DE4310062C2

DE4310062C2 - Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE4310062C2
Application number: DE19934310062
Authority: DE
Inventors: Peter Volz
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1993-03-27
Filing date: 1993-03-27
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2013-03-28
Also published as: DE4310062A1

Description

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

Aus der DE 41 02 364 A1 ist bereits eine Radialkolbenma schine hervorgegangen, die zwischen zwei fluchtend zueinan der ausgerichteten Kolben einen Exzenterantrieb aufweist. Die Mittelachse des Exzenterantriebs befindet sich lotrecht auf gleicher Höhe zur Symmetrieachse der Kolben, so daß die Zylinderbohrungen der Kolben koaxial zueinander ausgerichtet sind. Die Radialkolbenmaschine ist als doppelflutige Radialkolbenpumpe ausgebildet, wobei mittels eines Elektro motors der Exzenter in Drehung versetzt wird, womit die os zillierend bewegten Kolben Druckmittel einer Druckmittel quelle über Saug- und Druckventile zu einem Druckmittelver braucher fördern.

Infolge der konzentrischen Ausrichtung der Kolben gegenüber der Mittelachse des Exzenters können abhängig von der Dreh winkelstellung des Exzenters unter dem Einfluß der Kolben kraft beträchtliche Querkraftschwankungen am Kolbenschaft entstehen, die ein ungleichmäßiges und damit die Kolben laufeigenschaften beeinträchtigendes Verschleißverhalten verursachen.

Aus der DE 39 42 223 C1 ist eine Kolbenpumpe mit einem unmittelbar an einem rotierenden Exzenter anliegenden Kolben bekannt, wobei zur Verschleißminimierung der Kolbenpumpe eine Kolbenachse entgegen der Exzenterlaufrichtung sowie im Abstand zu einem Antriebswellenmittelpunkt angeordnet ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radialkolbenmaschine der vorgenannten Art mit einfachen Mitteln dahingehend zu verbessern, daß unter Beibehaltung der den Leistungsbereich der Maschine spezifizierenden Auslegungsgrößen eine Reduzierung der Kolben-Reibungsverluste und des daraus resultierenden Laufflächenverschleisses erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach zwischen Exzenter und Kolben ein Nadellager angeordnet ist, und daß der senkrecht zur Exzenterlaufbahn ausgerichtete Kolben einen Achsversatz gegenüber der Drehachse des Exzenters aufweist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zusammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen näher dargestellt und erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Gesamtansicht einer doppelfluti gen Radialkolbenpumpe,

Fig. 2 eine schematische Pumpendarstellung zur Veran schaulichung des Zusammenwirkens der Exzentrizität mit dem Achsversatz bei halbem Kolbenhub bzw. Ex zenterhub (Druckhub),

Fig. 3 eine weitere schematische Pumpendarstellung bezüg lich der Wirkung der Deachsierung während des Saughubs (270° Exzenterstellung).

Die Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer dop pelflutigen Radialkolbenpumpe. Ein die Konstruktion eines ersten Kolbens 2 aufzeigender Querschnitt entlang der Kol benlängsachse, befindet sich in der durch die Exzentrizität e des Exzenters 1 bestimmten oberen Totpunktlage OT, während ein zum ersten Kolben 2 diametral und deachsiert ange ordneter zweiter Kolben 2' zur Veranschaulichung der ein zelnen an den Kolben 2, 2' angreifenden Kräfte lediglich schematisch skizziert ist. Ebenso ist der Exzenterantrieb vereinfacht dargestellt. Beide Kolben 2, 2' sind bezogen auf die Drehachse 3 des Exzenters 1 entgegen der Drehrich tung des Exzenters 1 um den gleichen Achsversatz a de achsiert, so daß die Symmetrieachsen der Kolben 2, 2' zur Exzenterdrehachse 3 einen definierten Achsabstand aufwei sen, der vom Betrage her gleich oder kleiner ist als die Exzentrizität e. Auf den in der unteren Totpunktlage UT zur rechten des Exzenters 1 schematisch gezeigten Kolben 2' wirken während der Bewegung des Kolbens 2 bzw. 2' die Ex zenterkraft FE in Richtung der oberen Totpunktlage OT, die Kolbenkraft FR sowie die zwischen den Kolben 2, 2' und der Kolbenlauffläche an den Berührungsflächen wirksamen Reib kräfte FR1, FR2 infolge der Querkraft FQ1, FQ2. Unter der Annahme, daß zwischen dem Exzenter 1 und den Kolben 2, 2' zweckmäßigerweise ein Nadellager angeordnet werden kann, ist die Exzenter-Reibkraft FRE vernachlässigbar gering. Die Größe der an den Längen 11, 12 des Kolbenschaftes angrei fenden Querkräfte FQ1, FQ2, die senkrecht auf den Kolben schaft gerichtet sind, resultieren in der abbildungsgemäßen Exzenterstellung (UT-Lage) im wesentlichen aus der um den Achsversatz a in den Kolben 2 bzw. 2' eingeleiteten Kolben kraft FK. Die daraus abgeleiteten unterschiedlichen Reib kräfte FR1, FR2 sind hierbei noch vernachlässigbar klein, da die Kolbenkraft FK klein ist. Die Momentenwirkung infol ge der um den Momentenpol M im Abstand des Achsversatzes a drehenden Kolbenkraft FK ist gering, da die Kolbenkraft FK in der unteren Totpunktlage UT im wesentlichen aus dem re lativ niedrigen Kolben-Restdruck, zuzüglich der Federkraft resultiert. Der Kraftangriffspunkt der Kolbenkraft FK ver schiebt sich in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung des Exzenters 1 zwischen dem Minimum der Exzentrizität (e = 0) - jeweils in den beiden Totpunktlagen vorhanden - bis zum Maximalwert der Exzentrizität (e = 1), bei einem Drehwinkel von 90 bzw. 270° entlang der Kolbenkontaktfläche. Durch die Deachsierung der Kolben 2, 2' resultiert erfindungsgemäß ein vom Exzenter-Drehwinkel weniger beein flußbares, die Schwankungen der Querkräfte FQ1, FQ2 min derndes Gesamtmoment um den Momentenpol M am Kolben 2 bzw. 2'. Dies wird hervorgerufen durch den der Exzentrizität e überlagerbaren Achsversatz a, an dem die Kolbenkraft FK an greift. Die Gesamtmomentenwirkung und damit die Reibkräfte FR1, FR2 am Kolben 2, 2' sind folglich gegenüber dem bishe rigen bekannten Stand der Technik kleiner, wenn sich der Radialkolben unter relativ großer Kolbenkraft FK bei der Bewegung in Richtung des oberen Todpunktes OT im Bereich der 90° Exzenterstellung befindet.

Die Fig. 2 veranschaulicht die 90° Drehwinkelstellung des Exzenteres 1 (halber Kolbenhub in Richtung OT) mit der skizzierten Überlagerung der Exzentrizität e durch den ent gegen der Drehrichtung des Exzenters 1 wirksamen Kol ben-Achsversatz a, wodurch zwangsläufig nur eine relativ kleine Hebelwirkung (e-a) der Kolbenkraft FK verbleibt. Da mit ist erfindungsgemäß erreicht, daß während des Kompres sionshubs und damit trotz der erheblich ansteigenden Kol benkraft FK im Bereich der 900 Drehwinkelstellung die Mo mentenänderung und damit die Schwankungen der Querkräfte FQ1, FQ2 vom Betrage her reduziert sind, was die Reibung und den Verschleiß zwischen Kolben und Gehäusebohrung 10 mindert.

Die Fig. 3 zeigt exemplarisch eine weitere gegenüber der Fig. 2 um 180 gedrehte Grenzstellung (halber Kolbenhub in Richtung UT) des Exzenters 1 (Exzentrizität e = 1), wobei zwar in Richtung des unteren Totpunktes UT mit dem maxima len Wirkabstand aus Exzentrizität e und Achsversatz a die Kolbenkraft FK um den Momentenpol M ebenfalls eine Momen tenwirkung erzeugt, die aber in Anbetracht des Saughubs vom Betrage her zwangsläufig durch verhältnismäßig kleine bzw. negative Kolbenkräfte FK zu keiner nennenswerten uner wünschten Veränderung der Querkräfte FQ1, FQ2 führt, wes halb die durch die Längen 11, 12 bestimmten Querkraftmomen te gering sind. Hinsichtlich der grundsätzlichen Konstruk tionsmerkmale der abbildungsgemäßen Radialkolbenpumpe soll im nachfolgenden darauf verwiesen werden, daß die abbil dungsgemäßen Angriffspunkte der Querkräfte FQ1, FQ2 und folglich die Angriffspunkte der Reibkräfte FR1, FR2 durch die in Fig. 1 gezeigte Kolbenführung bzw. Kolbenabdichtung beeinflußt werden. Die Kolbenkraft FR wird im beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die den Druck-Volumen-Verlauf kennzeichnenden Gaskräfte sowie durch die Federkraft der im Kompressionsraum eingespannten Druckfedern 4, 5 bestimmt. Der Kolben 2, 2' ist mittels eines vor oder hinter der saugseitigen Zulaufbohrung 6 angeordneten Dichtungspakets 7, 8 im Pumpengehäuse 9 geführt.

Zusammenfassend folgt aus der vorangegangenen Betrachtung, daß bei festgelegten Leistungsdaten der Radialkolbenpumpe lediglich durch eine entgegen der Drehrichtung des Exzen ters 1 deachsierte Kolbenanordnung 2, 2', die im Verlauf der oszillierenden Kolbenbewegung wirksamen Querkraft- und Momentenschwankungen minimiert werden können, womit die Laufflächenreibung und der Laufflächenverschleiß auf ein Minimum begrenzt sind. Gasdynamische Einflüsse sowie mas sendynamische Eigenschaften, die durch die oszillierende Kolbenbewegung hervorgerufen werden, gehen nicht in die Be trachtungsweise ein, da jene Einflüsse hinsichtlich der Problemstellung eine untergeordnete Rolle spielen. Grund sätzlich ist die Erfindung nicht auf Hubkolbenarbeitsma schinen beschränkt und damit natürlich auch auf Radialkol benmotore übertragbar, mit dem Unterschied, daß infolge des reziproken Kreisprozesses die maximale Kolbenkraft während der Kolbenbewegung von OT nach UT auftritt, wodurch ein in die Drehrichtung des Exzenters vorverlegte Kolben-Deachsie rung zweckmäßig erscheint.

Bezugszeichenliste

1

Exzenter

2

,

2

' Kolben

3

Drehachse

4

Druckfeder

5

Druckfeder

6

Zulaufbohrung

7

,

8

Dichtungspaket

9

Gehäuse

10

Gehäusebohrung

11

Länge

12

Länge
M Momentenpol
FQ1, FQ2 Querkraft
FR1, FR2 Reibungskraft
FRE Exzenter-Reibkraft
a Achsversatz
e Exzentrizität
FK Kolbenkraft

Claims

1. Radialkolbenmaschine mit einem Gehäuse (9), in dem eine Gehäuseöffnung einen Exzenter (1) aufnimmt, mit wenigstens einer radial in die Gehäuseöffnung einmündenden Gehäusebohrung (10), die einen vom Exzenter (1) betätigbaren Kolben (2, 2') aufnimmt, mit einem Arbeitsraum in der Gehäusebohrung (10), der durch den Kolben (2, 2') von der Gehäuseöffnung hydraulisch getrennt ist, und mit einer Ventilvorrichtung zur Steuerung des Ladungswechsels im Arbeitsraum, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Exzenter (1) und Kolben (2, 2') ein Nadellager angeordnet ist, und daß der radial zum Exzenter (1) ausgerichtete Kolben (2, 2') einen Achsversatz (a) zur Drehachse (3) des Exzenters (1) aufweist.

2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Achsversatzes (a) kleiner oder gleich der Exzentrizität (e) des Exzenters (1) ist.

3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Quotient aus Achsversatzes (a) bezogen auf die Exzentrizität (e) in einem Bereich zwischen 0,4 bis 0,8 vorgesehen ist.

4. Radialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei radial zum Exzenter (1) angeordnete Kolben (2, 2') vorgesehen sind, daß beide Kolben (2, 2') gleichsinnig oder gegensinnig zur Drehrichtung des Exzenters (1) ausgerichtet sind, und daß die Kolben (2, 2') den gleichen Achsversatz (a) aufweisen.

5. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkolbenmaschine als doppelflutige Radialkolbenpumpe ausgebildet ist, wobei die Kolben (2, 2') in zwei diametral zueinander ausgerichteten Gehäusebohrungen (10) geführt sind, die einen gleichgroßen, entgegen der Drehrichtung des Exzenters (1) angeordneten Achsversatz (a) zur Drehachse (3) des Exzenters (1) aufweisen.