DE4312498C2 - Förderpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Förderpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer aus DE 38 24 752 A1 bekannten Förderpumpe, aufgrund ihrer Bauweise auch Axialkolbenpumpe genannt, die insbesondere in Klimaanlagen von Fahrzeugen als Kältemittelverdichter Eingang gefunden hat, weist eine Antriebseinheit zur Umsetzung der Rotation einer Antriebswelle in eine Hubbewegung eines Pumpenkolbens eine zur Antriebswelle konzentrische Taumelscheibe sowie eine zur Antriebswelle konzentrische Antriebsplatte auf, auf der sich die gegen Drehung gesicherte Taumelscheibe über ein Wälzlager abstützt. Die Antriebsplatte ist kipp- und axialverschiebbar an einem drehfest mit der Antriebswelle verbundenen Antriebselement befestigt. Läuft das Antriebselement mit der Antriebswelle um, dann pendelt die Taumelscheibe. Der Pumpenkolben ist über ein Kugelgelenk mit einer Verbindungsstange verbunden, die wiederum über ein Kugelgelenk an der Taumelscheibe angelenkt ist. Durch die taumelnde Bewegung der Taumelscheibe wird der parallelachsig zur Achse der Antriebseinheit angeordnete Pumpenkolben zu einer hin- und hergehenden Bewegung in dem Pumpenzylinder angetrieben.

Aus DE 32 23 269 A1 ist eine Förderpumpe mit einer Antriebseinheit aus einer feststehenden Stützscheibe und einem Rotor bekannt, in dem Pumpenelemente mit Pumpenzylinder und Pumpenkolben ausgebildet sind. Die Stützscheibe ist bezüglich der Achse der Antriebseinheit schräg angeordnet. Die Pumpenkolben greifen mit Gleitschuhen an der Stützscheibe an. Die Pumpenelemente nehmen mit Ihrer Achse einen spitzen Winkel bezüglich einer Parallelen zu der Achse des Antriebselementes ein, ohne diese Achse jedoch zu schneiden.

Eine gattungsgemäße Förderpumpe ist aus DE 31 12 930 A1 bekannt. Die Förderpumpe weist eine Antriebseinheit aus einem feststehenden Stützkörper mit schrägstehender Laufbahn und einem Rotor auf, der mit einer koaxialen Antriebswelle drehfest verbunden ist. Auf der Laufbahn des Stützkörpers ist eine von der Antriebswelle durchgriffene Taumelscheibe drehbar belagert. In dem Rotor sind Pumpenelemente mit Pumpenzylinder und Pumpenkolben ausgebildet, welche mit einer Lagerpfanne an der Taumelscheibe angreifen. Die Achse der Pumpenelemente nimmt einen spitzen, gegen die Taumelscheibe hin offenen Winkel zu der Achse der Antriebseinheit ein. Wird der Rotor mittels der Antriebswelle in Drehung versetzt, übt die an der Laufbahn des Stützkörpers gleitende Taumelscheibe eine hin- und hergehende Bewegung der Pumpenkolben in den Pumpenzylindern aus. Diese bekannte Förderpumpe ist jedoch wegen der Ausbildung und Lagerung der Taumelscheibe relativ aufwendig.

Die erfindungsgemäße Förderpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil des konstruktiv einfachen Aufbaus der Antriebseinheit, der weniger verschleißanfällig und relativ geräuscharm ist. Die Förderpumpe kann problemlos an jeder Antriebswelle mit freiem Wellenende adaptiert werden. Bei einem relativ kleinen Pumpenkolbenquerschnitt kann eine Mehrzahl von Pumpenelementen vorgesehen werden, die mit zeitlicher Versetzung des Kolbenhubs ihrer Pumpenkolben in einen gemeinsamen Druckraum fördern. Dadurch kann die Förderleistung sehr einfach variiert und auch eine höhere Leistungsdichte erzielt werden.

Förderstromschwankungen werden weitgehend vermieden. Die Förderpumpe ist kostengünstig herstellbar. Die erforderlichen Kugeln sind als Halbzeug käuflich und die Kugelkalotten werden je nach verwendetem Werkstoff mittels Kalibrierkugeln endgeformt oder geläppt. Die mit den Pumpenkolben einstückigen Kolbenstangen werden aus Schnittstempel-Halbzeugen gefertigt, so dass kein Rundschleifen erforderlich ist.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Förderpumpe möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor als Kugel ausgebildet, die in mindestens einer Lagerschale mit kugelzonenförmiger Lagerfläche abgestützt ist, wobei die Lagerschalenachse um ein Exzentritätsmaß radial versetzt parallel zur Achse des mit der Antriebswelle koaxialen Antriebsflansches verläuft. Bevorzugt werden zwei solche Lagerschalen verwendet, die sich an der Rotorkugel koaxial gegenüberliegen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Lagerschalen an einem einen Zu- und Ablauf aufweisendem Pumpengehäuse flüssigkeitsdicht gehalten und schließen zusammen mit dem Pumpengehäuse und der Rotorkugel einen jeweils mit dem Zu- bzw. Ablauf verbundenen Saug- und Druckraum ein. Bei diesem sehr einfachen Aufbau der Förderpumpe ist eine Lagerschmierung durch die Förderflüssigkeit von Haus aus gegeben.

Die innere, dem Druckraum benachbarte Lagerschale wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Pumpengehäuse axial verschieblich ausgeführt und über einen außen umlaufende Dichtung gegen die Gehäusewand abgedichtet. Dadurch drückt der im Druckraum vorhandene Förderdruck die Lagerfläche der Lagerschale auf die Rotorkugel und verbessert die Abdichtung gegenüber dem Saugraum.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor als Ring ausgebildet, dessen zur Rotorachse konzentrisch innere Ringfläche als kugelzonenförmige Lagerfläche geformt ist. Mit dieser Lagerfläche ist der Rotorring auf einer feststehenden Kugel gelagert, deren Kugelmitte um ein Exzentritätsmaß zur Achse der Antriebswelle radial versetzt ist.

Auch diese alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem als Kugel ausgebildetem Rotorlager weist einen Gehäuseteil mit einem Zu- und Ablauf auf, das fest mit der Lagerkugel verbunden ist. Der Pumpenarbeitsraum des mindestens einen Pumpenelements ist über jeweils eine in den Rotorring eingebrachten Zu- und Ablaufbohrungen und über Verbindungsbohrungen in der Lagerkugel mit dem Zu- und Ablauf verbunden. Hierzu münden die Zu- und Ablaufbohrung jeweils in einer in der Lagerfläche des Lagerrings eingebrachten Ringnut, und die Ringnuten überdecken jeweils eine Mündung der Verbindungsbohrungen in der Oberfläche der Lagerkugel. Auch hier wird durch die Förderflüssigkeit eine selbsttätige Schmierung der Lagerflächen erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Rotorring eine umlaufende Dichtlippe angeordnet, die sich an der von dem Antriebsflansch abgekehrten Seite der Lagerkugel nur auf deren Oberfläche so auflegt, daß aus den Ringnuten austretende Leckflüssigkeit den Anpreßdruck der Dichtlippe an die Lagerkugel erhöht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Pumpenkolben und Kolbenstange einstückig mit gleichem Durchmesser ausgeführt und stützen sich endseitig in einer im Antriebsflansch vorgesehenen Aufnahme axial und radial ab. Die Abstützung kann dabei kraftschlüssig erfolgen, wobei eine Druckfeder auf dem auf dem Rotor vorstehenden Abschnitt der Kolbenstange angeordnet ist, die sich einerseits am Rotor und andererseits an der Kolbenstange abstützt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Kolbenstangenende im Antriebsflansch formschlüssig mit begrenztem Spiel in Radial- und Tangentialrichtung aufgenommen sein. Hierzu ist im Antriebsflansch eine Kulisse vorgesehen, in welcher ein das Kolbenstangenende axial unverschieblich umschließender Kulissenstein radial und tangential begrenzt verschieblich geführt und mittels einer Feder in Tangentialrichtung belastet ist. Bei dieser Anfederung des Kulissensteins werden Rucke beim Anlaufen der Förderpumpe besser ausgeglichen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann auch die Druckfeder weggelassen werden, so daß diese beim Hub des Pumpenkolbens nicht gespannt werden muß. Daraus ergibt sich ein Energie- Einspareffekt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden zur Steigerung der Förderleistung eine Mehrzahl von Pumpenelementen im Rotor vorgesehen, wobei die Achsen der Pumpenelemente im gleichen Abstand zueinander auf dem Kegelmantel eines zum Antriebsflansch hin sich öffnenden spitzen Kegels angeordnet werden. Die Kolbenstangen aller Pumpenelemente, deren Achsen mit den Achsen der Pumpenelemente fluchten, stützen sich dabei in jeweils einer Aufnahme im Antriebsflansch ab.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 jeweils einen Längsschnitt einer Förderpumpe und 2 gemäß einem ersten und zweiten Ausführungs­ beispiel, schematisch dargestellt,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Förderpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, in schematischer Darstellung,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt einer Förderpumpe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in Fig. 1 im Längsschnitt schematisch dargestellten Förderpumpe ist mit 10 eine rotierende Antriebswelle bezeichnet, die mittels eines in einem Gehäuse oder Lagerbock 11 aufgenommenen Radiallager 12 drehend gelagert ist. Die Förderpumpe besteht hier aus drei Pumpenelementen 13 mit jeweils einem Pumpenzylinder 14 und einem darin axial verschieblich geführten Pumpenkolben 15, der zusammen mit dem Pumpenzylinder 14 einen Pumpenarbeitsraum 16 einschließt, und einer die drei Pumpenkolben 15 mit der Antriebswelle 10 verbindenden Antriebseinheit 17, die die Drehbewegung der rotierenden Antriebswelle 10 in eine Hubbewegung der Pumpenkolben 15 umsetzt.

Die Antriebseinheit 17 umfaßt einen mit der Antriebswelle 10 drehfest verbundenen, mit dieser koaxialen Antriebsflansch 18 sowie einen exzentrisch zum Antriebsflansch 18 dreidimensional beweglich gelagerten Rotor 19. Die drei Pumpenelemente 13 sind in dem Rotor 19 integriert, und zwar derart, daß jeweils die Achse 20 eines Pumpenelements 13 mit der Achse 21 des Antriebsflansches einen zum Antriebsflansch 18 hin offenen spitzen Winkel einschließt. Dieser spitze Winkel wird vorzugsweise nicht größer als 45° gewählt und kann auch den Wert Null annehmen, so daß die Achsen 20 der Pumpenelemente 13 parallel zur Achse 21 von Antriebsflansch 18 und Antriebswelle 10 verlaufen. Die drei Pumpenelemente 13 liegen damit auf der Kegelmantelfläche eines zum Antriebsflansch 18 hin sich öffnenden symmetrischen spitzen Kegels, dessen Spitze auf der Rotorachse liegt, und sind um den gleichen Umfangswinkel von 120° gegeneinander versetzt.

Die Pumpenkolben 15 der Pumpenelemente 13 sind jeweils mit einer dazu koaxialen Kolbenstange 22 starr verbunden, die endseitig am Antriebsflansch 18 in Radialabstand von dessen Achse 21 festgelegt sind. Pumpenkolben 15 und Kolbenstange 22 sind werden einstückig mit gleichem Durchmesser ausgeführt und vorzugsweise aus Schnittstempel-Halbzeugen gefertigt. Infolge der Einstückigkeit von Pumpenkolben 15 und Kolbenstange 22 ist in den Zeichnungen derjenige Teil des Schnittstempels, der im Pumpenzylinder 14 geführt ist, als Pumpenkolben 15 und derjenige Teil des Schnittstempels, der aus dem Pumpenzylinder 14 austritt als Kolbenstange 22 bezeichnet. Die im Rotor 19 integrierten Pumpenzylinder 14 sind durch durchgehende Bohrungen 23 realisiert, die auf ihrer einen Stirnseite abgeschlossen sind. Durch die Festlegung der Kolbenstangenenden 22 an dem Antriebflansch 18, die entweder form- oder kraftschlüssig oder sowohl form- als auch kraftschlüssig erfolgen kann, wird über die Kolbenstangen 22 der Rotor 19 rotatorisch angetrieben und durch die Exzentrität der Rotormitte zur Achse des Antriebsflansches 18 werden die Pumpenkolben 15 translatorisch angetrieben.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Förderpumpe in Fig. 1 ist der Rotor 19 als Kugel, nachfolgend als Rotorkugel 24 bezeichnet, ausgebildet, die in zwei Lagerschalen 25, 26 drehbar gelagert ist. Die beiden Lagerschalen 25, 26 liegen sich koaxial an der Rotorkugel 24 gegenüber, wobei ihre koaxialen Achsen 27 um das Exzentritätsmaß e radial versetzt parallel zur Achse 21 des Antriebsflansches 18 verlaufen. Die beiden Lagerschalen 25, 26 sind mit einem mit dem Lagerbock 11 fest verbundenen, topfförmigen Pumpengehäuse 28 flüssigkeitsdicht verbunden, wobei die Lagerschale 25 radial verschiebbar in das Pumpengehäuse 28 eingesetzt und über einen O-Ring 29 gegenüber der Innenwand 281 des Pumpengehäuses 28 abgedichtet ist. Die andere Lagerschale 26 ist deckelartig auf das Pumpengehäuse 28 aufgesetzt und mit angedeuteten, durch 30 gekennzeichneten Schrauben am Pumpengehäuse 28 befestigt. Eine in einer Ringnut an der Stirnseite des Pumpengehäuses 28 eingelegte Ringdichtung 31 sorgt für einen flüssigkeitsdichten Abschluß des Pumpengehäuses 28.

Von den beiden Lagerschalen 25, 26, der in den kugelzonenförmigen Lagerflächen 251,261 der Lagerschalen 25, 26 aufgenommenen Rotorkugel 24 und der Innenwand 281 des Pumpengehäuses 28 wird ein etwa ringförmiger Saugraum 32 eingeschlossen, der durch eine durch das Pumpengehäuse 28 radial durchführende Saugbohrung 33 mit einem Zulauf 34 am Pumpengehäuse 28 verbunden ist. Im Topfboden 282 des Pumpengehäuses 28 ist eine koaxiale, kreisrunde Vertiefung 35 eingedreht, die über eine radiale Druckbohrung 36 im Topfboden 282 mit einem Ablauf 37 am Pumpengehäuse 28 verbunden ist. Diese Vertiefung 35 schließt mit der inneren, axial verschieblichen Lagerschale 25 und der Rotorkugel 24 einen Druckraum 38 ein, in dessen Bereich die Austrittsöffnungen der die Pumpenzylinder 14 darstellenden Bohrungen 23 in der Rotorkugel 24 liegen. Zum Abschluß der Bohrungen 23 ist in jeder der Bohrungen 23 ein Rückschlagventil 39 mit zum Druckraum 38 weisender Durchlaßrichtung eingesetzt. Die Rückschlagventile 39 sind als Zungenrückschlagventile ausgebildet. Durch den im Betrieb der Förderpumpe sich im Druckraum 38 aufbauenden Förderdruck wird die innere Lagerschale 25 mit einer Druckkraft beaufschlagt, die sie in Richtung zur Rotorkugel 24 hin zu verschieben sucht. Dadurch wird mit zunehmendem Druck die Lagerfläche 251 der Lagerschale 25 zunehmend auf die Oberfläche der Rotorkugel 24 aufgedrückt, so daß sich eine gute Dichtwirkung zwischen dem Druckraum 38 und dem Saugraum 32 ergibt. Zur Versorgung des Pumpenarbeitsraums 16 der Pumpenelemente 13 mit Förderflüssigkeit sind in die Rotorkugel 24 drei radiale Zulaufbohrungen 40 eingebracht, die einerseits an der Kugeloberfläche im Bereich des Saugraums 32 und andererseits jeweils in einer der Bohrungen 23 im Bereich des unteren Totpunktes des Pumpenkolbens 15 münden.

Die freien Enden der Kolbenstangen 22 sind halbkugelförmig ausgebildet und in einer in dem Antriebsflansch 18 ausgeformten Aufnahme 41 aufgenommen. Auf jeder Kolbenstange 22 sitzt eine Druckfeder 42, die sich einerseits an der Rotorkugel 24 und andererseits an einem an der Kolbenstange 22 befestigten Federteller 43 abstützt. Durch diese Druckfeder 42 wird die Kolbenstange 22 in der Aufnahme 41 sowohl axial als auch radial kraftschlüssig festgelegt. Die Aufnahmen 41 können dabei als einzelne Vertiefungen mit gegenüber dem Kolbenstangendurchmesser wesentlich größeren Abmessungen in die Stirnseite des Antriebsflansches 18 eingebracht werden.

Bei Rotation der Antriebswelle 10 wird von dem Antriebsflansch 18 über die Kolbenstange 22 die Rotorkugel 24 in Rotation um ihren Mittelpunkt versetzt. Bedingt durch das Exzentritätsmaß e ist die Berührungsbahn der Kolbenstangenenden in der Ebene des Antriebsflansches 18 bei Umdrehung ein Kegelschnitt, hier eine Ellipse. Dadurch ergibt sich eine Hin- und Herbewegung der Kolbenstangen 22 und damit der Pumpenkolben 15 in den Bohrungen 23. Bei der in Fig. 1 dargestellten Drehstellung der Rotorkugel 24 hat der Pumpenkolben 15 des unteren Pumpenelements 13 in etwa seinen unteren Totpunkt erreicht, während der Pumpenkolben 15 des in Fig. 1 oberen Pumpenelements 13 in seinen oberen Totpunkt einläuft. Damit kann in den Pumpenarbeitsraum 16 des unteren Pumpenelements 13 Förderflüssigkeit aus dem Saugraum 32 über die Zulaufbohrung 40 einströmen, während aus dem Pumpenarbeitsraum 16 des oberen Pumpenelements 13 Förderflüssigkeit über das Rückschlagventil 39 in den Druckraum 38 gefördert wird. Für eine gutes Funktionieren der Förderpumpe wird angestrebt, den Winkel, den die Achse 20 der Kolbenstange 22 im oberen Totpunkt des Pumpenkolbens 15 mit der Normalen ihrer Berührungsfläche im Antriebsflansch 18 einschließt, nicht kleiner zu machen als den Reibungswinkel der Materialpaarung zwischen Kolbenstangenende und Berührungsfläche im Antriebsflansch 18.

Die Förderpumpe gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel stimmt prinzipiell mit der vorstehend beschriebenen Förderpumpe überein, ist jedoch in einigen Details modifiziert. Bei der nachfolgenden Beschreibung sind Bauteile der Förderpumpe, die mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Rotorkugel 24 ist wiederum in den beiden Lagerschalen 25' und 26' aufgenommen, wobei die Lagerschale 25' einstückig mit dem am Lagerbock 11 befestigten Pumpengehäuse 28' ausgebildet ist. Der Druckraum 38 ist durch eine hinter der Lagerfläche 251 des Lagerrings 25' angeordneten Vertiefung 35' gebildet, die von der in der Lagerfläche 251 aufgenommenen Rotorkugel 24 abgeschlossen und, wie in Fig. 1, über die Druckbohrung 36 mit dem Ablauf 37 des Pumpengehäuses 28' verbunden ist. Der Saugraum 32 ist durch eine kreisrunde Ausnehmung 44 in der Lagerschale 26' realisiert. Der von der Oberfläche ebenfalls in der Lagerfläche 261 der Lagerschale 26 einliegenden der Rotorkugel 24 und der Außenwand der Ausnehmung 44 sowie von der Lagerschale 25' begrenzte Saugraum 32 ist über die in den Lagerring 26' radial eingebrachte Saugbohrung 33 mit dem Zulauf 34 des Pumpengehäuses 28' verbunden. Die ringförmige Lagerschale 26' wird wiederum mittels Schrauben 30 am Pumpengehäuse 28' befestigt, wobei die Ringdichtung 31 für eine flüssigkeitsdichte Abdeckung sorgt. An der den Druckraum 38 begrenzten Oberfläche der Rotorkugel 24 ist eine plane Fläche 45 angearbeitet, in deren Ebene die Austrittsöffnungen der die Pumpenzylinder 14 der Pumpenelemente 13 bildenden Bohrungen 23 in der Rotorkugel 24 liegen. Auf der planen Fläche 45 ist eine Deckplatte 46 befestigt, die drei als plane Zungenventile ausgebildete Rückschlagventile 39 trägt. Jedes Rückschlagventil 39 ist dabei konkruent zu einer Austrittsöffnung der Bohrungen 23 in der planen Fläche 45 an der Rotorkugel 24 angeordnet. Die den Pumpenarbeitsraum 16 eines jeden Pumpenelements 13 mit dem Saugraum 32 verbindende Zulaufbohrung 40 in der Rotorkugel 24 ist so gelegt, daß ihre Öffnung in der Kugeloberfläche durch Rotation der Rotorkugel 24 zeitweise von der Lagerfläche 261 der Lagerschale 26' abgedeckt wird. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Pumpenkolben 15 aus seinem unteren Totpunktbereich ausgefahren ist. Da der Pumpenkolben 15 mit der Öffnung der Zulaufbohrung 40 im Pumpenarbeitsraum 16 eine Schlitzsteuerung bildet, ist im oberen Totpunktbereich des Pumpenkolbens 15 die Zulaufbohrung 40 eines jeden Pumpenelements 13 an beiden Seiten abgesperrt, wie dies bei dem in Fig. 2 oben liegenden Pumpenelement 13 zu erkennen ist.

An den Enden der Kolbenstangen 22 ist jeweils ein Kugelglied 47 angeschweißt, das im Antriebsflansch 18 formschlüssig mit begrenztem Spiel in Radial- und Tangentialrichtung aufgenommen ist. Hierzu sind in dem Antriebsflansch 18 um 120° versetzt angeordnete Kulissen 48 stirnseitig eingebracht. In jeder Kulisse 48 liegt ein Kulissenstein 49 ein und ist darin radial und tangential begrenzt verschieblich geführt. Der Kulissenstein 49 wird mittels einer Andruckfeder 50 an die in Drehrichtung des Antriebsflansches 18 vordere Stirnfläche 481 angedrückt. Im Kulissenstein 49 ist das Kugelglied 47 der Kolbenstange 22 axial unverschieblich aufgenommen, und der Kulissenstein 49 ist in der Kulisse 48 durch eine auf die Stirnseite des Antriebsflansches 18 aufgesetzte Platte 51 mit Aussparungen 52 zum Durchtritt der Kolbenstangen 22 axial unverschieblich gehalten. Bei dieser formschlüssigen Ankopplung der Kolbenstangenenden an den Antriebsflansch 18 können die in Fig. 1 zu sehenden Druckfedern 42 entfallen. Diese müssen damit beim Pumpenkolbenhub nicht gespannt werden, so daß sich ein Energieeinspareffekt ergibt. Durch die tangential abgefederten Kulissensteine 49 werden Rucke beim Anfahren der Förderpumpe sehr gut ausgeglichen.

Die in Fig. 4 dargestellte Förderpumpe weist weitere konstruktive Modifikationen gegenüber den zuvor beschriebenen Förderpumpen auf. Der hier ebenfalls als Rotorkugel 24 ausgebildete Rotor 19 ist in der gleichen Weise zwischen zwei Lagerschalen drehbeweglich gehalten, wobei die vom Antriebsflansch 18 abgekehrte Lagerschale 25' einstückig mit dem Pumpengehäuse 28 ist, d. h. daß die kugelzonenförmige Lagerfläche 251 direkt am Pumpengehäuse 28' ausgeformt ist, während die andere Lagerschale 26 wiederum mittels Schrauben 13 auf dem Pumpengehäuse 28 befestigt ist. Wie aus der Schnittdarstellung in Fig. 5 hervorgeht, sind in der Lagerfläche 251 zwei voneinander getrennte halbringförmige Steuernuten 53, 54 angeordnet. In der Rotorkugel 24 sind drei Steuerbohrungen 55 so eingebracht, daß sie einerseits im Bereich der Lagerfläche 251 und andererseits im Pumpenarbeitsraum 16 im oberen Totpunktbereich des Pumpenkolbens eines jeden Pumpenelements 13 münden. Die Steuernut 53 ist über die Saugbohrung 33 mit dem Zulauf 34 und die Steuernut 54 über die Druckbohrung 36 mit dem Ablauf 37 am Pumpengehäuse 28' verbunden. Durch die konstruktive Anordnung von Steuernuten 53, 54 und der jeweils einem Pumpenelement 13 zugeordneten Steuerbohrungen 55 wirken diese so miteinander zusammen, daß während der Rotation der Rotorkugel 24, und des damit verbundenen Hubs des Pumpenkolbens 15, in den Pumpenelementen 13 der Pumpenarbeitsraum 16 aufeinanderfolgend mit dem Zu- und Ablauf 34, 37 am Pumpengehäuse 28' verbunden ist. Die im Pumpengehäuse 28' mündenden Stirnenden der die Pumpenzylinder 14 bildenden Bohrungen 23 in der Rotorkugel 24 sind jeweils mittels eines Verschlußstückes 56 abgeschlossen. Rückschlagventile, wie in Fig. 1 und 2, sind nicht vorhanden. Das Einströmen der Förderflüssigkeit in den Pumpenarbeitsraum 16 und das Ausschieben aus diesem erfolgt ausschließlich durch Verschließen und Freigabe der Mündungen der Steuerbohrungen 55 in der Kugeloberfläche durch die kugelzonenförmige Lagerfläche 251.

Die Ankopplung der Antriebsstangen 22 an den Antriebsflansch 18 erfolgt wiederum über koaxial auf den Kolbenstangen 22 sitzende Druckfedern 42, die sich an dem mit der Kolbenstange 22 fest verbundenen Federteller 43 und über ein auf der Kolbenstange 22 axial verschiebbar sitzendes Formstück 57 an der Rotorkugel 24 abstützen. Bei ausreichend hohen Federkräften der Druckfedern 42 kann die Lagerschale 26 weggelassen werden. Die Kräfte der Federn 42 müssen dann so hoch sein, daß durch ihren Anpreßdruck in der Lagerfläche 251 am Pumpengehäuse 28' eine ausreichend hohe Dichtigkeit geschaffen wird. Selbstverständlich kann die Ankopplung der Kolbenstangenenden 22 am Antriebsflansch 18 in gleicher Weise ausgeführt werden, wie dies zu Fig. 2 beschrieben ist.

Bei der Förderpumpe gemäß Fig. 6 ist der Rotor 19 ringförmig ausgebildet und wird im folgenden Rotorring 60 genannt. Die konzentrisch zur Rotorringachse 61 verlaufende innere Ringfläche ist als kugelzonenförmige Lagerfläche 601 ausgebildet. Mit dieser kugelzonenförmigen Lagerfläche 601 ist der Rotorring 60 auf einer Kugel, im folgenden Lagerkugel 62 genannt, gelagert, die feststehend angeordnet und mit einem Gehäuseteil 63 verbunden ist. Der als Lagerzapfen ausgebildete Gehäuseteil 63 nimmt drehbar die Antriebswelle 10 auf, wobei die Kugelmitte der Lagerkugel 62 um das Exzentritätusmaß e radial zur Achse 21 des Antriebsflansches 18 versetzt angeordnet ist, der wiederum koaxial zur Antriebswelle 10 mit dieser drehfest verbunden ist. Der Gehäuseteil 63 ist wiederum mit einem Zulauf 34 und einem Ablauf 37 ausgestattet, die mit jeweils einem Verbindungskanal 64 bzw. 65 verbunden sind. Die Verbindungskanäle 64, 65 münden im Bereich der Lagerfläche 601 des Rotorrings 60 in der Oberfläche der Lagerkugel 62.

Im Rotorring 60 sind wiederum drei jeweils um 120° Umfangswinkel gegeneinander versetzte Pumpenelemente 13 angeordnet, die in der gleichen Weise aufgebaut und mit dem Antriebsflansch 18 verbunden sind, wie dies zu den vorstehenden Förderpumpen beschrieben worden ist. Abweichend davon sind im Rotorring 60 jedem Pumpenelement 13 eine Zulaufbohrung 66 und eine Ablaufbohrung 67 zugeordnet, die in der Lagerfläche 601 des Rotorrings 60, und zwar jeweils in einer Ringnut 68 bzw. 69 münden. Die Ringnut 68 überdeckt die Mündung des Verbindungskanals 64 in der Kugeloberfläche und die Ringnut 69 die Mündung des Verbindungskanals 65 in der Kugeloberfläche der Lagerkugel 62. Die Ringnut 69, die dem Verbindungskanal 65 zum Ablauf 37 zugeordnet ist, ist dabei nicht durchgehend, sondern unterbrochen ausgebildet, so daß für jedes Pumpenelement 13 ein eigenes Drucknut-Gebiet vorhanden ist. Im Pumpenarbeitsraum 16 eines jeden Pumpenelements 13 mündet die Zulaufbohrung 66 im unteren Totpunktbereich und die Ablaufbohrung 67 im oberen Totpunktbereich des Pumpenkolbens 15. Die die Pumpenzylinder 14 realisierenden Bohrungen 23 im Rotorring 60 sind an der Stirnseite durch Einsatzstücke 70 druckdicht abgeschlossen, und in den Verbindungskanal 65 zum Ablauf 37 ist ein Rückschlagventil 39 eingesetzt. Auf die Stirnseite des Rotorrings 60 ist ein ringförmiger Verschlußdeckel 71 aufgebördelt, an dem Einsatzstücke 70 befestigt sind.

Am Verschlußdeckel 71 ist eine umlaufende Dichtlippe 72 gehalten, die sich beim Aufpressen des Rotorrings 60 auf die Lagerkugel 62 kurzzeitig elastisch verformen kann. Die Dichtlippe 72 ist in ihrer Dimensionierung so ausgelegt, daß sie sich auf die Oberfläche der Lagerkugel 62 aufdrückt und damit den Rotorring 60 gegenüber der Kugel 62 abdichtet. Beim Betrieb der Förderpumpe 40 wird sich der zwischen Rotorring 60 und Lagerkugel 62 befindliche, von der Dichtlippe 72 abgedeckte Hohlraum 73 infolge Leckage zwischen der Ringnut 69 und dem zu dem Ablauf 37 führende Verbindungskanal 65 mit Flüssigkeit füllen, und der sich hier aufbauende Flüssigkeitsdruck drückt die Dichtlippe 72 verstärkt auf die Kugeloberfläche, wodurch die Abdichtung noch zusätzlich verstärkt wird. Die mit den Pumpenkolben 15 wiederum einstückigen Kolbenstangen 22 tragen auf ihrem vom Pumpenkolben 15 abgekehrten Ende jeweils ein Kugelglied 47, mit dem sie kraftschlüssig an dem Antriebsflansch 18 festgelegt sind. Hierzu ist eine zur Achse 20 der Kolbenstange 22 koaxiale kegelförmige Schraubendruckfeder 74 einerseits in einer zur Bohrung 23 konzentrischen Ringnut 75 im Rotorring 60 und andererseits an dem Kugelglied 47 abgestützt. Die einzelnen Kugelglieder 47 werden wiederum in einer in der Stirnseite des Antriebsflansches 18 eingebrachten Aufnahme 41 aufgenommen. Wie aus der Schnittdarstellung in Fig. 7 zu entnehmen ist, ist jede Aufnahme 41 so gestaltet, daß ein begrenztes Spiel der Kugelglieder 47 in der Aufnahme 41 sowohl in Radial- als auch in Tangentialrichtung sichergestellt ist.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die Anzahl der Pumpenelemente 13 im Rotor 19 variiert und damit die Förderleistung der Förderpumpe an ihren Einsatzzweck in einfacher Weise adaptiert werden.

Weiterhin ist es möglich, durch Verschieben des Pumpengehäuses 29 in Richtung der Achse 21 des Antriebsflansches 18 die Förderleistung der Förderpumpe infolge des damit abnehmenden Exentritätsmaßes e zu reduzieren und im Falle der Koaxialität sogar zu Null zu machen, so daß der Fall einer "Verstellpumpe" vorliegt.

Ferner ist es denkbar, die Förderpumpe durch Umkehr der hydraulischen Anschlüsse und Umkehr des Richtungssinns der ggf. vorhandenen Rückschlagventile sowie Wegfall des Antriebs an der Antriebswelle als Hydraulik- oder Gasmotor zu betreiben. Die Antriebswelle übernimmt dann die Funktion einer Arbeits- oder Abtriebswelle.

Claims (20)

1. Förderpumpe mit mindestens einem Pumpenelement (13), das aus einem Pumpenzylinder (14) und einem darin axial verschiebbaren, mit dem Pumpenzylinder (14) einen Pumpenarbeitsraum (16) einschließenden Pumpenkolben (15) besteht, und mit einer Antriebseinheit (17), welche die Drehbewegung einer rotierenden Antriebswelle (10) in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens (15) des mindestens einen Pumpenelements (13), dessen Achse (20) mit der Achse (21) der Antriebseinheit (17) einen spitzen Winkel bildet, umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (17) einen mit der Antriebswelle (10) drehfesten und koaxialen Antriebsflansch (18) und einen exzentrisch zum Antriebsflansch (18) dreidimensional beweglich gelagerten Rotor (19) aufweist, dass das mindestens eine Pumpenelement (13) mit Pumpenzylinder (14) und Pumpenkolben (15) im Rotor (19) angeordnet und derart ausgerichtet ist, dass der spitze Winkel zwischen der Achse (20) des Pumpenelements (13) und der Achse (21) des Antriebsflanschs (18) zu dem Antriebsflansch (18) hin offen ist und vorzugsweise zwischen 0° und 45° beträgt, und dass der Pumpenkolben (15) mit einer Kolbenstange (22) drehfest verbunden ist, die am Antriebsflansch (18) in Radialabstand von der Achse (21) des Antriebsflanschs (18) axial unverschieblich festgelegt ist.

2. Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenzylinder (14) des mindestens einen Pumpenelements (13) von einer in den Rotor (19) eingebrachten, an eine Stirnseite verschlossenen Durchgangsbohrung (23) gebildet ist.

3. Förderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Pumpenkolben (15) und Antriebsstange (22) koaxial ausgerichtet und einstückig mit gleichem Durchmesser ausgeführt sind.

4. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotar (19) und der Kolbenstange (22) sich eine Druckfeder (42; 74) mit zum Antriebsflansch (18) hin gerichteter Druckkraft abstützt und vorzugsweise daß die Druckfeder (42; 74) koaxial die Kolbenstange (22) umgibt.

5. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsflansch (18) eine stirnseitige Aufnahme (41) trägt, in welcher sich das Ende der Antriebsstange (22) axial und radial jeweils kraftschlüssig abstützt.

6. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenstangenende im Antriebsflansch (18) formschlüssig mit begrenztem Spiel in Radial- und Tangentialrichtung aufgenommen ist.

7. Förderpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsflansch (18) mindestens eine stirnseitig eingelassene Kulisse (48) aufweist, in welcher ein das Antriebsstangenende axial spiellos umschließender Kulissenstein (49) radial und tangential begrenzt verschieblich geführt und mittels einer Andruckfeder (50) in Tangentialrichtung belastet ist.

8. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (19) als Kugel (24) ausgebildet ist, die in mindestens einer Lagerschale (25'), vorzugsweise in zwei einander an der Kugel (24) koaxial gegenüberliegenden Lagerschalen (25, 26; 25', 26') mit kugelzonenförmiger Lagerfläche (251, 261) abgestützt ist und daß die Lagerschalenachse (27) um ein Exzentritätsmaß (e) radial versetzt parallel zur Achse (21) des Antriebsflansches (18) verläuft.

9. Förderpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lagerschalen (25, 26; 25', 26') an einem einen Zulauf (34) und Ablauf (37) aufweisenden Gehäuse (28; 28') flüssigkeitsdicht gehalten sind und zusammen mit dem Gehäuse (28; 28') und der Rotorkugel (24) einen jeweils mit dem Zu- bzw. Ablauf (34 bzw. 37) verbundenen Saug- und Druckraum (32, 38) einschließen.

10. Förderpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Antriebsflansch (18) abgekehrte Lagerschale (25) begrenzt axial verschieblich angeordnet und mittels eines außen umlaufenden Dichtrings (29) gegenüber dem Gehäuse (28) abgedichtet ist.

11. Förderpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Rotorkugel (24) eingebrachte Zulaufbohrung (40) einerseits an der Kugeloberfläche im Bereich des Saugraums (32) und andererseits im Pumpenarbeitsraum (16) des Pumpenelements (13) im Bereich des unteren Totpunktes des Pumpenkolbens (15) mündet, und daß die den Pumpenzylinder (14) bildende Bohrung (23) in der Rotorkugel (24) im Bereich des Druckraums (32) frei mündet und deren stirnseitiger Abschluß durch ein Rückschlagventil (39) mit zum Druckraum (32) weisender Durchlaßrichtung vorgenommen ist.

12. Förderpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (39) ein in die Stirnseite der Bohrung (23) in der Rotorkugel (24) eingesetztes Zungenventil ist.

13. Förderpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rotorkugel (24) ein plane Fläche (45) angearbeitet ist, in welcher die Mündung der den Pumpenzylinder (14) bildenden Bohrung (23) in der Rotorkugel (24) liegt, daß auf der Fläche (45) eine Deckplatte befestigt ist und daß das Rückschlagventil (39) als planes Zungenventil ausgebildet ist, das in der Deckplatte (46) kongruent mit der Bohrungsmündung angeordnet ist.

14. Förderpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rotorkugel (24) eine Steuerbohrung (55) so eingebracht ist, daß sie einerseits im Pumpenarbeitsraum (16) nahe dem oberen Totpunkt des Pumpenkolbens (15) und andererseits an der Kugeloberfläche mündet, und daß in der Lagerfläche (251) der Lagerschals (25') zwei mit jeweils dem Zu- und Ablauf (34, 37) verbundene Steuernuten (53, 54) angeordnet sind, die so mit der Steuerbohrung (55) zusammenwirken, daß der Pumpenarbeitsraum (16) während des Pumpenkolbenhubs aufeinanderfolgend mit dem Zu- und Ablauf (34, 37) verbunden ist (Fig. 4).

15. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (19) als Ring (60) ausgebildet ist, dessen zur Ringachse (61) konzentrische innere Ringfläche als kugelzonenförmige Lagerfläche (601) geformt ist, und daß der Rotorring (60) mit seiner Lagerfläche (601) auf einer feststehenden Kugel (62) gelagert ist, deren Kugelmitte um ein Exzentritätsmaß (e) zur Achse (21) des Antriebsflansches (18) radial versetzt ist.

16. Förderpumpe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkugel (62) fest mit einem einen Zu- und Ablauf (34, 37) aufweisenden Gehäuse (63) verbunden ist, daß im Rotorring (60) eine Zulaufbohrung (66) und eine Ablaufbohrung (67) jeweils so eingebracht sind, daß sie einerseits im Pumpenarbeitsraum (16) im unteren bzw. oberen Totpunktbereich des Pumpenkolbens (15) und andererseits jeweils in einer in der Lagerfläche (601) des Rotorrings (60) eingebrachten Ringnut (68, 69) münden, daß die Ringnuten (68, 69) jeweils eine in der Oberfläche der Lagerkugel (62) liegende Mündung eines an dem Zu- bzw. Ablauf (34, 37) angeschlossenen Verbindungskanal (64, 65) überdecken und daß in dem zu dem Ablauf (31) führenden Verbindungskanal (65) ein Rückschlagventil (39) angeordnet ist.

17. Förderpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren, im Rotorring (60) angeordneten Pumpenelementen (13) die Ringnut (69) in der Oberfläche der Lagerkugel (62), die den an dem Ablauf (37) angeschlossenen Verbindungskanal (65) überdeckt, in einzelne Ringabschnitte unterteilt ist, die jeweils mit einer zu dem Pumpenarbeitsraum (16) eines Pumpenelements (13) führenden Ablaufbohrung (67) verbunden sind.

18. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß am Rotorring (60) eine umlaufende Dichtlippe (72) angeordnet ist, die sich an der von dem Antriebsflansch (18) abgekehrten Seite der Lagerkugel (62) so auf deren Oberfläche auflegt, daß aus den Ringnuten (69) austretende Leckflüssigkeit den Anpreßdruck der Dichtlippe (72) an der Lagerkugel (62) erhöht.

19. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Antriebsflansch (18) in Eingriff stehende Ende der Antriebsstange (22) kugelförmig abgerundet oder mit einem separaten Kugelglied (47) fest verbunden ist.

20. Förderpumpe nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotor (19) mindestens zwei Pumpenelemente (13) mit Pumpenzylinder (14), Pumpenkolben (15) und Kolbenstangen (22) so angeordnet sind, daß die Achsen der Pumpenelemente (13) auf dem Kegelmantel eines zum Antriebsflansch (18) hin sich öffnenden, symmetrischen, spitzen Kegels liegen, dessen Kegelspitze auf der Rotorachse liegt.