaut ist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufnahmeöffnung (10) und/oder die Außen­ seite des Druckerzeugungselementes (12; 50; 60; 70) rotationssymmetrisch bezüglich der Einbaurichtung des Druckerzeugungselementes sind.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, das die Aufnahmeöffnung (10) und/oder die Außenseite des Druckerzeugungselementes (12; 50; 60; 70) bzw. des Kolbenaufnahmeteils (14) profiliert sind.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckerzeugungs­ element (12; 50; 60; 70) durch ein Befestigungsmittel, z. B. in Form eines Splintstiftes, in der Aufnahmeöff­ nung (10) arretiert ist.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im Druck- und/oder Saugkanal (20, 22) Druck- (32) bzw. Saugventile (30; 66, 78) angeordnet sind.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Saugventil (30) im Kolben (16) unterge­ bracht ist und aus einem Verschlußelement vorzugsweise in Form einer Kugel (34) und einer sich im Kolbenauf­ nahmeteil (14) abstützenden Saugventilfeder (36) be­ steht.

7. Druckerzeugungselement für Fluide, insbesondere zum Einbau in Radialkolbenpumpen nach einem der vorherge­ henden Ansprüche mit mindestens einem Kolben (16; 80; 90), der in einer Kolbenbohrung (18) in einem Kolben­ aufnahmeteil (14) gleitend gelagert ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (16; 80; 90) bzw. die Kol­ benbohrung (18) quer zur Einbaurichtung des Druckerzeu­ gungselements in die Radialkolbenpumpe angeordnet ist.