DE4034267A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit folgenden Merkmalen:
Das Gehäuse enthält einen Innenraum zur Aufnahme eines Zylinderblockes, ferner konzentrisch hierzu angeordnete Lagerflächen für eine Antriebswelle sowie Zufuhr- oder Saugkanäle und Abfuhr- oder Druckkanäle;
der Zylinderblock enthält eine Mehrzahl sternförmig angeordneter radialer zylindrischer Bohrungen, die in einer oder mehreren Sternebenen angeordnet sind und zur Aufnahme je eines Hohlkolbens dienen, ferner ist ein mittiger Antriebsraum zur Aufnahme eines Nockens oder Exzenters vorgesehen, der außerdem mit dem Zufuhrkanal verbunden ist;
die Hohlkolben weisen jeweils eine oder mehrere Saugöffnungen auf, die seitlich in der Kolbenwand angeordnet sind und bei der Bewegung der Kolben in den mittigen Antriebsraum eintauchen bzw. von der zugeordneten Zylinderwand abgedeckt werden;
am äußeren radialen Ende der Zylinderbohrungen sind Rückschlaßventile gebildet, die zu dem oder den Druckkanälen führen.

Bei einer bekannten Radialkolbenpumpe dieser Art (DE 29 51 012 C2) ist ein kreiszylindrischer Exzenterraum vorgesehen, der durch eine Scheibe in zwei Kammern unterteilt ist, aus denen die Zylinderbohrungen mit Fluid versorgt werden. Bei einer derartigen Konstruktion der Radialkolbenpumpe wird keine minimale Baugröße erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenpumpe zu schaffen, die - gemessen an ihrer Förderleistung - einen minimalen Raum einnimmt, mit relativ geringen Lagerbelastungen auskommt, im Hinblick auf Ein- oder Mehrstrompumpenaufbau wandelbar ist, bei der die Größe des theoretischen Förderstromes konstruktiv leicht abgewandelt werden kann und bei der eine gute und weitgehend gleichmäßige Füllung aller Zylinder erzielt wird.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Radialkolbenpumpe der eingangs angegebenen Bauart dadurch gelöst, daß der mittige Antriebsraum mit einer Mehrzahl ebener Ansaugsteuerflächen versehen ist, die ein Vieleck bilden und daß zueinander angrenzende Ansaugsteuerflächen in benachbarten Sternebenen möglichst nur eine Bohrung beherbergen.

Bei Verwendung von zwei Kolben in einer Sternebene stehen die Ansaugsteuerflächen im Viereck, Sechseck oder Achteck, bei Verwendung von drei Kolben in einer Sternebene vorzugsweise im Sechseck, bei Verwendung von vier Kolben in einer Sternebene vorzugsweise im Achteck, bei Verwendung von fünf Kolben in einer Sternebene vorzugsweise im Zehneck und bei Verwendung von sechs Kolben in einer Sternebene vorzugsweise im Zwölfeck.

Die Ansaugung in jedem Hohlkolben erfolgt über eine senkrecht zur Kolbenachse verlaufende ebene Steuerfläche, wodurch eine gleichmäßige Füllung aller Kolben resultiert. Der Füllungsgrad wird durch die verfügbare Zeit begrenzt, in welcher die Saugöffnungen mit dem mittigen Antriebsraum in Verbindung stehen. Wenn eine derartige sauggeregelte Pumpe von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, deren Drehzahl bekanntlich stark schwankt, dann bleibt der Förderstrom dieser Pumpe ab einer gewissen Drehzahl konstant. In dieser Betriebsweise gibt es praktisch immer nur einen Kolben, der den jeweiligen Systemdruck aufbaut. Dies bedeutet aber, daß die Antriebswelle und die Lager jeweils nur von diesem Kolben belastet werden. Da ferner die Sternebenen relativ eng benachbart sein können, sind auch die Abstände der Lager voneinander verhältnismäßig gering. Aus diesen Umständen resultiert, daß Antriebswelle und Lager relativ weniger belastet werden als bei Pumpen vergleichbarer Leistung.

Die Radialkolbenpumpe kann als Einzelpumpe oder, angebaut an eine Flügelzellenpumpe, als Tandempumpe eingesetzt werden. Es können die Förderströme von zwei oder mehr Sternebenen entweder zu einer Einstrompumpe zusammengeführt werden, oder es können die Druckkanäle auch zu unterschiedlichen Auslässen geführt werden, um Zwei- oder Mehrkreispumpen aufzubauen.

Die Durchmesser der Kolben und der Saugöffnungen müssen nicht untereinander gleich sein; es ist auch möglich, unterschiedliche Kolbendurchmesser bzw. unterschiedliche Abstände der Saugöffnungen von der Kolbenunterseite anzuwenden, was insbesondere dann in Betracht kommt, wenn eine Mehrkreispumpe mit unterschiedlichen Förderströmen geschaffen werden soll. In dieser Hinsicht ist es auch möglich, die Exzenter mit unterschiedlichen Hüben für die unterschiedlichen Sternebenen auszustatten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Tandempumpe im gewinkelten axialen Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Ebene II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen axialen Schnitt durch eine Zweistrompumpe,

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch eine Vierstrompumpe und

Fig. 5 bis 13 Einzelheiten und Varianten der Befestigung eines Rückschlagventil-Federbandes.

Es wird auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen, die eine Radialkolbenpumpe zusammen mit einer Flügelzellenpumpe und einen aufgesetzten Tank zeigen. Die Radialkolbenpumpe weist ein Gehäuse 1 mit einem Gehäusedeckel 2 auf, die zusammen einen Innenraum 3 umschließen. Der Gehäusedeckel 2 enthält Lager 4 und das Gehäusehauptteil 1 Lager 5 für eine Antriebswelle 6, die einen Exzenter 7 besitzt. In den Innenraum 3 im Bereich des Exzenters 7 führen Zufuhr- oder Saugkanäle 8, und von der Peripherie des Innenraums 3 führen Abfuhr- oder Druckkanäle 9 weg zu einem oder mehreren Verbrauchern.

Im Innenraum 3 ist ein Zylinderblock 10 angeordnet, der acht sternförmig angeordnete Zylinderbohrungen 11 enthält, die in zwei Sternebenen 12 und 13 angeordnet sind. Die Zylinderbohrungen 11 einer Sternebene sind gegenüber den Zylinderbohrungen der benachbarten Sternebene auf Lücke versetzt, im vorliegenden Fall also um 45°. Der Zylinderblock 10 besitzt einen mittigen Antriebsraum 14, in welchen die Zylinderbohrungen einmünden und in welchem sich der Exzenter 7 dreht. Jede Zylinderbohrung 11 nimmt einen Hohlkolben 15 auf, dessen Boden infolge einer Feder 16 am Exzenter 7 anliegt, wobei sich die Feder an einem Zylinderbohrungsdeckel 17 abstützt, der die Zylinderbohrung radial nach außen abschließt, jedoch jeweils eine Auslaßöffnung 18 aufweist. In jedem Hohlkolben 15 ist eine Reihe von Einlaß- oder Saugöffnungen 19 vorgesehen, deren Größe und Anzahl von Kolben zu Kolben variabel sein kann, vor allem, wenn unterschiedliche Auslaßfluidkreise bedient werden sollen. Normalerweise sind die Saugöffnungen 19 in bestimmtem Abstand vom Kolbenboden in der Seitenwand der Hohlkolben angebracht. Es können aber auch unterschiedliche Abstände der Saugöffnungen 19 vom Kolbenboden gewählt werden, um speziellen Anforderungen zu genügen. Für jede Sternebene 12 und 13 ist jeweils ein Federband 20 vorgesehen, das die Auslaßöffnungen 18 abdeckt und für diese jeweils als Rückschlagventil wirkt. Das Federband 20 ist in einem Ringraum 21 angeordnet, der zwischen den Wandungen des Innenraums 3 und des Zylinderblocks 10 freigelassen ist und mittels Dichtungen 22 gegen druckniedrigere Bereiche abgedichtet ist. Der Druckkanal 9 mündet in den Ringraum 21 und wird von diesem mit Fluid gespeist. Auf dem Exzenter 7 ist ein Laufring 25 angebracht, der als Verbundring aus einem äußeren Stahlring und einer inneren Lagerbuchse aufgebaut ist. Die Böden der Hohlkolben 15 laufen auf der Außenseite des Laufrings 25.

Das in Fig. 1 rechts dargestellte Ende des mittigen Antriebsraumes 14 ist mit dem Zufuhrkanal 8 (Fig. 2) verbunden, und zwischen dem Laufring 25 und der Wandung des Antriebsraumes 14 verbleibt noch ein Zwischenraum, über den die Hydraulikflüssigkeit zu den Hohlkolben 15 und über deren Saugöffnung 19 ins Innere der Zylinderbohrungen 11 gelangen kann. Bei der Drehung der Welle 6 und damit des Exzenters 7 und des Laufringes 25 werden die jeweiligen Kolben 15 angehoben, so daß der angesaugte Inhalt auf Druck gebracht und über das abhebende Stahlband 20 in den Ringraum 21, von dort in den Auslaßkanal 9 verschoben wird, wie es bekannt ist.

Neu ist die Begrenzung des mittigen Antriebsraumes 14, der ein Vieleck bildet. Im vorliegenden Fall weist der Antriebsraum 14 acht ebene Ansaugsteuerflächen 24 auf, die im Querschnitt der Fig. 2 ein Oktaeder ergeben. Jeder Zylinderbohrung 11 bzw. jedem Hohlkolben 15 ist somit jeweils eine ebene Steuerfläche 24 zugeordnet. In der Sternebene 12 sind vier Zylinderbohrungen 11 und in der Sternebene 13 weitere vier Zylinderbohrungen 11 vorgesehen, die gegeneinander versetzt angeordnet sind, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich. Wenn die Kolben 15 in den mittigen Antriebsraum 14 genügend weit eintauchen, kommen sämtliche Saugöffnungen 19 eines Kolbens gleichmäßig frei, woraus eine gute und gleichmäßige Füllung der Zylinder resultiert. (wenn der Antriebsraum 14 kreiszylindrisch ist, sind die der Sternebene benachbarten Saugöffnungen 19 länger abgedeckt als die den Längssymmetrieebenen benachbarten Saugöffnungen 19.) Die Versetzung der Zylinderbohrungen 11 einer Sternebene gegenüber den Zylinderbohrungen der anderen Sternebene erlaubt im übrigen eine kompakte Bauweise des Zylinderblockes 10, da diese Sternebenen 11 und 12 relativ nahe beieinander angeordnet sein können, ohne daß sich die Zylinderbohrungen 11 gegeneinander stören, selbst wenn man deren Durchmesser gegenüber der gezeigten Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 vergrößern würde. Man kann im übrigen die Zylinderbohrungen 11 auf unterschiedliche Auslaßkreise aufteilen, um zu einer Mehrstrompumpe zu gelangen. Dabei ist es möglich, den Durchmesser der Zylinder 11 für den einen Stromweg abweichend von dem des anderen Stromweges zu machen und die Größe und Anzahl der Saugöffnungen 19 passend für den zu bewältigenden Fludstrom zu wählen.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Radialkolbenpumpe, bei der es zwei Ringräume 21a, 21b und zwei Auslaßkanalsysteme 9a, 9b gibt. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 sind die Sternebenen 12 und 13 etwas weiter auseinandergerückt, und es sind zwei Nocken 7a, 7b gebildet, die natürlich auch unterschiedliche Abmaße oder Hübe haben können, um zu unterschiedlichen Förderströmen für die beiden Auslaßstromkreise zu gelangen. Selbstverständlich kann diese Maßnahme auch noch mit unterschiedlichen Durchmessern der Zylinderbohrungen 11 und der Saugöffnungen 19 verbunden sein.

In Fig. 3 sind noch zusätzliche Längsbohrungen 30 dargestellt, die sich axial durch den Zylinderblock hindurch erstrecken, und zusätzlich Strömungswege von den Saugkanälen 8 zu dem Antriebsraum 14 bilden, um die in der Sternebene 12 untergebrachten Einzelpumpen besser mit Fluid zu versorgen.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Mehrstrompumpe, die als Abwandlung der Pumpe nach Fig. 3 anzusehen ist. In jeder der Sternebenen 12 und 13 gibt es einzelne Zylinderbohrungen 11, deren Zylinderbohrungsdeckel 17 ohne radiale Auslaßöffnung 18 ist, wobei der Auslaß dieser in Fig. 4 oben gezeigten Zylinder 11 seitlich, in axialer Richtung, über Auslaßkanäle 28a, 28b erfolgt. Die Kanäle 28a, 28b stehen jeweils über Platten-Rückschlagventile 29a, 29b mit einem zugeordneten Auslaßkanal 9c, 9d in Verbindung. Die Pumpe hat also einen Einlaßkanal 8 und vier Auslaßkanäle 9a bis 9d.

Obzwar nur jeweils eine Zylinderbohrung 11 in Verbindung mit den zusätzlichen Auslaßkanälen 9c oder 9d gezeigt ist, können auch zwei oder mehrere Zylinderbohrungen einer Sternebene 12 oder 13 auf einen der zusätzlichen Auslaßkanäle 9c oder 9d arbeiten. Hierzu ist lediglich notwendig, den jeweiligen Kanal 9c oder 9d entsprechend seitlich zu der betreffenden Zylinderbohrung hinzuführen und die Zylinderbohrung über einen axialen Kanal 28 und ein Rückschlagventil 29 anzuschließen.

Wenn wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 in einer Sternebene 12 oder 13 nur wenige Zylinder 11 angeordnet sind, verbleibt Raum für eine Sackbohrung 23 (Fig. 2, 5 und 6), in welchen ein hakenförmiges Ende 20a des Federbandes angreift, so daß das Federband 20 am Umfang des Zylinderblockes 10 gegenüber Wanderungen arretiert ist, jedoch abheben kann, wo es erforderlich ist.

Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Art der Festlegung des Federbandes 20 am Umfang des Zylinderblockes 10. Das Federband 20 weist ein Langloch 20b auf, durch das ein Kopfstift 26 hindurchgreift, um das Federband 20 am Umfang des Zylinderblockes 10 zu halten, ohne dessen geringe Längsverschiebbarkeit zu verhindern. Das Federband 20 kann also an gegebener Stelle abheben, um Druckfluid in den Ringraum 21 zu entlassen.

Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Variante der Befestigung des Federbandes 20. Neben dem Langloch 20b ist noch ein weiteres Langloch 20c am anderen Ende des Federbandes 20 vorgesehen, beide Enden überlappen sich, und der Kopfstift 26 durchgreift beide Langlöcher 20b und 20c.

Die in Fig. 11 gezeigte Variante der Befestigung des Federbandes 20 benutzt zwei stirnseitig offene Schlitze 20d und jeweils einen Kopfstift 26, der die dargestellten Enden des Federbandes 20 niederhält, wobei der Schaft des Kopfstiftes 26 jeweils durch den Schlitz 20d hindurchgreift und in dem Zylinderblock 10 verankert ist. Wie die Ausführungsform nach Fig. 12 zeigt, kann man sich auch nur mit einem Kopfstift 26 und einem Schlitz 20d begnügen, da das Federband 20 genügend Spannung hat, sich an dem Zylinderblock 10 anzulegen. Es ist sogar möglich, auf einen Kopfstift als Niederhalter zu verzichten und lediglich einen Begrenzungsanschlag 27 zu benutzen, der verhindert, daß sich das Federband 20 über den Umfang des Zylinderblockes 10 hinweg bewegt. Der Anschlag 27 kann als Kerbstift mit oben glatter Oberfläche ausgebildet sein.

Der Zylinderblock 10 kann im übrigen aus einzelnen Scheiben aufgebaut sein, die jeweils die Sternebenen enthalten. Dabei ist es nicht notwendig, daß benachbarte Scheiben den gleichen Durchmesser aufweisen. Zur Montageerleichterung von Radialdichtungen ist es vielmehr vorteilhaft, wenn benachbarte Scheiben gestuften Durchmesser aufweisen, was sich dann natürlich auch in einer gestuften Innenraumbohrung 3 bemerkbar macht.

Der Zylinderblock 10 kann auch als Sinterteil gefertigt sein. Dabei ist es möglich, unterschiedliche Vielecke in benachbarten Sternebenen vorzusehen, da sich dies mit dem Herstellungsverfahren ohne weiteres realisieren läßt, auch wenn diese benachbarten Vielecke ein und demselben Block angehören. Es können natürlich auch gleichartige, jedoch zueinander versetzte Vielecke benutzt werden.

Beim Betrieb der Pumpe wird Fluid über die Zufuhrkanäle 8 angesaugt und gelangt in den mittigen Antriebsarm 14, wobei dessen Ausbildung als Vieleck gewissermaßen ungestörte Kanäle in den jeweiligen Ecken des Vielecks gegenüber dem rundum laufenden Exzenter 7 freiläßt. Da nicht alle Seiten des Vielecks von Hohlkolben 15 besetzt sind und der oder die Exzenter 7, 7a, 7b nicht in die Ecken des Vielecks hineingelangen, erreicht normalerweise genügend Fluid auch die zweite Reihe der Zylinderbohrungen, die in Fig. 1 und 3 der Sternebene 12 zugeordnet sind. Zusätzlich kann deren Versorgung mit den Längsbohrungen 30 verbessert werden, wie bereits erwähnt. Auf diese Weise ist es möglich, den Füllungsgrad der Zylinder in beiden Sternebenen 12, 13 annähernd gleichmäßig zu erzielen.

Das Prinzip der Radialkolbenpumpe erlaubt es, mehr als zwei Kolbenreihen oder Sternebenen nebeneinander vorzusehen, um entweder zu größeren Förderströmen bei verringerten Pulsationen zu gelangen, oder mehrere Auslaßstromkreise zu bedienen. Selbstverständlich kann man auch nur eine einzige Kolbenreihe oder Sternebene benutzen. Die Radialkolbenpumpe kann auch mit einer Flügelzellenpumpe zusammengebaut sein, um eine Tandempumpe zu bilden.

Claims (15)

1. Radialkolbenpumpe mit folgenden Merkmalen: das Gehäuse (1, 2) enthält einen Innenraum (3) zur Aufnahme eines Zylinderblockes (10), ferner konzentrisch hierzu angeordnete Lagerflächen (4, 5) für eine Antriebswelle (6) sowie Zufuhr- oder Saugkanäle (8) und Abfuhr- oder Druckkanäle (9);
der Zylinderblock (10) enthält eine Mehrzahl sternförmig angeordneter radialer zylindrischer Bohrungen (11), die in einer oder mehreren Sternebenen (12, 13) angeordnet sind und zur Aufnahme je eines Hohlkolbens (15) dienen, ferner ist ein mittiger Antriebsraum (14) zur Aufnahme eines Nockens oder Exzenters (7) vorgesehen, der außerdem mit dem Zufuhrkanal (8) verbunden ist;
die Hohlkolben (15) weisen jeweils eine oder mehrere Saugöffnungen (19) auf, die seitlich in der Kolbenwand angeordnet sind und bei der Bewegung der Kolben in den mittigen Antriebsraum (14) eintauchen bzw. von der zugeordneten Zylinderwand abgedeckt werden;
am äußeren radialen Ende der Zylinderbohrungen (11) sind Rückschlagventile (20) gebildet, die zu dem oder den Druckkanälen (9) führen, dadurch gekennzeichnet, daß der mittige Antriebsraum (14) mit einer Mehrzahl ebener Ansaugsteuerflächen (24) versehen ist, die ein Vieleck bilden und daß zueinander angrenzende Ansaugsteuerflächen (24) in benachbarten Sternebenen (12, 13) möglichst nur eine Bohrung (11) beherbergen.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugsteuerflächen (24) bei Besetzung mit zwei Kolben (15) in einer Sternebene im Viereck, Sechseck oder Achteck, bei Besetzung mit drei Kolben (15) in einer Sternebene im Sechseck, bei Besetzung mit vier Kolben (15) in einer Sternebene im Achteck, bei Besetzung mit fünf Kolben (15) in einer Sternebene im Zehneck und bei Besetzung mit sechs Kolben (15) in einer Sternebene im Zwölfeck angeordnet sind.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Zylinderbohrungen (11) in benachbarten Sternebenen (12, 13) gegeneinander versetzt ist.

4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere voneinander getrennte Druckkanäle (9a, 9b, 9c, 9d) vorgesehen sind.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinderbohrungen (11) unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen sind.

6. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzenter (7a, 7b) in benachbarten Sternebenen (12, 13) unterschiedliche Hübe aufweisen.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Exzenter (7) und Kolbenunterseite ein Laufring (25) angeordnet ist, der als Verbundring aus einem äußeren Stahlring und einer inneren Lagerbuchse aufgebaut ist.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Rückschlagventile einer Sternebene (12 oder 13) von einem gemeinsamen Federband (20) gebildet wird.

9. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband (20) einen nach innen gebogenen Haken (20a) zu Arretierungszwecken aufweist.

10. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband (20) wenigstens ein Langloch (20b, 20c) oder Schlitz (20d) und einen darin eingreifenden Kopfstift (26) zu Arretierungszwecken aufweist.

11. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Enden des ringförmigen Federbandes (20) ein am Zylinderblock (10) befestigter Anschlag (27) angeordnet ist.

12. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil der Rückschlagventile einer Sternebene (12 oder 13) von einzelnen Rückschlagventilen (29a, 29b) gebildet wird, die zu einem eigenen Druckauslaßkanal (9c oder 9d) führen.

13. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (10) aus einzelnen Scheiben aufgebaut ist.

14. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (10) oder seine Scheiben als Sinterteile ausgebildet sind.

15. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (10) zusätzliche Längskanäle (30) zwischen Zufuhrkanal (8) und der entfernten Sternebene (12) aufweist.