DE4041248A1 - Drehkolbenpumpe mit variabler verdraengung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe mit variabler Verdrängung, insbesondere einen Pumpenaufbau, welcher ver­ hindert, daß ein Nockenring für die Veränderung der Pumpen­ verdrängung während seiner Schwingbewegung unerwünschte Haft- und Schlupfeffekte zeigt.

Drehkolbenpumpen sind als kleindimensionierte Pumpen mit ge­ ringem Gewicht mit hoher Effizienz bekannt, und sie werden auf verschiedensten Gebieten eingesetzt.

Ein Beispiel einer Drehkolbenpumpe mit variabler Verdrängung wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Pumpenbereich der Drehkolbenpumpe mit variabler Verdrängung. Eine An­ triebswelle 8 ist drehbar in einem Pumpengehäuse 7 gelagert und erstreckt sich in einen Innenhohlraum des Pumpengehäuses 7 mit kreisförmigem Querschnitt und koaxial zur Achse des Innenhohlraums. Ein säulenartiger Rotor 1 ist fest mit der Antriebswelle 8 verbunden und dreht sich zusammen mit dieser in der in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeuteten Richtung. Ein Nockenring 3 ist zwischen dem Rotor 1 und dem Pumpenge­ häuse 7 angeordnet. Der oberste Bereich des Nockenrings 3 berührt die Innenfläche des Pumpengehäuses 7 über ein Schwenkglied 32, während der unterste Bereich des Nocken­ rings 3 die Innenwandung des Pumpengehäuses 7 über ein Dichtglied 33 berührt. Somit kann der Nockenring 3 Schwenk­ bewegungen um das Schwenkglied 32 ausführen.

Der Nockenring 3 ist mit einem Federsitz 34 im unteren Be­ reich ausgerüstet. Eine Federwendel 35 liegt zwischen dem Federsitz 34 und der Bodenfläche einer im Pumpengehäuse 7 ausgebildeten konkaven Ausnehmung. Der Nockenring 3 wird somit durch die Federkraft der Federwendel 35 in Richtung der maximalen Exzentrizitätsposition gedrückt.

Eine Vielzahl von Flügeln 2 ist in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung des Rotors 1 angeordnet. Diese Flügel 2 sind in radialer Richtung hin und her verschiebbar und ste­ hen in Kontakt mit der Innenfläche des Nockenrings 3. Bei Beaufschlagung mit dem Pumpenentladungsdruck gleitet jeder Flügel 2 nach außen zur Innenfläche des Nockenrings 3 hin, bis das obere Ende des Flügels die Innenfläche des Nocken­ rings 3 berührt. Hierdurch und durch Seitenplatten 4A, 4B, deren jede mit engem Abstand den beiden Seitenkanten eines jeden Flügels 2 gegenüberliegt, werden geschlossene Pumpen­ kammern P definiert. Während der Drehung des Rotors 1 kommt es zu einem Umlauf einer jeden Pumpenkammer P mit sich än­ derndem Volumen derselben.

Ein bogenförmiger Einlaßbereich 41 ist in der Seitenplatte 4B ausgebildet, und zwar in Gegenüberlage zur Pumpenkammer P, deren Volumen sich allmählich erhöht, während anderer­ seits eine bogenförmige Auslaßöffnung 42 in der Seitenplatte 4B in Gegenüberlage zu einer anderen Pumpenkammer P ausge­ bildet ist, deren Volumen sich allmählich verringert. Somit wird das Arbeitsmedium aus der Einlaßöffnung 41 abgesaugt und unter Druck in die Auslaßöffnung 42 entlassen.

Das unter Druck stehende Arbeitsmedium gelangt in einen Raum 5a, welcher definiert ist durch einen halben Umfang der Aus­ senperipherie des Nockenrings 3, welcher sich vom Schwenk­ glied 32 zum Dichtungsglied 33 erstreckt, sowie durch die Innenfläche des Pumpengehäuses 7. Das Arbeitsmedium gelangt in diesen Raum über einen Regler 92 (Fig. 5). Ein Raum 5b, welcher definiert ist durch die andere Hälfte der Außenperi­ pherie des Nockenrings 3 und die Innenfläche des Pumpenge­ häuses 7 steht in Verbindung mit einem Vorratstank 94.

Mit Erhöhung des Durchsatzes des aus der Pumpe ausströmenden Arbeitsmediums und demgemäß mit Erhöhung des Auslaßdruckes beginnt der Nockenring 3 gemäß Fig. 3 um das Schwenkglied 32 nach links zu verschwenken, und zwar gegen die Federkraft der Federwendel 35. Dabei nähert sich die Achse des Nocken­ rings 3 der Achse des Rotors 1.

Während sich die Exzentrizität des Nockenrings 3 verringert, verringert sich auch die Volumenänderung der Pumpenkammern P. Dies hat zur Folge, daß der Durchsatz geringer wird.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Strömung des Arbeitsmediums über eine Flügelpumpe 91 und eine Last 93. Ein Teil des Druckmediums fließt zum Raum 5a der Flügelpumpe 91 über einen Regler 92, welcher den Druck des Arbeitsmediums re­ gelt, das in den Raum 5a eintritt, und zwar ansprechend auf ein nicht gezeigtes Steuersignal. Hierdurch ändert sich der Druck in dem Raum 5a der Flügelpumpe 91 proportional zum Steuersignal, so daß die Verdrängung der Flügelpumpe 91 durch das Steuersignal gesteuert wird.

Bei der herkömmlichen Drehkolbenpumpe mit diesem Aufbau kommt es zu einer plötzlichen Änderung des Innendrucks einer jeden Pumpenkammer P, sobald bei der Drehung des Rotors 1 ein vorhergehender Flügel 2 einer jeden Pumpenkammer P die Einlaßöffnung 41 erreicht bzw. sobald der vorangehende Flü­ gel 2 im Verlauf der Drehung des Rotors 1 die Auslaßöffnung 42 erreicht. Dies führt dazu, daß exzentrische Lasten perio­ disch auf den Nockenring 3 einwirkt, und zwar in dessen Schwenkrichtungen. Dies führt zu einem unerwünschten Schwin­ gen des Nockenrings 3. Dieses unerwünschte Schwingen des Nockenrings 3 verursacht eine instabile Steuerung des Durch­ satzes der Pumpe, und es führt auch zu Geräuschentwicklun­ gen.

Aus diesem Grunde hat man herkömmlicherweise gemäß Fig. 3 die Vibrationen des Nockenrings 3 durch einen Reibungsring 6 zu verhindern gesucht. Dieser Reibungsring 6 hat über seine gesamte Länge entlang einer Seitenfläche des Nockenrings 3 eine rechteckige Querschnittsgestalt. Genauer gesprochen ist eine kreisförmige Nut 36 gemäß Fig. 4 über die gesamte Sei­ tenfläche 3a des Nockenrings 3 ausgebildet. Ein kreisförmi­ ger Dichtungsring 61 ist in dieser Nut 36 untergebracht. Der Reibungsring 6 wird durch die Elastizität des Dichtungsrings 61 in engen Kontakt mit der Seitenplatte 4A gebracht. Hier­ durch entsteht eine Reibungskraft zwischen dem Reibungsring 6 und der Seitenplatte 4A. Diese verhindert Vibrationen des Nockenrings 3.

Ein Beispiel eines Reibungsrings für eine Pumpe mit variab­ ler Verdrängung ist in der japanischen ungeprüften Ge­ brauchsmusterpublikation Nr. Sho 59-1 60 875 beschrieben.

Bei der erläuterten herkömmlichen Drehkolbenpumpe mit vari­ abler Verdrängung wirkt jedoch der Auslaßdruck in der Aus­ laßöffnung 42 auf die andere Seitenfläche 3b des Nockenrings 3 ein, welche der Auslaßöffnung 42 gegenüberliegt. Daher verursacht dieser Auslaßdruck eine übermäßig große Schub­ kraft, welche auf den Reibungsring 6 einwirkt. Dies führt zu einer übermäßigen Steigerung der Reibungskraft zwischen dem Reibungsring 6 und dem Nockenring 3. Dies wiederum führt zur Erzeugung von unerwünschten Haft- und Schlupfeffekten des Nockenrings während seiner Schwingbewegung.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Drehkolbenpumpe mit variabler Verdrängung zu schaffen, welche in wirksamer Weise Vibrationen des Nockenrings vermeidet, ohne daß es zu Haft­ und Schlupfeffekten während der Schwingbewegung des Kolben­ rings kommt.

Die Drehkolbenpumpe mit variabler Verdrängung gemäß der Er­ findung umfaßt ein Pumpengehäuse und eine Antriebswelle, welche drehbar im Pumpengehäuse gelagert ist, und zwar ko­ axial zu diesem. Ein Rotor ist fest auf der Antriebswelle gehaltert und dreht sich gemeinsam mit derselben innerhalb des Pumpengehäuses. Der Rotor weist eine Vielzahl von Flü­ geln auf, welche in regelmäßigen Intervallen um den Umfang der Außenperipheriefläche desselben verteilt angeordnet sind. Diese Flügel sind radial verschiebbar, und zwar ein­ wärts und auswärts im Verlaufe der Drehbewegung des Rotors.

Ein Nockenring ist zwischen dem Rotor und dem Pumpengehäuse exzentrisch zum Pumpengehäuse angeordnet. Hierdurch werden zwei Räume definiert, und zwar zwischen den Halbbereichen der Außenperipherie des Nockenrings und der gegenüberliegen­ den Innenfläche des Pumpengehäuses. Einer der beiden Räume zwischen dem Nockenring und dem Pumpengehäuse steht mit einer Druckquelle in Verbindung. Zwei Seitenplatten sind jeweils auf beiden Seiten der Flügel angeordnet. Das äußere Ende eines jeden Flügels berührt die Innenfläche des Nocken­ rings. Hierdurch werden Pumpenkammern zwischen dem Rotor und dem Nockenring definiert. Eine Einlaßöffnung für das sukzes­ sive Ansaugen des Arbeitsmediums in die Pumpenkammern und eine Auslaßöffnung für das sukzessive Entlassen des Druckme­ diums aus den Pumpenkammern sind in einer Seitenplatte ange­ ordnet und das innere Ende der Auslaßöffnung steht gegenüber einer Seitenfläche des Nockenrings. Ein Reibungsring ist zwischen dem Nockenring und einer der Seitenplatten angeord­ net. Der Reibungsring wird durch ein elastisches Bauteil in Kontakt mit der gegenüberliegenden Seitenplatte gehalten. Eine Druckkompensationsausnehmung ist in der anderen Seiten­ fläche des Nockenrings ausgebildet, welche der einen Seiten­ fläche gegenüberliegt, zu der die Auslaßöffnung hin offen ist. Die Druckkompensationsausnehmung hat eine Gestalt, wel­ che derjenigen der Auslaßöffnung entspricht, und sie steht mit den Pumpenkammern in Verbindung.

Im Betrieb wird das Arbeitsmedium sukzessive aus der Einlaß­ öffnung in die Pumpenkammern eingesaugt, und das eingesaugte Arbeitsmedium wird sukzessive unter Druck gesetzt und aus den Pumpenkammern in die Auslaßöffnung entlassen. Der Nocken­ ring wird aus seiner exzentrischen Position zur coaxialen Position im Gehäuse hin verschwenkt gemäß dem Druck der Druckquelle. Hierdurch wird die Auslaßrate eingestellt.

Aufgrund der Druckkompensationsausnehmung wirkt der Auslaß­ druck in der Auslaßöffnung auch auf die Seitenfläche des Nockenrings ein, welche derjenigen Seitenfläche entgegenge­ setzt ist, die der Auslaßöffnung gegenüberliegt. Dieser Aus­ laßdruck ist im wesentlichen gleich demjenigen Druck, wel­ cher auf die Seitenfläche des Nockenrings einwirkt, welche der Auslaßöffnung gegenüberliegt. Dies ist darin begründet, daß die Druckkompensationsausnehmung eine Konfiguration hat, welche derjenigen der Auslaßöffnung angepaßt ist. Dies führt dazu, daß der Nockenring nicht übermäßig in nur einer Rich­ tung durch den Auslaßdruck in der Auslaßöffnung gedrückt wird. Die Schiebekraft, welche auf den Reibungsring ein­ wirkt, ist somit um einen gewissen Betrag vermindert. Hier­ durch wird das Haft- und Schlupfphänomen vermieden, wenn der Nockenring auf die gegenüberliegende Seite hin verschwenkt wird. Somit können Vibrationen des Nockenrings vermieden oder verringert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Pumpenbereich einer ersten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Drehkolbenpumpe mit variabler Verdrän­ gung;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine herkömmliche Dreh­ kolbenpumpe mit variabler Verdrängung;

Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3; und

Fig. 5 ein Strömungsdiagramm des Arbeitsmediums.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 soll nun ein Pumpenbereich einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehkol­ benpumpe mit variabler Verdrängung erläutert werden.

Ein Rotor 1 ist auf einer Antriebswelle 8 befestigt, welche drehbar in einem Pumpengehäuse 7 angeordnet ist. Der Rotor erstreckt sich in die Innenausnehmung des Pumpengehäuses 7, und zwar koaxial zur Achse der Innenausnehmung. Ein Nocken­ ring 3 ist zwischen dem Rotor 1 und dem Pumpengehäuse 7 an­ geordnet und verschwenkbar an der obersten Innenfläche des Pumpengehäuses 7 über ein Schwenkglied 32 gelagert. Flügel 2 sind im Rotor 1 in regelmäßigen Intervallen rund um den Um­ fang desselben angeordnet. Sie sind radial auswärts und ra­ dial einwärts verschiebbar, so daß jeweils das äußere Ende eines jeden Flügels 2 in Kontakt mit der Innenfläche des Nockenrings 3 steht. Zwei Seitenplatten 4A, 4B sind jeweils auf beiden Seiten der Flügel 2 angeordnet, und hierdurch werden Pumpenkammern P zwischen jeweils zwei benachbarten Flügeln 2 definiert. Eine bogenförmige Einlaßöffnung 41 und eine bogenförmige Auslaßöffnung 42 sind in einer Seitenplat­ te 4B ausgebildet. Ein in radialer Richtung innen gelegener Halbbereich einer jeden dieser Ausnehmungen 41, 42 öffnet sich zu den Pumpenkammern P hin.

Eine Seitenfläche des Nockenrings 3 liegt einem in radialer Richtung außen gelegenen Bereich der Auslaßöffnung 42 gegen­ über. Ein partieller Reibungsring 6 (aus dem ein Segment herausgebrochen ist) liegt zwischen der Seitenfläche des Nockenrings 3, welche der Auslaßöffnung nicht gegenüber­ liegt, und der Seitenplatte 4A. Dies gilt jedoch nicht für den Bereich, in dem die Auslaßöffnung 42 liegt. (Hier be­ findet sich der herausgebrochene Teil des Reibungsrings). Der Reibungsring 6 wird durch einen teilweise abgeschnitte­ nen Dichtungsring 61 zur Seitenplatte 4A hingedrückt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

Eine Druckkompensationsausnehmung 31 ist gemäß Fig. 1 in der Seitenfläche des Nockenrings ausgebildet. Diese Druck­ kompensationsausnehmung hat eine Wirkfläche 31a, welche pa­ rallel zur Innenfläche der Seitenplatte 4A liegt und deren Fläche gleich ist der Querschnittsfläche des in radialer Richtung außen gelegenen Halbbereichs der Auslaßöffnung 42. Die Seitenfläche des Nockenrings 3, in der diese Ausnehmung 31 vorgesehen ist, liegt der Auslaßöffnung 42 nicht gegen­ über. Diese Anordnung gilt mit Ausnahme des Bereichs, in dem der Reibungsring 6 gemäß Fig. 2 vorgesehen ist.

Das Bezugszeichen 33 bezeichnet ein Dichtungsglied, welches den Nockenring 3 in einen dichtenden Angriff an der Innen­ fläche des Pumpengehäuses 7 bringt. Das Bezugszeichen 34 be­ zeichnet einen Federsitz für eine Federwendel 35, welche den Nockenring 3 in seine exzentrische Position relativ zum Pum­ pengehäuse 7 drückt. Die Bezugszeichen 5a, 5b bezeichnen je­ weils Räume, welche durch die Hälften der Außenperipherie des Nockenrings 3 und durch die Innenfläche des Pumpengehäu­ ses 7 definiert sind.

Wenn im Betrieb der Rotor 1 gedreht wird, so wird das Ar­ beitsmedium aus der Einlaßöffnung 41 angesaugt, und zwar in jede Pumpenkammer P, welche durch zwei benachbarte Flügel 2 definiert ist, und das Druckmedium wird über die Auslaß­ öffnung 42 entlassen. Zu dieser Zeit wirkt der Auslaßdruck der Auslaßöffnung 42 auf beide Seitenflächen des Nockenrings 3 ein, nämlich auf diejenige, welche der Auslaßöffnung 42 direkt gegenüberliegt und auf die andere Seitenfläche des Nockenrings 3 über die Druckkompensationsausnehmung 31. So­ mit wird der Nockenring 3 nicht durch einen exzessiven Druck gegen die Seitenplatte 4A über den Reibungsring 6 gepreßt.

Somit wird der Reibungsring 6 mit der zweckentsprechenden elastischen Kraft des Dichtungsrings 61 gegen die Seiten­ platte 4A gepreßt, so daß der Nockenring 3 nicht in Vibrati­ onen gerät. Wenn nun der Nockenring entsprechend der Ande­ rung der Verdrängung der Pumpe verschwenkt wird, so wird die Ausbildung eines Haft-Schlupf-Phänomens des Nockenrings ver­ mieden. Dies hat seinen Grund darin, daß sich der Reibungs­ ring 6 nicht über die gesamte Seitenfläche des Nockenrings erstreckt, sondern vielmehr der Bereich, welcher der Auslaß­ öffnung 42 entspricht, ausgenommen ist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziell be­ schriebene Ausführungsform beschränkt. Bei dieser Ausfüh­ rungsform ist die Auslaßöffnung in nur einer der beiden Seitenplatten vorgesehen. Es kann jedoch auch eine Auslaß­ öffnung in beiden Seitenplatten vorgesehen sein. Diese bei­ den Auslaßöffnungen können voneinander unterschiedliche Ab­ messungen haben.

Sowohl der Reibungsring als auch die Druckkompensationsaus­ nehmung können im Nockenring ausgebildet sein, ohne daß hierdurch der Außendurchmesser desselben erhöht wird. Diese Ausbildung führt dazu, daß Vibrationen und ruckartige Bewe­ gungen des Nockenrings vermieden werden. Der Nockenring führt somit glatte Schwingbewegungen aus, ohne daß es zu Haft-Schlupf-Effekten kommt.

Claims (5)

1. Drehkolbenpumpe mit variabler Verdrängung, welche folgendes umfaßt:
ein Pumpengehäuse;
eine Antriebswelle, welche drehbar in dem Pumpenge­ häuse coaxial zu diesem gelagert ist;
einen Rotor, welcher an der Antriebswelle befestigt ist und gemeinsam mit dieser im Pumpengehäuse rotiert und welcher mit einer Vielzahl von Flügeln in regelmäßigen Ab­ ständen in Umfangsrichtung an seiner Außenperipherie ausge­ stattet ist, wobei diese Flügel während der Drehung des Ro­ tors radial auswärts und einwärts verschiebbar sind;
einen Nockenring zwischen dem Rotor und dem Pumpenge­ häuse in exzentrischer Beziehung zum Pumpengehäuse, so daß zwei Räume zwischen jeweils zwei Hälften der Außenperipherie des Nockenrings und einer dieser gegenüberliegenden Innen­ fläche des Pumpengehäuses ausgebildet sind;
zwei Seitenplatten auf beiden Seiten der Flügel, wo­ bei jeweils eine äußere Kante des Flügels die Innenfläche des Nockenrings berührt, so daß Pumpenkammern zwischen dem Rotor und dem Nockenring definiert sind;
eine Einlaßöffnung zum sukzessiven Ansaugen eines Ar­ beitsmediums in die Pumpenkammern und eine Auslaßöffnung zum sukzessiven Entlassen des Arbeitsmediums mit dem Auslaßdruck aus den Pumpenkammern, wobei die Einlaßöffnung und die Aus­ laßöffnung in mindestens einer Seitenplatte ausgebildet sind und sich zu mindestens einer Seitenfläche des Nockenrings hin öffnen;
der Auslaßdruck beaufschlagt einen der beiden Räume zwischen dem Nockenring und dem Pumpengehäuse, so daß der Nockenring aus der exzentrischen Position in Richtung auf die coaxiale Position in Bezug auf das Pumpengehäuse ver­ schwenkt wird unter Einstellung der Auslaßströmungsrate;
gekennzeichnet durch einen Reibungsring mit einem herausgeschnittenen Segment zwischen mindestens einer Sei­ tenfläche des Nockenrings, welche entgegengesetzt ist der mindestens einen Seitenfläche, zu der hin sich die Auslaß­ öffnung öffnet, und der dieser Seitenfläche zugewendeten Seitenplatte, mit Ausnahme des Bereichs, welcher der Aus­ laßöffnung entspricht, wobei der Reibungsring durch ein elastisches Bauteil in Kontakt mit der Seitenplatte gehalten wird, und,
eine Druckkompensationsausnehmung in der mindestens einen Seitenfläche des Nockenrings, welche der mindestens einen Seitenfläche, zu der hin sich die Auslaßöffnung öff­ net, entgegengesetzt ist, mit Ausnahme der Region, in der der Reibungsring ausgebildet ist, wobei die Druckkompensati­ onsausnehmung eine Konfiguration hat, welche der Konfigura­ tion der Auslaßöffnung angepaßt ist und sich zu den Pumpen­ kammern hin öffnet.

2. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Nockenring an einem äußeren peripheren Bereich desselben am Pumpengehäuse verschwenkbar gelagert ist und wobei der Nockenring die Innenfläche des Pumpengehäuses an einem anderen äußeren peripheren Bereich über ein Dichtungs­ glied berührt und wobei eine Feder in Kontakt mit einem der Halbbereiche der Außenperipherie des Nockenrings steht, wel­ cher dem mit dem Entnahmedruck beaufschlagten Raum nicht ge­ genüberliegt, wobei die Feder den Nockenring in dessen ex­ zentrische Position hin drückt gegen die Druckbeaufschlagung des genannten Raums.

3. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auslaßöffnung aus einem bogenförmigen Schlitz entlang einer Innenfläche des Nockenrings besteht, wobei ein in radialer Richtung außen gelegener Bereich der Auslaßöff­ nung mit einer Seitenfläche des Nockenrings bedeckt ist.

4. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Nockenring mit einer Nut ausgebildet ist, wel­ che sich in einer Umfangsrichtung der Seitenfläche er­ streckt, die derjenigen Seitenfläche entgegengesetzt liegt, die der Auslaßöffnung gegenüberliegt, mit Ausnahme desjeni­ gen Bereichs, der der Auslaßöffnung entspricht, wobei der partielle Reibungsring mit einem herausgeschnittenen Segment den Querschnitt einer dicken Platte aufweist und wobei das elastische Bauteil aus einem O-Ring besteht und wobei der Reibungsring und der O-Ring in der Nut untergebracht sind, so daß der O-Ring den Reibungsring in engem Kontakt mit der Seitenplatte hält.

5. Drehkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Auslaßöffnung jeweils in den beiden Seiten­ platten ausgebildet ist und daß die Druckkompensationsaus­ nehmung jeweils in den beiden Seitenflächen des Nockenrings ausgebildet ist.