DE4107952A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Diese Radialkolbenpumpe ist durch die DE-C 19 03 256 bekannt. Eine solche Pumpe dient zur Erzeugung hoher hydraulischer Drücke. Bei der bekannten Pumpe wird das Problem der Reibung zwischen dem Exzenter und der auf dem Exzenter aufliegenden Stirnseite der Kolben dadurch vermieden, daß der Exzenter mit einem Kugellager besetzt ist, dessen frei drehbarer Außenring an der Stirnseite der Kolben anliegt. Diese Anlage stellt eine Linienberührung mit entsprechend hoher Flächenpressung dar. Diese Flächenpressung kann von dem Außenring nur ertragen werden, da er aus hochwertigem Stahl besteht. Gegenüber der unvermeidlichen Relativbewegung zwischen dem Außenring und den Kolbenstirnflächen weist der Außenring sehr schlechte Gleit­ eigenschaften auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Pumpe nach dem Oberbegriff so auszugestalten, daß an dem Exzenter und den Stirnflächen der Kolben nur geringe Flächenpressung herrscht, daß Verschleiß vermieden wird, daß die Pumpe geräuscharm arbeitet und mit geringem technischen Aufwand herstellbar ist, und daß herstel­ lungsbedingte Lauffehler und/oder Führungsfehler der Pumpe aus­ geglichen werden können.

Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Durch die Lösung ergibt sich der Vorteil, daß die auf den Zylinder wirkenden Druckkräfte flächig in den Exzenter eingeleitet werden und daß daher ein Tragkörper verwendbar ist, der aus einem üblichen Lagermetall, z. B. Lagerbronze, Sinter­ bronze oder dgl. besteht und der daher gute Verschleißeigen­ schaften hat. Die relativ hohe Verformbarkeit eines solchen aus Lagermetall bestehenden Zwischenkörpers bewirkt außerdem, daß der Kolben und der Lagerkörper sich gut aufeinander ein­ arbeiten, so daß eventuell bestehende Passungsfehler im Betrieb schnell ausgeglichen werden.

Der außermittige Angriff des Exzenters auf die Kolben einer Radialkolbenpumpe hat normalerweise zur Voraussetzung, daß die Pumpe hinsichtlich Lagerversatz der Exzenterwelle, Rechtwink­ ligkeit der Zylinder, Rechtwinkligkeit der Stirnflächen des Kolbens, zylinderförmige Gestalt des Exzenters, Rechtwinklig­ keit des Gehäuses mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden muß, wenn Lauffehler vermieden werden sollen. Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Pumpe mit den Vorteilen der Lösung nach Anspruch 1 derart auszuführen, daß die Pumpe mit geringen Toleranzen hergestellt werden kann, daß insbesondere Führungs­ fehler der Kolben in ihren Zylindern vermieden werden. Hierzu dienen die Ausführungen nach Anspruch 2 und/oder Anspruch 3, mit besonderem Vorteil aber auch die Ausführung der Pumpe nach Anspruch 1 in Verbindung mit den Maßnahmen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 3.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 wird die Führung des Kolbens ausschließlich von dem Tragkörper übernom­ men. Der Kolben ist nicht mehr in seinem Zylinder geführt. Daher kann man bei dieser Ausgestaltung der Erfindung sehr kurze Kolben verwenden, während bei bisherigen Konstruktionen zur guten Kolbenführung ein Verhältnis Durchmesser zu Kolbenlänge verwandt werden mußte, das deutlich größer als 1 war. Kurze Kolben haben jedoch den Vorteil, daß die Pumpe einen geringen Durchmesser haben kann. Das gewünschte Fördervolumen kann dann dadurch hergestellt werden, daß die Kolben einen entsprechend großen Durchmesser erhalten. Wichtig ist ferner auch, daß nach der Erfindung keine feinbearbeiteten Zylinder­ bohrungen erforderlich sind.

Während die Funktion der Geradführung des Kolbens, die bei üblichen Konstruktionen durch den Zylinder ausgeübt wird, nunmehr von dem Tragkörper übernommen wird, wird die Dich­ tungsfunktion, die bisher ebenfalls die Zylinderwandung hat, durch einen Kolbenring übernommen, der im Zylinder angebracht ist und der einen geringeren Innendurchmesser als der Zylinder besitzt. Eine bevorzugte Ausführung eines derartigen Kolben­ ringes, welcher geeignet ist, auch Fluchtungsfehler des Kolbens relativ zur Zylinderachse aufzunehmen und auszugleichen, ergibt sich aus Anspruch 4.

Bei diesem Schichtaufbau des Kolbenrings ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, den Steuerring aus einem für hydraulische Zwecke sehr hochwertigen Material herzustellen, was um so leichter fällt, als der Steuerring ein sehr einfaches und kleines Bauteil ist.

Bei der Ausführung nach Anspruch 5 übernimmt der Kolbenring weiterhin die radiale Führungsfunktion. Diese radiale Führung bewirkt, daß der Kolben in einer Radialebene des Zylinders zentrisch geführt wird, ohne daß dadurch die Beweglichkeit des Kolbens relativ zur Zylinderachse beeinträchtigt wird.

Die Ausführung des Kolbenringes nach Anspruch 6 sorgt für geringe Leckagen und ein gutes Funktionieren der Dichtung, die dem hohen Druck im Zylinderraum ausgesetzt ist und sich daher durch elastische und ggf. plastische Verformung in den Dichtspalt zwischen dem Kolbenring-Paket und dem Kolben anlegen kann.

Zur Ausführung der Dichtfunktion können auch die im Betrieb auftretenden hohen, dynamischen Druckkräfte ausgenutzt werden. Die entsprechende Ausführung des Dichtringes, der gleichzeitig auch die Führungsfunktion übernimmt, ergibt sich aus Anspruch 7.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe zeichnet sich dadurch aus, daß der Innendurchmesser des Zylinderinnenraums größer ist als der Außendurchmesser des Kolbens. Hierdurch ergibt sich eine zweckmäßige Ausgestaltung des Zylinders nach Anspruch 8. Hierdurch ist zum einen die zweckmäßige Anbringung des Kolbenring-Paketes in dem Zylinder gewährleistet, zum anderen wird hierdurch die Notwendigkeit der Feinbearbeitung stark reduziert.

Die Pumpe nach der Erfindung kann, wie gesagt, mit sehr kurzen Kolben und Kolbenwegen ausgeführt werden. Dies führt nicht nur zu einer Verminderung des Bauraumes, insbesondere des Außen­ durchmessers der Pumpe, sondern auch zu einer Verminderung der Pulsation und der Geräusche. Eine weitere Maßnahme auf diesem Wege ergibt sich aus Anspruch 9.

Ausgestaltungen der Erfindung nach Anspruch 2 ergeben sich aus den Ansprüchen 10 bis 14.

Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist eine Fläche der Flächenpaarung ballig, die andere eben. So kann bei­ spielsweise die Balligkeit der zur Kolbenachse im wesentlichen senkrechten Stützfläche des Zwischenkörpers nur in einer Rich­ tung ausgebildet sein und die Form eines Ausschnitts aus einem Kreiszylindermantel haben, auf der die ebene Kolbenstirnfläche aufsitzt. Vorteilhaft hat bei ebener Gegenfläche die Stützflä­ che oder die Kolbenstirnfläche die Form einer konvexen Kugel­ schale. Bei einer Paarung mit balliger Kolbenstirnseite und ebener Stützfläche wird für die Form der Kolbenstirnseite die die konvexe Kugelschale bevorzugt.

Es können auch beide Flächen einer Flächenpaarung ballig sein, wobei entweder beide Flächen konvex sind oder eine Fläche kon­ kav die andere konvex ist. Im Fall der Kombination einer kon­ vexen mit einer konkaven Fläche sind die Krümmungsradien ver­ schieden groß, wobei bevorzugt die Stützfläche konkav und der Krümmungsradius der konkaven Fläche größer ist als der Krüm­ mungsradius der konvexen Fläche. Die letztere Paarung hat sich als sinnvoll erwiesen, da der Zwischenkörper nicht mit dem Ex­ zenter mitdrehen kann.

Die erfindungsgemäß vorgesehene ballige Form der oder einer der aufeinandersitzenden Flächen ist nur schwach, der Krümmungs­ radius ist groß, bevorzugt sehr groß, bezogen auf den Durch­ messer des den Zwischenkörper umschreibenden Hüllzylinders. Dabei kann die ballige Fläche Ausschnitt eines Kreiszylinders sein, dessen Achse parallel zur Rotationsachse des Exzenters oder senkrecht zur Rotationsachse verläuft. Insbesondere bei der Kolbenstirnfläche erweist sich die konvexe Kugelschale als besonders vorteilhaft.

Der Zwischenkörper besteht zweckmäßig aus einem üblichen Lager­ metall, beispielsweise aus Lagerbronze, Sinterbronze oder dgl. und hat daher gute Verschleißeigenschaften. Die hohe Verform­ barkeit eines solchen aus Lagermetall bestehenden Zwischenkör­ pers bewirkt außerdem, daß der Kolben und der Zwischenkörper sich gut aufeinander einarbeiten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt,

Fig. 2 einen Radialschnitt durch eine Mehrfach-Radialkolbenpumpe.

Fig. 3 bis 7 zeigen Ausführungsformen von Kolben und Trag­ körper.

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen zur Darstellung des Kolbenringes eine Vergrößerung, wobei Fig. 9 den Kolben in einer übertrieben verkanteten Position zeigt.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführung eines Kolbenringes.

Der Pumpenkörper 1 ist ein Kreiszylinder mit einem zentrischen Innenraum. In einer oder mehreren Radialebenen (z. B. Fig. 2) dieses Pumpenkörpers sind Radialbohrungen 2.1, 2.2 (Zylinder­ bohrungen) eingebracht. Die Radialbohrungen einer Radialebene (z. B. 2.1) sind jeweils um 90° zueinander versetzt. Die Bohrungen unterschiedlicher Radialebenen können jeweils auf derselben Axialebene liegen wie die in Fig. 1 dargestellten Bohrungen 2.1 und 2.2. Die Bohrungen können jedoch auch gegeneinander versetzt sein, z. B. um 45°. Dies ist in Fig. 1 lediglich angedeutet durch Einzeichnung einer Mittellinie für einen Satz von Bohrungen, welche zwischen den Radialebenen der Bohrungen 2.1 und 2.2 liegen.

Der Zylindereinsatz ist zur Außenseite des Pumpenkörpers 1 hin verschlossen und weist dort lediglich Auslaßöffnungen 24 auf. Grundsätzlich genügt eine solche Auslaßöffnung. Möglich sind jedoch auch - wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist - in Umfangsrichtung mehrere, z. B. drei solcher Auslaßöffnungen, um einen ausreichend großen Auslaßquerschnitt zu erreichen. Die Kolbenringe und Zylindereinsätze 3.1, 3.2 haben ebenfalls kreiszylindrische Gestalt. Nach dem Einsetzen der Zylinderein­ sätze wird der Pumpenkörper 1 auf seinem Umfang noch einmal bearbeitet. Dabei werden auf dem Umfang Nuten (Ringkanäle 7.1, 7.2) eingearbeitet. In Fig. 1 ist ferner ein weiterer Ringkanal 7.3 dargestellt, welcher dem Satz der bereits zuvor erwähnten Bohrungen zugeordnet ist, welche gegenüber den dargestellten Bohrungen um jeweils 45° versetzt und daher in der Zeich­ nungsebene nicht darstellbar sind. In jeder Nut liegt ein Ring 8.1, 8.2, 8.3, der jeweils als Auslaßventil für die Aus­ laßöffnungen 24 dient und der den Pumpenkörper mit den Zylindereinsätzen elastisch und nachgiebig umschließt. Der Pumpenkörper 1 wird sodann durch einen übergeschobenen Mantel 10 auf seinem Außenumfang verschlossen und durch Dichtungen 13 abgedichtet. Dadurch bilden die Nuten die geschlossenen Ringkanäle 7.1, 7.2, 7.3. Auf den Stirnseiten des Pumpenkörpers liegen Deckel 11 und 12. Die Deckel sind gegenüber dem Mantel 10 durch umlaufende Niederdruck-Dichtungen 9 abgeschlossen. Die Deckel 11, 12 weisen Lagernaben auf, in denen die Enden einer Welle 14 gleitgelagert sind. Eine Dichtung 21 dient der Abdichtung der Welle 14. Mit 25 ist eine Kupplungskerbe am freien Ende der Welle für den Antrieb bezeichnet.

Die Welle weist zwischen ihren Endstücken einen Exzenter 15 auf. Der Exzenter 15 ist ein Kreiszylinder, dessen Achse exzentrisch zur Welle 14 liegt. Der Exzenter 15 erstreckt sich im wesentlichen über die axiale Länge des zentrischen Innen­ raums 22 des Pumpenkörpers 1. Auf dem Exzenter 15 ist drehbar ein Tragkörper 17 unter Zwischenschaltung einer Panzerbuchse 16 gleitgelagert. Die Gleitlagerung besteht zwischen dem Exzenter 15 und der Panzerbuchse 16. Die Panzerbuchse 16 ist mit dem Tragkörper 17 fest verbunden. Der Tragkörper 17 besteht aus einem geeigneten Lagermaterial mit guten Schmier- und Ver­ schleißeigenschaften, z. B. einer Bronze, Sinterbronze oder dgl. Der Tragkörper 17 weist auf seinem Umfang ebene Flächen 18 auf. Jeweils vier solcher Flächen liegen in einer Radialebene auf den Seiten eines Quadrates, dessen Mittelpunkt die Exzenter­ achse ist. Jeder Kolben ist ein topfförmiger Kreiszylinder, dessen dem Innenraum 22 zugewandte Stirnseite 19.1, 19.2 verschlossen ist. In jedem Kolben 4.1, 4.2 liegt eine Druck­ feder 6.1, 6.2, die sich einerseits an der Kolbenstirnfläche 19.1, 19.2 und andererseits an der oberen Stirnseite des Zylindereinsatzes 3.1, 3.2 abstützt. Die Kolben 4.1, 4.2 liegen mit ihrer Kolbenstirnfläche 19.1, 19.2 jeweils auf einer der Flächen 18 des Tragkörpers 17 flächig auf. Dabei liegen die dargestellten Kolben 4.1, 4.2 einer Axialebene jeweils paarweise auf derselben Fläche. Die bereits erwähnten, nicht dargestellten Kolben, deren Achse in Fig. 1 gezeigt ist, liegen dagegen mit ihren Stirnseiten auf den um 45° versetzten Flächen auf.

Jeder Kolben weist eine Einlaßöffnung 23.1, 23.2 auf. Dabei handelt es sich um rechteckige Fenster, die in den Kolbenmantel eingebracht sind. Die Längsseite dieser rechteckigen Fenster liegt in Umfangsrichtung. In einer Radialebene eines jeden Kolbens können mehrere derartiger Fenster liegen. Die axiale Erstreckung der Fenster ist wesentlich kürzer, vorzugsweise kürzer als ein Drittel der Erstreckung in Umfangsrichtung.

Der Innenraum 22 des Pumpenkörpers ist mit einem nicht dargestellten Öleinlaßkanal verbunden. Jeder der Ringkanäle 7.1, 7.2, 7.3 ist mit einem separaten (nicht dargestellten) Druckölkanal verbunden. In jede Bohrung 2.1, 2.2 ist ein Kolbenring 5.1, 5.2 und darauf ein Zylindereinsatz 3.1, 3.2 gesteckt.

Der Tragkörper 17 weist weiterhin vier Flächen auf, die ebenfalls auf den Seiten eines Quadrates mit dem Mittelpunkt der Exzenterachse liegen, die jedoch gegenüber den anderen Flächen um 45° versetzt sind.

Die Flächen 18 können mit geringer Krümmung ballig im Sinne der Teilfläche einer Kugel oder eines Zylindermantels sein. Bei dieser Ausgestaltung sind jedoch die Kolben in den Zylindern in üblicher Weise geradgeführt (vgl. DE-C 19 03 256). Mit dieser sphärischen Ausgestaltung der Tragflächen werden Fluchtungsfeh­ ler usw. (siehe oben) so weit ausgeglichen, daß statische Überbestimmungen vermieden werden. In der dargestellten Ausführung sind die Flächen 18 jedoch völlig eben. Daher übernehmen diese Flächen die Führung der Kolben. Relativ zu den Zylindern sind die Kolben derart beweglich, daß sich der Schnitt- bzw. Kreuzungswinkel zwischen der Zylinderachse und der Kolbenachse so einstellen kann, wie dies durch die Flächen gefordert ist. Bei dieser Ausführung sitzen in den Radialboh­ rungen 2.1, 2.2 kreisförmige Kolbenringe 5.1, 5.2, vorzugsweise an dem dem Innenraum 22 des Pumpenkörpers 1 zugewandten Ende. Diese Kolbenringe haben einen geringeren Durchmesser als den Innendurchmesser der Zylindereinsätze 3.1, 3.2. Jeder Kolben 4.1, 4.2 ist in einem solchen Kolbenring gleitend geführt.

Zur Funktion der Pumpe

Bei drehendem Antrieb der Welle 14 führt der Exzenter 15 in dem Innenraum 22 eine Taumelbewegung aus. Dabei liegen die Kolben 4 unter der Kraft ihrer jeweiligen Druckfeder 6 mit ihrer Stirnfläche 19 auf einer der Flächen 18 auf. Da sich die Panzerbuchse 16 und der Tragkörper 17 relativ zu dem Exzenter drehen können, macht der Tragkörper 17 die Drehbewegung des Exzenters 15 um seine eigene Achse nicht mit. Der Tragkörper 17 führt daher relativ zu den Flächen 19 lediglich eine senkrechte Auf- und Ab- und eine geringe Parallelbewegung aus. Hierdurch werden zum einen große Relativbewegungen zwischen den Zylindern und dem Exzenter vermieden.

Durch die Auf- und Abwärtsbewegung werden die Kolben zum einen gegen die Kraft ihrer Druckfedern 6.1 radial nach außen gedrückt. Dabei wird das in den Zylindern 3 befindliche Öl durch die Auslaßöffnungen 24 unter Überwindung des Auslaß­ widerstandes des als Rückschlagventil dienenden Ringes 8.1 bzw. 8.2 in den Ringraum 7.1 bzw. 7.2 und von dort in den entspre­ chenden Druckölkanal gedrückt. Andererseits folgt jeder Kolben unter der Kraft seiner Druckfeder dem Exzenter radial nach innen. Dabei werden die Auslaßöffnungen 24 durch den Ring 8.1 bzw. 8.2 verschlossen. Es entsteht zunächst in dem Zylinder 3 ein Vakuum, bis die Einlaßöffnungen 23.1, 23.2 mit dem jeweiligen Kolbenring 5.1, 5.2 als Steuerkante einen Öffnungs­ querschnitt zum Pumpeninnenraum 22 hin freigeben. Nunmehr wird der Zylinder mit Öl gefüllt.

Zur Funktion des Tragkörpers 17

Infolge der flächigen Anlage der Kolben 4 an den Flächen des Tragkörpers 17 ist die Flächenpressung selbst bei hohen Drücken so niedrig, daß für den Tragkörper ein geeignetes Lagermetall verwandt werden kann. Ebenso kann für die Kolben 4 ein geringer wertiges Material ausgewählt werden.

Dies gilt auch bei leicht gekrümmter Ausführung der Flächen nach dem ersten Ausführungsbeispiel.

Die Flächen 18 sind mit geringer Krümmung ballig im Sinne der Teilflächen einer Kugel oder eines Zylindermantels. Die Kolben 4 sind in den Zylindern in üblicher Weise geradgeführt (vgl. FR-PS 12 73 457). Mit dieser sphärischen Ausgestaltung der Tragflächen werden Fluchtungsfehler usw. (siehe oben) so weit ausgeglichen, daß statische Überbestimmungen vermieden werden.

Die Fig. 3 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen der aus der Fläche 18 des Zwischenkörpers 17 und der Stirnfläche 19 des Kolbens 4 bestehenden Flächenpaarung, bei denen eine Fläche oder beide ballig sind. Eine Fläche kann eben, die andere bal­ lig oder beide Flächen können ballig sein, wobei die balligen Flächen konvex gekrümmt sind oder eine Fläche konvex, die ande­ re Fläche konkav gekrümmt ist. In allen Fällen ist die Krümmung sehr gering, d. h. der Krümmungsradius ist groß, bevorzugt sehr groß im Verhältnis zum Durchmesser des den Zwischenkörper 17 einhüllenden Zylinders bzw. des Kolbendurchmessers.

So zeigt Fig. 3 eine Ausführung, bei der die Flächen 18 des Zwischenkörpers 17 konvex gekrümmt sind und die Form von Kugel­ schalen haben, während die Stirnfläche 19 des Kolbens 4 eben ist. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist nur die Kolbenstirnflä­ che 19 ballig und hat die Form einer flachen Kugelschale.

Fig. 5 zeigt eine Flächenpaarung, bei der die Fläche 18 des Zwischenkörpers 17 konkav, die Stirnfläche 19 des Kolbens 4 konvex gekrümmt ist. Dabei soll der Krümmungsradius der konka­ ven Fläche 18 größer sein als der Krümmungsradius der Stirnflä­ che 19. Bei der dargestellten Ausführung sind die Flächen 18 Teilflächen eines Kreiszylinders. Sie können jedoch auch, wie durch die strichpunktierte Linie 36 angedeutet ist, die Form einer konkaven Kugelschale haben.

Fig. 6 zeigt eine Paarung ähnlich der der Fig. 3. Sie unter­ scheiden sich dadurch, daß bei der Fig. 6 die Flächen 18 Teil­ flächen von Kreiszylindern sind, deren Achsen zu der Exzenter­ achse parallel verlaufen. In gleicher Weise können die Flächen 18 auch Teilflächen von Kreiszylindern, deren Achsen jeweils senkrecht zu der Exzenterachse verlaufen, sein.

Bei der Ausführung nach Fig. 7 sind beide Flächen der Flächen­ paarung 18, 19 konvex gekrümmt und haben die Form von flachen Kugelschalen.

Bei allen Ausführungsformen wird durch die Balligkeit einer Fläche oder beider Flächen der Flächenpaarung 18, 19 erreicht, daß bei der durch den Exzenter 15 bewirkten Bewegung des Zwischenkörpers 17 derart, daß seine Achse entlang der Linie 35 einen Kreiszylinder mit der Exzentrizität als Querschnitts­ radius beschreibt, vorhandene Fluchtungsfehler ausgeglichen werden.

Bei dem in Fig. 8 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Flächen 18 des Tragkörpers 17 und die Stirnflächen 19 der Kolben völlig eben und übernehmen die Geradführung der ihnen zugeordneten Kolben. Zur Vermeidung von statischen Überbestimmungen und einer nicht flächigen Auflage der Kolbenstirnflächen 19 auf den Flächen 18 sind daher die Kolben 4 in Kolbenringen geführt. Diese Kolbenringe 5.1, 5.2 haben in axialer Richtung eine sehr geringe Ausdehnung. Ein rechteckiger Querschnitt dieser Kolbenringe ist zwar vorteilhaft für die Dichtwirkung. Die Erstreckung in axialer Richtung ist jedoch so gering, daß die führende Wirkung dieser Kolbenringe gering ist. Außerdem ist der Zylinder-Innendurchmesser größer als der Kolbenring-Innendurchmesser. Dadurch können sich die Kolben 4 in den Kolbenringen 5 und den im Durchmesser größeren Zylindern 3 etwas verkanten. Die Kolben können sich also in ihrer Lage so ausrichten, daß die Kolbenstirnflächen 19 satt auf den ebenen Flächen 18 aufliegen.

Eine vorteilhafte Ausführung der Kolbenringe ergibt sich aus den Vergrößerungen nach den Fig. 8 und 9 sowie 10. Nach Fig. 8, 9 besteht jeder Kolbenring aus einem Paket von mindestens drei ebenen, kreisförmigen Ringen 26, 27, 28, die aufeinander geschichtet sind. Jedem dieser Ringe ist eine besondere Funktion zugewiesen, und zwar die Steuerfunktion (Steuerring 26), die Führungsfunktion (Führungsring 27) und die Dichtfunk­ tion (Dichtring 28). Insbesondere für die Dichtfunktion können auch mehrere Ringe vorgesehen werden.

Die Zylinderbohrung 2 weist auf ihrem dem Innenraum 22 zuge­ wandten Ende eine Umlaufkante 29 auf, welche einen verkleiner­ ten Innendurchmesser hat. Diese Umlaufkante bildet die Auflage für das Kolbenring-Paket. Der Zylindereinsatz 3 ist in der Zylinderbohrung 2 so axial festgelegt, daß die dem Innenraum 22 zugewandte ringförmige Stirnfläche des Zylindereinsatzes 2 die Kolbenringe nicht berührt oder nur so gering berührt, daß die Bewegungsfreiheit der Ringe des Kolbenring-Pakets nicht beeinträchtigt ist.

Auf der Umlaufkante 29, d. h. an dem dem Pumpeninnenraum zugewandten Ende der Zylinderbohrung 22, liegt der Steuerring 26. Der Steuerring 26 hat die Funktion, mit dem Einlaßfenster 23 eine Steuerkante zu bilden. Daher wird für den Steuerring 26 ein Material ausgewählt, das den hydraulischen Belastungen, insbesondere den am Zylindereingang zu erwartenden erosiven Belastungen standhält. Der Außendurchmesser des Steuerrings ist kleiner als der Innendurchmesser der ihn umgebenden Zylinder­ bohrung 2. Andererseits ist der Innendurchmesser des Steuer­ rings 26 mit Spielpassung gleich dem Außendurchmesser des Kolbens 4.

Auf dem Steuerring 26 kann ein Dichtungsring liegen. Auf die Ausführung der Dichtungsringe wird später noch eingegangen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt auf dem Steuerring 26 ein Führungsring 27. Dieser Führungsring 27 hat die Funktion, den Kolben radial zur Zylinderbohrung bzw. dem Zylindereinsatz 3 zu führen. Daher ist der Außendurchmesser des Führungsringes im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Zylinderbohrung 2, welche ihn umgibt, und der Innendurchmesser des Führungs­ ringes ist mit Spielpassung gleich dem Außendurchmesser des Kolbens 4. Der Führungsring 27 wird aus einem für die Gleit­ lagerung geeigneten Material hergestellt, z. B. aus Lager­ bronze, Sinterbronze oder gleichwertigen Materialien.

Auf dem Führungsring 27 liegt ein Dichtring 28. Dieser Dichtring 28 bewirkt die dynamische Dichtung des Kolbens 4 gegenüber dem Zylindergehäuse und der Zylinderbohrung. Der Dichtring 28 ist daher aus einem für die Dichtung geeigneten Material, z. B. einem weichen Kunststoff hergestellt. Der Außendurchmesser des Dichtringes 28 ist wesentlich kleiner als der Innendurchmesser der ihn umgebenden Zylinderbohrung 2. Der Innendurchmesser des Dichtringes 28 ist dem Außendurchmesser des Kolbens 4 dichtend angepaßt. Infolge des in dem Zylinder­ raum herrschenden Druckes wird der Dichtring 28 derart verformt, daß die Dichtwirkung unterstützt wird. Ferner wird das Paket der Kolbenringe 26, 27, 28 stets aufeinandergedrückt. In den Fig. 8 und 9 ist der Spalt zwischen dem oberen Dichtring 28 und der ihm zugewandten Stirnfläche des Zylindereinsatzes 3 zur Verdeutlichung recht groß gezeichnet. Wesentlich ist, daß der Dichtring durch die Stirnfläche in ihrer Beweglichkeit nicht behindert wird. In der Praxis wird dieser Spalt kleiner sein und die Dimension einer Spielpassung haben.

Aus Fig. 9 ergibt sich die Funktion des Kolbenring-Paketes. In Fig. 9 ist zur Veranschaulichung der Kolben in einer übertrie­ ben stark verkanteten Position gezeigt.

Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß der Kolben 4 sich nach der Lage des Tragkörpers 17 und der Welle 14 ausrichtet. Fig. 9 veranschaulicht jedoch, daß durch die Konstruktion des Kolbenring-Paketes 5 auch starke Führungsfehler ausgeglichen werden. Die geneigte Lage des Kolbens bewirkt, daß sich alle Ringe mit Ausnahme des Führungsringes 27 radial zur Zylinder­ bohrung 22 verschieben. Lediglich der Führungsring 27 behält seine Position bei und gewährleistet, daß der Kolben in radialer Richtung zur Zylinderbohrung 2 nicht wackeln kann. Im Bild ist zu sehen, daß sich der Steuerring 26 nach links und der Dichtring 28 nach rechts verschoben hat. Es ist weiterhin zu ersehen, daß hierdurch die Kolbenringe stufenförmig an dem Umfang des Kolbens anliegen, eine Situation, die zur Dichtung sehr günstig ist. Im übrigen wird aber auch in der verkanteten Stellung der Dichtring 28 weiterhin seiner Dichtfunktion gerecht, da er durch den in dem Zylinderraum herrschenden Druck verformt und gegen den Kolbenumfang gepreßt wird.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführung des Kolbenringes, wobei wiederum der Kolben in einer stark verkanteten Stellung dargestellt ist, um die Funktion des Kolbenringes deutlich zu machen. Der Kolbenring besteht aus zwei ebenen, kreisförmigen Ringen 26 und 28. Jedem dieser Ringe ist eine besondere Funktion zugewiesen, und zwar die Steuerfunktion (Steuerring 26) und die Dichtfunktion (Dichtring 28).

Die Zylinderbohrung 2 weist auf ihrem dem Innenraum 22 zugewandten Ende eine Umlaufkante 29 auf, welche einen verkleinerten Innendurchmesser hat. Diese Umlaufkante bildet die Auflage für das Kolbenring-Paket. Der Zylindereinsatz 3 ist in der Zylinderbohrung 2 so axial festgelegt, daß die dem Innenraum 22 zugewandte ringförmige Stirnfläche des Zylinder­ einsatzes 3 die Kolbenringe nicht berührt oder nur so gering berührt, daß die Bewegungsfreiheit der Ringe des Kolbenring- Pakets nicht beeinträchtigt ist.

Auf der Umlaufkante 29, d. h. an dem dem Pumpeninnenraum 22 zugewandten Ende der Zylinderbohrung 2, liegt der Steuerring 26. Der Steuerring 26 hat die Funktion, mit dem Einlaßfenster 23 eine Steuerkante zu bilden. Daher wird für den Steuerring 26 ein Material ausgewählt, das den hydraulischen Belastungen, insbesondere den am Zylindereingang zu erwartenden erosiven Belastungen standhält. Der Außendurchmesser des Steuerrings ist kleiner als der Innendurchmesser der ihn umgebenden Zylinder­ bohrung 2. Andererseits ist der Innendurchmesser des Steuer­ rings 26 mit Spielpassung gleich dem Außendurchmesser des Kolbens 4.

Auf dem Steuerring 26 liegt der Dichtring 28. Dieser Dichtring ist ein ebener, kreiszylindrischer Ring. Er ist auf seinem Umfang einmal geteilt, und zwar in mehreren, sich schneidenden Teilungsebenen 32, 33, 34, die zwischen den aneinanderstoßenden Enden des Ringes einen zickzack-förmigen Teilungsschlitz bilden. In der dargestellten Form - zu sehen durch die Einlaßöffnung 23 des Kolbens 4 - wird der Teilungsschlitz gebildet durch zwei auf dem Umfang versetzte Axialebenen, in denen der Schlitz etwa bis zu seiner axialen Mitte aufgeschnit­ ten ist, und einer in einer Axialebene liegenden Schnittebene 33, welche die beiden anderen Schnittebenen verbindet. Auf die Funktion dieses Teilungsschnittes, aus der sich auch mögliche Ausführungen ergeben, wird später noch eingegangen. Ferner besitzt der Dichtring 28 auf seinem Umfang eine Nut 31, die an seinem dem Zylindereinsatz 3 zugewandten Ende liegt. In diese Nut ist ein elastischer, zur Dichtung geeigneter O-Ring 30 eingelegt. Dieser O-Ring liegt an der ihn umgebenden Zylinder­ innenwand an. Der Innenumfang des Dichtringes 28 ist so groß, daß der Dichtring sich federnd unter möglichst geringer Öffnung seines Teilungsschlitzes dem Kolbenumfang anschmiegt. Der Außenumfang des Dichtringes 28 ist kleiner als der ihn umgebende Innenumfang der Zylinderbohrung 2.

Aus Fig. 10 ergibt sich die Funktion dieses Kolbenring-Paketes. In Fig. 10 ist zur Veranschaulichung der Kolben 4 in einer übertrieben stark verkanteten Position gezeigt. Grundsätzlich ist davon auszugehen, daß der Kolben sich nach der Lage des Tragkörpers 17 und der Welle 14 ausrichtet. Fig. 10 veranschau­ licht jedoch, daß durch die Konstruktion des Kolbenring-Paketes 5 auch starke Führungsfehler ausgeglichen werden. Die geneigte Lage des Kolbens bewirkt, daß sich die beiden Ringe radial zur Zylinderbohrung 2 verschieben. Ferner wird der Dichtring 28 in seinem Trennungsschlitz aufgeweitet. Dadurch wird die Dichtig­ keit allerdings nicht beeinträchtigt. Denn zum einen liegt der Einlagering 30 weiterhin an der Innenwandung der Zylinderboh­ rung an, und zwar infolge der Aufweitung des Dichtringes 28 mit einem erhöhten Anlagedruck. Zum anderen hat aber auch der zickzack-förmige Trennschlitz einen so hohen hydraulischen Widerstand, daß keine Leckagen eintreten. Ferner ist der Trennschlitz hier so angelegt, daß die beiden sich längs der axialen Trennebene 33 überlappenden Enden auch im Falle der Aufweitung dichtend aufeinanderliegen. Folglich bleibt die Dichtwirkung erhalten.

Andererseits wird aber auch durch den Dichtring 28 eine radiale Festlegung des Kolbens 4 relativ zur Zylinderbohrung 2 bewirkt, da durch Anlage des Einlageringes 30 diese Positionierung erfolgt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß es sich hierbei lediglich um die radiale Festlegung in einer einzigen Axial­ ebene der Zylinderbohrung handelt. Wie Fig. 10 zeigt, ist der Kolben im übrigen frei, sich der Lage der ihn führenden Tragfläche anzupassen.

Abgesehen von der Möglichkeit des Dichtringes 28, Verkantungen des Kolbens 4 auszugleichen, bewirkt er aber auch eine dynamische Dichtung. Dabei ist davon auszugehen, daß sich in der Reibfläche zwischen Kolbenwandung und Innenwandung des Dichtringes ein sehr hoher dynamischer Druck aufbaut, der zum Aufweiten des Dichtringes und damit zur dichtenden Anlage des Einlageringes an der ihn umgebenden Zylinderbohrung 2 führt. Der Dichtring 28 gemeinsam mit dem Einlagering 30 erfüllt daher auch die Führungsfunktion, die in dem Beispiel nach Fig. 8, 9 der Führungsring 27 übernimmt.

Zur Funktion der rechteckigen Einlaßfenster:
Wenn ein Kolben radial in den Innenraum 22 fährt, so taucht seine Einlaßöffnung aus dem Kolbenring auf und verbindet dadurch den Innenraum 22 mit dem Zylinderraum des Kolbens. Infolge der rechteckigen Gestalt wird schon beim ersten Auftauchen der Einlaßöffnung ein sehr großer Einlaßquerschnitt freigegeben. Daher kann das Vakuum, das bis dahin in dem Zylinder entstanden ist, sehr schnell durch Öl wieder auf­ gefüllt werden. Der in den Zylinderraum eindringende Ölstrom besitzt wegen des großen Einlaßquerschnittes eine geringe kinetische Energie.

Insbesondere wird aber durch diese Maßnahme ermöglicht, daß der Totweg des Kolbens klein gehalten werden kann.

Es wird gewährleistet, daß auch bei kleinem Kolbenweg ein großes Einlaßfenster zwischen Pumpeninnenraum und Zylinder­ innenraum entsteht. Damit wird erreicht, daß der Zylinderinnen­ raum sich schnell füllt. Daher ist nur ein geringer Kolbenweg zur vollständigen Füllung erforderlich. Man kann also die Einlaßöffnung axial so im Mantel vorsehen, daß sie ein Ein­ laßfenster erst kurz vor Erreichen der Totpunktlage des Kolbens freigibt. Damit werden die Druckstöße, Pulsationen und Geräusche entscheidend vermindert.

In Fig. 8 ist weiterhin eine modifizierte Form des Auslaß­ ventils 8 gezeigt. Dieses Auslaßventil ist als Zungenventil ausgebildet. Ferner ist die dem Ringraum 7 zugewandte Stirn­ fläche des Zylindereinsatzes 3 zu einer ebenen Fläche abgear­ beitet. Die Federzunge 8 ist mit einem Niet oder einer Schraube auf dem Grunde des Ringkanals 7 eingespannt. An das Ein­ spannende folgt ein Zungenstück, welches im wesentlichen mit derselben Krümmung wie der Nutengrund des Ringkanals 7 gekrümmt ist. Sodann folgt eine Knickstelle. Das der Knickstelle folgende freie Ende der Federzunge ist als ebener Ventilteller ausgebildet, welcher sich der ebenen Stirnfläche des Zylinder­ einsatzes 3 anschmiegt. Dieser Ventilteller verschließt die Auslaßöffnung 24 in Richtung in den Zylinderraum. In der Gegenrichtung wird der Ventilteller federnd durch das ausströ­ mende Öl abgehoben. In dem gezeigten Beispiel sind für das ausströmende Öl drei in Umfangsrichtung hintereinander liegende, in die Stirnfläche des Zylindereinsatzes 3 ein­ gebrachte Auslaßöffnungen 24 vorgesehen. Jede dieser Aus­ laßöffnungen hat einen so kleinen Querschnitt, daß der Ventilteller auch bei hohem Druck in dem Ringkanal 7 nicht eingebeult oder gar durchstanzt wird. Die Summe der Auslaß­ querschnitte ist jedoch so groß, daß insgesamt nur ein geringer Auslaßwiderstand entsteht und daß in Auslaßrichtung große Druckkräfte die Federkraft des Ventiltellers in Schließ­ richtung überwinden.

Bezugszeichenaufstellung

1 Pumpenkörper
2.1 Radialbohrung, Zylinder
2.2 Radialbohrung, Zylinder
3.1 Zylindereinsatz
3.2 Zylindereinsatz
4.1 Kolben
4.2 Kolben
5.1 Kolbenring, Zylinderring
5.2 Kolbenring, Zylinderring
6.1 Feder
6.2 Feder
7.1, 7.2, 7.3 Ringkanal
8.1, 8.2, 8.3 Ring, Auslaßventil
9 Dichtung
10 Mantel
11 Deckel
12 Deckel
13 Dichtung
14 Welle
15 Exzenter
16 Panzerbuchse
17 Tragkörper, Lagerkörper, Zwischenkörper
18 Fläche
19.1 Kolbenstirnfläche
19.2 Kolbenstirnfläche
20 Fläche
21 Dichtung
22 Innenraum, Einlaßkammer
22 Einlaßfenster, Einlaßöffnung
24 Auslaßöffnungen
25 Kupplung
26 Steuerring
27 Führungsring
28 Dichtring
29 Umlaufkante
30 Einlagering
31 Nut
32, 33, 34 Teilungsebene
35 Querschnittskreis
36 Linie

Claims (15)

1. Radialkolbenpumpe
mit einem Pumpenkörper mit zentrischem Innenraum,
mit radial ausgerichteten Zylindern,
mit darin beweglichen Kolben, die durch eine Feder radial nach innen und durch einen in dem Innenraum drehbaren Exzenter radial nach außen gedrückt werden,
mit einem Auslaß im radial äußeren Bereich des Zylinders,
mit einer Einlaßöffnung in dem Mantel des Kolbens, wobei der zentrische Innenraum als Einlaßkammer dient und wobei die Einlaßöffnung beim Einfahren des Kolbens radial nach innen in den zentrischen Innenraum mit der Einlaßkammer in Verbindung gerät, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Exzenter (15) vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Panzerbuchse ein gegenüber dem Exzenter drehbarer, aus einem Lagermetall bestehender Tragkörper (17) sitzt, welcher mit einer Fläche (18) an der Kolbenstirnfläche (19) anliegt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenpaarung aus Stützfläche (18) und Stirnfläche (19) bei leicht balliger Ausführung zumindest einer dieser Flächen (18, 19) Linien- oder Punktberührung mit relativer Beweglichkeit des Kolbens (4) gegenüber dem Zwischenkörper (17) ergibt.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) in dem Zylinder in lediglich einem Kolben­ ring (5) geführt ist, welcher einen kleineren Innen­ durchmesser als der Zylinder (2) besitzt und in dem Zylinder, vorzugsweise am radial inneren Ende des Zylin­ ders, fest angebracht ist,
wobei der Innendurchmesser des Kolbenringes im wesentlichen dem Außendurchmesser des Kolbens entspricht.

4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, mit den kennzeichnenden Merkmalen:

• 4.1 Der Kolbenring besteht aus mehreren ebenen Ringen, die aufeinandergeschichtet und aufeinander verschiebbar sind;
• 4.2 der Außendurchmesser der Ringe ist etwas kleiner als der Durchmesser des sie umgebenden Zylinders.
• 4.3 derjenige der Ringe (Steuerring 26), welcher der Einlaßkammer der Pumpe zugewandt ist, stützt sich an einer Umlaufkante (29) des Zylinders (2) ab, besteht aus Stahl oder aus einem vergleichbaren, gegen hydraulische Erosion resistenten Material und wirkt mit seiner inneren Umlaufkante als Steuerkante mit der Einlaßöffnung des Kolbens zusammen;
• 4.4 einer der von der Einlaßkammer abgewandten Ringe (Dichtring 28) besteht aus einem zur Dichtung geeig­ neten Material.

5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen ebenen Ring (Führungsring 27), welcher sich mit seinem Außenumfang am Zylinder und mit seinem Innenumfang am Kolben abstützt und welcher vor­ zugsweise aus einem Lagerwerkstoff, z. B. Lagerbronze besteht.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Reihenfolge Dichtring, Führungsring, Steuerring.

7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (28) ein zylindrischer Ring ist, der in Umfangsrichtung einmal in einem zickzack-förmig verlaufenden Schnitt (32, 33, 34) geteilt ist, der den Kolben federnd umschließt und der auf seinem Außenumfang, vorzugsweise an seinem dem Zylinderraum zugewandten Ende, eine umlaufende Nut (31) mit einem an der Innenwandung anliegenden Einlagering (30) besitzt.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder gebildet werden:
durch eine radiale Zylinderbohrung (2) in dem Pumpenkörper (1), die sich bis in den Innenraum der Pumpe erstreckt und auf der dem Innenraum zugewandten Seite einen verkleinerten Innendurchmesser besitzt und dadurch die Umlaufkante (29) bildet, auf welcher der Steuerring (26) aufliegt,
durch einen Zylindereinsatz (3), der in die Zylinderbohrung (2) einsetzbar und in Achsrichtung der Zylinderbohrung festlegbar ist und der einen zylindrischen Innenraum besitzt, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Kolbens (4) und kleiner als der Außen­ durchmesser der Ringe (26-28) ist,
wobei der Zylindereinsatz in seiner festgelegten Position nur so weit in die Zylinderbohrung ragt, daß die Ringe zwischen der Umlaufkante der Zylinderbohrung und der ihnen zugewandten ringförmigen Stirnseite des Zylindereinsatzes verschiebbar aufeinanderliegen und zwischen dem Mantel des Kolbens und der sie umgebenden Wand der Zylinderbohrung so viel Platz haben, daß sie durch Fluchtungsfehler des Kolbens relativ zueinander verschiebbar sind.

9. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (23) auf ihrer der Einlaßkammer (22) zugewandten Seite eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Einlaßkante besitzt, welche in der inneren Totpunktlage des Kolbens mit der Steuerkante des Steuerringes (26) ein rechteckiges Einlaßfenster bildet, dessen Länge/Breite- Verhältnis vorzugsweise größer als 3 ist.

10. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Balligkeit der Stützfläche (18) oder/und der Kolben­ stirnfläche (19) in Umfangsrichtung ausgebildet ist.

11. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Balligkeit der Stützfläche (18) oder/und der Kolben­ stirnfläche (19) in axialer Richtung ausgebildet ist.

12. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstirnfläche (19) oder/und die Stützfläche (18) die Form einer flachen, konvexen Kugelschale hat.

13. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche (18; 19) der Flächenpaarung ballig, die andere Fläche (19; 18) eben ist.

14. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche (18; 19) der Flächenpaarung konvex, die andere Fläche (19; 18) konkav ist wobei der Krümmungsradius der konkaven Fläche größer ist als der Krümmungsradius der konvexen Fläche.

15. Radialkolbenpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der balligen Flächen größer ist als der Radius, bevorzugt größer ist als der Durchmesser des den Stützkörper (17) einhüllenden Kreiszylinders.