DE4109072A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Radialkolbenpumpe ist bekannt durch die DE-A 26 23 797 (Bag. 1480). Bei dieser Radialkolbenpumpe werden sämtliche Rückschlagventile durch eine Federzunge gebildet, der die Form eines Zylindermantels hat und der in der Ringnut liegt. Vorzugsweise kann diese Federzunge elastisch aufgeweitet werden (DE-A 26 31 799 = Bag. 992, s. auch Bag. 1004). Dieses Maschinenteil ist bewährt, jedoch in der Herstellung teuer. Das liegt insbesondere auch daran, daß der Nutengrund zur Gewähr­ leistung eines guten Ventilsitzes fein bearbeitet und rund bearbeitet sein muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Rückschlagventil bereitzustellen, das für den Einsatzzweck einer Radialkolben­ pumpe geeignet und bei einfacher Fertigung einen guten Sitz, aber auch geringen Auslaßwiderstand gewährleistet.

Die Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 ergeben sich besonders geringe Montagekosten.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird der Auslaßwiderstand der einzelnen Zylinder verkleinert und die Öffnungskraft - ebenfalls im Sinne einer Verminderung des Auslaßwiderstandes des Ventils - erhöht.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird eine Rundbearbeitung vollständig vermieden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt, Fig. 2 einen Radialschnitt durch eine Mehrfach-Radialkolbenpumpe.

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 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 Einzeich­ nung einer Mittellinie für einen Satz von Bohrungen, welche zwischen den Radialebenen der Bohrungen 2.1 und 2.2 liegen.

In jede Bohrung 2.1, 2.2 ist ein Kolbenring 5.1, 5.2 und darauf ein Zylindereinsatz 3.1, 3.2 gesteckt. 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 Zylinder­ einsätze 3.1, 3.2 haben ebenfalls kreiszylindrische Gestalt. Nach dem Einsetzen der Zylindereinsätze 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 Zylinder zugeordnet ist, welche gegenüber den dargestellten Zylindern um jeweils 45° versetzt und daher in der Zeichnungsebene nicht darstellbar sind. In jeder Nut liegen Federzungen 8.1, 8.2, 8.3, die jeweils als Auslaßventile für die Auslaßöffnungen 24 dienen und die sich auf die Sitze der Auslaßöffnungen 24, d. h. die Stirnflächen der Zylindereinsätze elastisch und nachgiebig auflegen. Jede Federzunge 8.1 besteht aus einem gekrümmten Blech, das etwa die Breite des Ringkanals 7 hat. Jedes Blech ist in seinem mittleren Bereich gekrümmt. Die Krümmung entspricht im wesent­ lichen der Krümmung des Grundes des Ringkanals. Dieser mittlere Bereich ist genau auf der Winkelhalbierenden zwischen zwei auf einer Normalebene liegenden Zylindern eingespannt. Die beiden Enden einer solchen Federzunge dienen als Ventilteller. Hierzu sind die Federzungen etwa in dem Bereich, in dem die Federzunge den Zylindereinsatz 3.1 überragt, abgeknickt. Die hinter der Knicklinie liegenden freien Enden der Federzunge 8.1 bilden in dem dargestellten Beispiel eine ebene Fläche. Die Stirnflächen der Zylindereinsätze, die als Ventilsitze dienen, bilden ebenfalls eine ebene Fläche, die zu der Zylinderachse senkrecht liegt. Durch diese Ausgestaltung legen sich die als Ventile dienenden freien Enden der Federzungen 8.1 jeweils auf die Auslaßöffnungen 24 eines jeden Zylinders auf.

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. Die Flächen 18 können mit geringer Krümmung ballig im Sinne der Teilfläche einer Kugel oder eines Zylindermantels sein.

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.

In den Radialbohrungen 2.1, 2.2 sitzen - wie erwähnt - Kolben­ ringe 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 Zylinder­ einsätze 3.1, 3.2. In diesen Kolbenringen ist jeweils ein Kolben 4.1, 4.2 gleitend geführt. Jeder Kolben ist ein topfför­ miger Kreiszylinder, dessen dem Innenraum 22 zugewandte Stirnseite 19.1, 19.2 verschlossen ist. In jedem Kolben 4.1, 4.2 liegt eine Druckfeder 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.

Zur Funktion der Pumpe

Bei drehendem Antrieb der Welle 14 führt der Exzenter 15 in dem Innenraum 22 eine Taumelbewegung aus. Dabei liegen die Zylinder 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 führt daher relativ zu den Flächen 18 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 befindliche Öl durch die Auslaßöffnungen 24 unter Überwindung des Auslaßwiderstandes der als Rückschlagventile dienenden Federzungen 8.1 bzw. 8.2 in den Ringraum 7.1 bzw. 7.2 und von dort in den entsprechenden Druckölkanal gedrückt. Andererseits folgt jeder Zylinder unter der Kraft seiner Druckfeder dem Exzenter radial nach innen. Dabei werden die Auslaßöffnungen 24 durch die Federzunge 8.1 bzw. 8.2 verschlossen. Es entsteht zunächst in dem Zylinder ein Vakuum, bis die Einlaßöffnungen 23.1, 23.2 mit dem jeweiligen Kolbenring 5.1, 5.2 als Steuerkante einen Öffnungsquerschnitt zum Pumpeninnenraum 22 hin freigeben. Nunmehr wird der Zylinder mit Öl gefüllt.

Der Auslaßwiderstand der als Rückschlagventile dienenden Federzungen wird dadurch herabgesetzt, daß zumindest bei den großen Zylindern, die in der Normalebene der Fig. 2 dargestellt sind, mehrere, im Beispiel drei, Auslaßöffnungen 24 vorgesehen werden. Diese Auslaßöffnungen liegen auf dem Umfang hinterein­ ander. Es sind jeweils drei Auslaßöffnungen vorgesehen. Dadurch, daß die Auslaßöffnungen auf dem Umfang hintereinander liegen, kann die Nut mit dem Federband schmal sein. Durch die Mehrzahl der Auslaßöffnungen wird einerseits die Druckfläche, die für die Öffnungskraft maßgebend ist, vergrößert. Anderer­ seits wird aber auch gewährleistet, daß die einzelnen Aus­ laßöffnungen 24 so klein sind, daß das Federblech unter dem Druck des Ringkanals weder eingebeult noch durchstanzt werden kann.

Infolge der flächigen Anlage der Zylinder an den Flächen des Tragkörpers ist die Flächenpressung selbst bei hohen Drücken so niedrig, daß für den Tragkörper ein geeignetes Lagermetall verwandt werden kann. Ebenso kann für die Kolben ein geringer wertiges Material ausgewählt werden. Die Flächen 18 des Tragkörpers 17 gewährleisten außerdem eine Führung der ihnen zugeordneten Kolben. Zur Vermeidung von statischen Überbestim­ mungen und einer nicht flächigen Auflage der Kolbenstirnflächen 19 auf den Flächen 18 sind daher die Zylinder in Kolbenringen geführt. Diese Kolbenringe 4.1, 4.2 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. Dadurch können sich die Kolben in den Kolbenringen und den im Durch­ messer größeren Zylindern etwas verkanten. Die Kolben können sich also in ihrer Lage so ausrichten, daß die Kolbenstirn­ flächen 19 satt auf den Flächen 18 aufliegen.

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.

Hierauf dürfte die wesentliche Verminderung der Pulsation und Pulsationsgeräusche zurückzuführen sein.

Bei der gezeigten Ausbildung der Rückschlagventile muß der Nutengrund des Ringkanals nicht mehr auf seinem ganzen Umfang bearbeitet werden. Es ist vielmehr lediglich erforderlich, die Stirnflächen der Zylindereinsätze 3.1, 3.2 so zu bearbeiten, daß sie als Ventilsitze geeignet sind. Die Ventile können aus Federblech sehr einfach geschnitten bzw. gestanzt werden. Die Bearbeitung reduziert sich vor allem auf die Einbringung der Krümmung des mittleren Teils. Der Auslaßwiderstand dieser Rückschlagventile ist gering, da auf dem Umfang jedes Ring­ kanals für jede Federzunge eine ausreichende Länge zur Verfügung steht, um bei geringer Auslenkung der Federzunge eine große Öffnungsweite zu gewährleisten.

Bezugszeichenaufstellung

1 Pumpenkörper
2.1 Radialbohrung
2.2 Radialbohrung
3.1 Zylindereinsatz
3.2 Zylindeeinsatz
4.1 Kolben
4.2 Kolben
5.1 Kolbenring
5.2 Kolbenring
6.1 Feder
6.2 Feder
7.1 Ringkanal
7.2 Ringkanal
7.3 Ringkanal
8.1 Ringkanal
8.2 Federzunge, Auslaßventil
8.3 Federzunge, 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
23 Einlaßfenster, Einlaßöffnung
24 Auslaßöffnungen
25 Kupplung

Claims (4)

1. Radialkolbenpumpe, deren Pumpengehäuse auf seinem Umfang eine umlaufende Nut aufweist, in welche die von den Zylindern ausgehenden Auslaßöffnungen einmünden und in welcher Auslaß-Rückschlagventile angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß-Rückschlagventile Zungenventile sind, die einseitig in der Nut eingespannt sind, die mit ihrem freien Ende auf den Auslaßöffnungen jeweils eines Zylinders aufliegen und die mindestens mit der Krümmung des Nuten­ grundes, vorzugsweise etwas stärker, gekrümmt sind.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungenventile durch Federbänder gebildet werden, die auf der Mittelebene zwischen zwei Zylindern im Nutengrund befestigt sind und mit ihren Enden auf jeweils den Auslaßöffnungen eines der benachbarten Zylinder aufliegen.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zylinder mehrere in die Nut mündende Auslaßöff­ nungen vorgesehen sind.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die als Ventil aufliegenden Enden der Federzungen ebene Flächen darstellen, die gegenüber der Federzunge abgeknickt sind,
daß der Nutengrund im Bereich der Auslaßöffnungen eines jeden Zylinders zu einer Fläche abgearbeitet ist, die zur Zylinderachse im wesentlichen senkrecht liegt,
und daß die Ventilzungen derart gekrümmt und eingespannt sind, daß der Ventilteller und der Ventilsitz zueinander parallel aufeinander liegen.