DE4406803A1 - Hydraulische Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruckkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Kolbenpumpe, ins­ besondere von einer Hochdruckkolbenpumpe, die gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 wenigstens einen Pumpenkolben und ein Hubelement aufweist, relativ zu dem der Pumpenkolben bewegbar ist und von dem der Pumpenkolben unter gleitender Berührung steuerbar ist, und bei der zumindest der eine Gleitpartner eine Gleitschicht trägt.

Eine solche Kolbenpumpe ist aus der Praxis bekannt und z. B. in dem Datenblatt RD 11 263/06.89 der Mannesmann Rexroth GmbH ver­ öffentlicht. Die dort gezeigte Kolbenpumpe ist eine Radialkol­ benpumpe mit mehreren Radialkolben, die sich radial innen an der kreiszylindrischen Außenfläche eines Exzenters abstützen, der mit der Pumpenwelle angetrieben wird. Bei der Pumpe aus dem Da­ tenblatt sind die Pumpenkolben einstückig mit ihrem Gleitschuh ausgebildet. Es sind jedoch auch Kolbenpumpen bekannt, bei denen der Gleitschuh als separates Teil an einem Pumpenkolben gehalten ist. Ebenso sind Kolbenpumpen bekannt, bei denen kein gegenüber dem Querschnitt der Kolben vergrößerter Gleitschuh vorhanden ist, sondern die Kolben selbst am Hubelement anliegen.

Aus dem Datenblatt ist ersichtlich, daß der Gleitschuh an seiner dem Exzenter zugewandten Fläche eine Gleitschicht trägt. Diese Gleitschicht besteht in der Praxis aus einem Lagermetall und hat eine Dicke von 0,5 bis 2 mm. Das Lagermetall ist an den Gleit­ schuh angeklebt.

Die Herstellung der Schale oder der Platte aus Lagermetall sowie ihre Befestigung am Gleitschuh oder unmittelbar am Pumpenkolben ist sehr aufwendig und damit teuer. Außerdem ist der Einsatzbe­ reich der Pumpe beschränkt, da nur solche Fluide als Druck- oder Schmiermittel verwendet werden können, die den Kleber zwischen dem Lagermetall und dem Gleitschuh bzw. dem Pumpenkolben nicht angreifen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine hydrauli­ sche Kolbenpumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des An­ spruches 1 derart weiterzuentwickeln, daß sie kostengünstiger hergestellt werden kann und ihr Einsatzbereich erweitert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Kolbenpumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß die Gleitschicht eine feste Suspension eines Festschmier­ stoffes sehr kleiner Teilchengröße, wie z. B. MoS2, Graphit oder PTFE, in einem anorganischen oder organischen Bindemittel ist. Solche Gleitschichten sind als Gleitlack bzw. Anti-Friction-Coa­ tings allgemein bekannt und hinsichtlich ihrer Eigenschaften und ihrer Applikation auf Metalloberflächen in dem Buch, Molykote, Ausgabe 1991, das von Molykote, einem Unternehmensbereich der Dow-Corning GmbH, Müchen, herausgegeben worden ist, ausführlich beschrieben. Aus dem Buch geht auch hervor, wie die Oberfläche des Werkstücks zu behandeln ist, auf das die Gleitschicht aufge­ bracht werden soll. Ebenso wird darauf hingewiesen, daß die Dicke der Gleitschicht üblicherweise im Bereich von 5 bis 20 Mi­ krometer liegt und daß vor dem Aufbringen der Gleitschicht die Oberfläche des Werkstücks noch mit einer Phosphatschicht verse­ hen werden kann.

Kolbenpumpen werden vornehmlich dann eingesetzt, wenn im hydrau­ lischen System hohe bis sehr hohe Drücke von 300 bar aufwärts bis in den Bereich von 1000 bar erreicht werden sollen. Insbe­ sondere dienen Radialkolbenpumpen dazu, um Drücke über 400 bar aufzubauen. Man kann abschätzen, daß bei einer herkömmlichen Ra­ dialkolbenpumpe gemäß dem Datenblatt bei einem Druck von 700 bar zwischen dem Gleitschuh und dem Exzenter Flächenpressungen von etwa 20 Newton pro Quadratmillimeter auftreten, wenn man an­ nimmt, daß sich der Gleitschuh mit seiner gesamten dem Exzenter zugewandten Fläche gleichmäßig am Exzenter abstützt. Üblicher­ weise ist jedoch die Krümmung der Gleitfläche am Gleitschuh oder am Pumpenkolben geringer als die Krümmung der Außenfläche des Exzenters. Die Gleitfläche kann sogar eben sein. Bei solcher li­ nienförmigen Auflage spricht man von Hertz′schen Pressungen, die noch wesentlich größer sein können als der vorhin abgeschätzte Wert. Anhand von Lebensdauerversuchen hat es sich gezeigt, daß die Anti-Friction-Coatings auch den extremen Belastungen, wie sie im Hochdruckbereich über 300 bar bei hydraulischen Kolben­ pumpen auftreten, standhalten.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydraulischen Kolbenpumpe, die als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist, ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Zeichnung wird die Er­ findung nun näher erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel besitzt eine Pumpenwelle 10 inner­ halb eines nur abgebrochen gezeigten Pumpengehäuses 11 einstückig einen Exzenter 12 mit einer kreiszylindrischen Außenfläche 13. Über einen Winkel von 180° ist in die Außenfläche 13 eine Nut 14 eingearbeitet.

Die gezeigte Radialkolbenpumpe besitzt mehrere, z. B. drei Pum­ penelemente, von denen aus der Zeichnung eines ersichtlich ist. Ein Pumpenelement umfaßt einen Kugelkopf 15, der mit einer Schraube 16 in einem Durchbruch des Pumpengehäuses 11 gehalten ist und der zugleich als Gehäuse für ein Druckventil 17 dient. Zwischen dem Kugelkopf 15 und dem Exzenter 12 sind eine Zylin­ derbüchse 18 und ein Pumpenkolben 19 angeordnet, die teleskopar­ tig ineinander geführt sind und zwischen denen eine Schrauben­ druckfeder 20 eingespannt ist. Von dieser wird die Zylinder­ büchse 18 gegen den Kugelkopf 15 und der Pumpenkolben 19 mit ei­ nem einstückig mit ihm ausgebildeten Gleitschuh 21, der radial über die Zylinderbüchse 18 hinausgreift, gegen die Außenfläche 13 des Exzenters 12 gedrückt.

Der Pumpenkolben 19 besitzt einschließlich des Gleitschuhs 21 eine zum Exzenter 13 hin offene zentrale Bohrung 22, die zu ei­ nem Verdrängerraum 23 hin durch ein Saugventil 24 verschlossen werden kann.

Im Betrieb wird die Antriebswelle 10 in Richtung des Pfeiles A angetrieben. Man erkennt, daß während der halben Umdrehung der Antriebswelle 10, während der sich der Pumpenkolben 19 nach ra­ dial innen bewegt und dadurch den Verdrängerraum 23 vergrößert, über die Nut 14 eine Verbindung zwischen der zentralen Bohrung 22 und dem mit Fluid gefüllten Innenraum des Pumpengehäuses 11 besteht. Über die Nut 14, die Bohrung 22 und das offene Saugven­ til 24 gelangt Fluid in den Verdrängerraum 23. Während der fol­ genden halben Umdrehung der Antriebswelle 10 verkleinert sich der Verdrängerraum 23, so daß Fluid über das Druckventil 17 zu hydraulischen Verbrauchern verdrängt wird. Der dabei im Verdrän­ gerraum sich aufbauende Druck beaufschlagt den Pumpenkolben 19 zusätzlich zur Schraubendruckfeder 20 in Richtung auf den Exzen­ ter 13 zu. Dabei treten hohe Flächenpressungen zwischen der Au­ ßenfläche 13 des Exzenters 12 und der dieser Fläche 13 zugewand­ ten, gekrümmten Fläche 25 des Gleitschuhs 21 auf. Diese Fläche ist deshalb mit einer festen Gleitschicht 26 versehen, deren Dicke etwa 10 bis 20 Mikrometer beträgt und die in der Zeichnung der Deutlichkeit halber übertrieben stark dargestellt ist. Die Gleitschicht ist eine feste Suspension eines Festschmierstoffes sehr kleiner Teilchengröße, dessen Teilchen sich in einem anor­ ganischen oder organischen Bindemittel befinden. Der Fest­ schmierstoff ist bevorzugt MoS2, Graphit oder PTFE. Die Gleit­ schicht wird zunächst in flüssiger Form, in der sich die Teil­ chen des Festschmierstoffes und das Bindemittel in einem Löse­ mittel befinden, durch Spritzen, Tauchen oder auch Streichen aufgebracht. Während einer anschließenden Trocknungszeit verdun­ stet das Lösemittel und es bildet sich eine feste Gleitschicht.

Anstatt einer Fläche am Pumpenkolben oder einem an diesem gehal­ tenen Gleitschuh kann auch die Gegenfläche am Hubelement mit ei­ ner Gleitschicht versehen werden. Ebenso kann auf beide Gleit­ partner eine Gleitschicht aufgebracht werden. Bei einer Radial­ kolbenpumpe mit einer Beschichtung nur eines Gleitpartners wird, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, bevorzugt der Radialkolben bzw. ein an diesem gehaltener Gleitschuh mit der Gleitschicht versehen, da die Handhabung des Kolbens bzw. des Gleitschuhs während der Beschichtung einfacher erscheint als eine entspre­ chende Handhabung des Hubelements.

Claims (4)

1. Hydraulische Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruckkolben­ pumpe, mit wenigstens einem Pumpenkolben (19, 21) und mit einem Hubelement (12), relativ zu dem der Pumpenkolben (19, 21) beweg­ bar ist und von dem der Pumpenkolben (19, 21) unter gleitender Berührung steuerbar ist, wobei zumindest der eine Gleitpartner (19, 21) eine Gleitschicht (26) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (26) eine feste Suspension eines Fest­ schmierstoffes sehr kleiner Teilchengröße, wie z. B. MoS₂, Gra­ phit oder PTFE, in einem anorganischen oder organischen Binde­ mittel ist.

2. Hydraulische Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nur der Pumpenkolben (19, 21) die Gleitschicht (26) aufweist.

3. Hydraulische Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Radialkolbenpumpe ist.

4. Hydraulische Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pumpenkolben (19, 21) radial innen an ei­ nem Exzenter (12) abgestützt ist und daß die Krümmung der am Ex­ zenter (12) anliegenden Fläche (25) des Pumpenkolbens (19, 21) geringer ist als die Krümmung der am Pumpenkolben (19, 21) an­ liegenden Fläche (13) des Exzenters (12).