DE4426945A1 - Kolbenpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kolbenpumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Eine derartige Kolbenpumpe ist aus der DE 37 29 077 A1 bekannt. Zum Abdichten des Kolbens der bekannten Kolbenpumpe gegenüber einer Zylinderbohrungswand ist der Kolben mit einem Dichtring versehen, der in eine umlaufende Kolbennut eingesetzt ist. Die Zufuhr von Pumpfluid erfolgt durch ein Einlaßkanalsystem im Kolben, dessen Fertigung mehrere Bohrungen in achsparalleler- und in Querrichtung durch den Kolben erfordert. Die Herstellung des Kolbens der bekannten Kolbenpumpe ist dadurch aufwendig und teuer. Darüberhinaus erfordert die Fluidzufuhr zum Einlaßkanalsystem im hin- und hergehenden Kolben einigen Aufwand. Desweiteren gestalten sich Herstellung und Montage des Dichtrings der bekannten Kolbenpumpe kompliziert.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie einen einfach aufgebauten und einfach, beispielsweise als Drehteil, herstellbaren Kolben aufweist. Der Einlaß erfolgt direkt in den Zylinder. Desweiteren erfordert das Anbringen des Dichtelements am Kolben der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe lediglich einen Handgriff. Das Dichtelement hat zusätzlich die Funktion eines Ventilkörpers, der zusammen mit einer Sitzfläche des Kolbens ein durch die Hin- und Herbewegung des Kolben gesteuertes Einlaßventil bildet. Insgesamt ergibt sich eine kompakte Bauweise mit wenigen Teilen, die mit geringem Aufwand herstell- und montierbar sind.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 bis 4 zeigen vier Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe am Ende des Ansaughubs (jeweils Figur a) und am Ende des Arbeitshubs (jeweils Figur b).

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1a und 1b zeigen eine insgesamt mit 10 bezeichnete Kolbenpumpe gemäß der Erfindung. Die Kolbenpumpe 10 weist einen, aus einem Rundstab gefertigten Kolben 12 auf, der in einem als Zylinder 14 dienenden Gehäuse in axialer Richtung hin- und her beweglich ist. Zum Antreiben weist der Kolben 12 an seinem aus einer Zylinderbohrung 16 hervorstehenden Ende eine Umfangsnut 18 auf, in die ein nicht dargestelltes Kolbenantriebrückstell­ element, beispielsweise ein Federelement eingreifen kann. Der Kolben 12 wird durch einen nicht dargestellten, rotierend antreibbaren Exzenter oder Nocken angetrieben. Das Rückstellelement verhindert ein Abheben des Kolbens 12 vom Exzenter oder Nocken.

An seinem vorderen, in der Zylinderbohrung 16 befindlichen Stirnende weist der Kolben 12 eine axiale Sackbohrung 20 auf, die hinter ihrem offenen Ende ausgedreht ist und dadurch eine radial nach innen stehende Ringschulter 22 aufweist, die dem vorderen Ende des Kolbens 12 abgewandt ist. Diese Ringschulter bildet eine Hinterschneidung 22.

Am vorderen Stirnende des Kolbens 12 befindet sich ein rundrohrförmiges Dichtelement 24, daß aus einem Elastomer besteht. Das Dichtelement 24 weist an seiner dem Kolben 12 abgewandten Seite eine umlaufende, radial nach außen stehende Dichtlippe 26 auf, die dichtend an einer Zylinderbohrungswand 28 anliegt.

An seiner dem Kolben 12 zugewandten Seite geht das Dichtelement 24 in mehrere mit ihm einstückige, achsparallel in Richtung des Kolbens 12 abstehende, über den Umfang verteilt angeordnete Federzungen 30 über. An ihren freien Enden weisen die Federzungen 30 radial nach außen stehende Rastnasen 32 auf, die die Ringschulter 22 des Kolbens 12 hintergreifen. Das Dichtelement 24 ist dadurch mit dem Kolben 12 verbunden.

Die Sackbohrung 20 ist so tief und die Federzungen 30 mit den Rastnasen 32 sind so bemessen, daß sie eine Relativbewegung des Dichtelements 24 in axialer Richtung zum Kolben 12 zuläßt. Diese Relativbewegung ist in Richtung weg vom Kolben 12 durch die mit der Ringschulter 22 zusammenwirkenden Rastnasen 32 und in Richtung zum Kolben 12 hin durch eine dichtende Anlage des Dichtelements 24 an einer vorderen Stirnfläche 34 des Kolbens 12 begrenzt. Das Dichtelement 24 bildet somit zusammen mit der vorderen Stirnfläche 34 des Kolbens 12 ein Einlaßventil, das durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 gesteuert wird.

Hinter der Sackbohrung 20 weist der Kolben 12 einen breiten, radialen Einstich 36 auf, der sich während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 stets innerhalb der Zylinderbohrung 16 befindet und in dem ein Stützring 36 aus Kunststoff und eine O-Ringdichtung 38 aufgenommen sind.

Ein Einlaßkanal 40 mündet radial im vorderen Bereich der Zylinderbohrung 16. Ein Auslaßkanal 42, in welchem ein federbelastetes Rückschlagventil 44 angeordnet ist, mündet axial in die Zylinderbohrung 16.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist Folgende: Während des Ansaughubs wird der Kolben 12 ein Stück weit aus der Zylinderbohrung 16 herausgezogen bis in die in Fig. 1a gezeigte Stellung, wobei der Stützring 36 vollkommen in der Zylinderbohrung 16 bleibt. Zu Beginn der Ansaughubbewegung verbleibt das Dichtelement 24 aufgrund seiner Reibung an der Zylinderbohrungswand 28 gehäusefest in der Zylinderbohrung 16, bis seine Rastnasen 32 an der Ringschulter 22 des Kolbens 12 zur Anlage kommen und das Dichtelement 24 von dem Kolben 12 mitgenommen wird. Es entsteht ein Spalt d zwischen dem Dichtelement 24 und der vorderen Stirnfläche 34 des Kolbens 12. Aufgrund der Bewegung des Kolbens 12 aus dem Zylinder 14 heraus vergrößert sich das freie Volumen der Zylinderbohrung 16, Fluid wird durch den Ansaugkanal 40 und weiter zwischen den Federzungen 30 und durch das kreisrohrförmige Dichtelement 24 hindurch in die Zylinderbohrung 16 angesaugt.

Anschließend wird der Kolben 12 zur Ausführung des Arbeitshubs wieder in die Zylinderbohrung 16 in die in Fig. 1b gezeigte Stellung hineingedrückt. Durch seine Reibung an der Zylinderbohrungswand 28 verbleibt das Dichtelement 24 zu Beginn der Arbeitshubbewegung wiederum gehäusefest in der Zylinderbohrung 16, bis es an der vorderen Stirnfläche 34 des Kolbens 12 anliegt und mit dem Kolben 12 zusammen in die Zylinderbohrung 16 hinein­ geschoben wird. Das Dichtelement 24 liegt dichtend an der vorderen Stirnfläche 34 des Kolbens an. Durch die Volumenverkleinerung wird Fluid aus der Zylinderbohrung 16 verdrängt und fließt durch den Auslaßkanal 42 heraus, wobei eine Kugel 47 des Rückschlagventils 44 gegen die Kraft der Feder 46 von einem Ventilsitz 49 abgehoben wird.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, die großenteils mit der in Fig. 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 übereinstimmen. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden im folgenden nur die Unterschiede beschrieben, im übrigen gelten die zu Fig. 1 gemachten Ausführungen. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Dichtelement 24 der in Fig. 2a und 2b gezeigten, erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 weist, im Gegensatz zu der in Fig. 1a und 1b gezeigten Kolbenpumpe 10, keine Dichtlippe 26 auf, sondern es liegt mit einer Umfangsmantelfläche 48 dichtend an der Zylinderbohrungswand 28 an.

Der O-Dichtring 38 dichtet an der Saugseite der Kolbenpumpe 10 ab, d. h. er wird in vielen Verwendungsfällen der Kolbenpumpe 10 nur mit niedrigem Druck beaufschlagt. Der Stützring 36 ist in diesem Fall nicht notwendig und daher bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2a und 2b weggelassen. Die Reibung des O-Dichtrings 38 verringert sich dadurch, seine Lebensdauer verlängert sich. Unter Umständen kann auf einen Dichtring an dieser Stelle ganz verzichtet werden.

Zum Zurückstellen des Kolbens 12 in Ansaughubrichtung dient bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2a und 2b eine Schraubenfeder 50, die im Inneren des rundrohrförmigen Dichtelements 24 angeordnet ist, die sich gegen eine Stirnendfläche 52 der Zylinderbohrung 16 abstützt und die in die Sackbohrung 20 des Kolbens 12 ragt und diesen in Richtung aus der Zylinderbohrung 16 heraus drückt. Anstelle der im Inneren der Kolbenpumpe 10 angeordneten Schrauben­ feder 50 kann bei Ausführungsformen der Erfindung eine außerhalb des Gehäuses 14 angeordnete, nicht dargestellte Feder den Ansaughub des Kolbens 12 bewirken, die an der Umfangsnut 18 des Kolbens 12 angreift, wie dies in den in Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen vorgesehen ist. Zum Antrieb der Kolbenpumpe 10 dient beispielsweise eine rotierend antreibbare, nicht dargestellte Exzenterscheibe, die mit einer Umgangsfläche gegen eine äußere Stirnfläche 54 des Kolbens 12 drückt und diesen während der Arbeitshubbewegung entgegen der Kraft der Schraubenfeder 50 in die Zylinderbohrung 16 hineindrückt.

Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Rastnase 32 des Dichtelements 24 eine Hinterschneidung 56 des Kolbens 12 von außen hintergreifen. Dies hat den Vorteil, daß die Rastnasen 32 auch bei hoher Beanspruchung nicht außer Eingriff von einer Hinterschneidung 56 gelangen können, da die Bewegungs­ möglichkeit der Federzungen 30, an denen die Rastnasen 32 angeordnet sind, in radialer Richtung nach außen von der Zylinderbohrungswand 28 begrenzt wird, die die Rastnasen 32 somit in Eingriff mit der Hinterschneidung 56 hält. Zur Bildung der Hinterschneidung 56 weist der Kolben 12 anstelle einer Sackbohrung an seinem vorderen Stirnende einen verjüngten Abschnitt 58 mit einem radial nach außen stehenden Flansch 60 an seinem vorderen Ende auf. Dieser Flansch 60 hat eine dem Dichtelement 24 abgewandte Ringschulter, welche die Hinterschneidung 56 bildet. Die Rastnasen 32 befinden sich an den Innenseiten der Federzungen 30.

Eine weitere Besonderheit der in Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist, daß die Federzungen 30 an ihren dem Dichtelement 24 abgewandten Ende einstückig in einen Ring 62 übergehen, durch den sie miteinander verbunden sind. Der Ring 62 erhöht die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Dichtelement 24 und dem Kolben 12.

Das Dichtelement 24 der in Fig. 4a und 4b gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe 10 weist eine Rohrhülse 64 aus Metall zum Befestigen am Kolben 12 auf, deren dem Kolben 12 abgewandte Seite mit einem Elastomer umspritzt ist, das einen rundrohrförmigen Dichtkörper 66 mit einer umlaufenden Dichtlippe 26 bildet. Die Rohrhülse 64 ragt über nahezu die gesamte Länge des Dichtkörpers 66 in diesen hinein. Sie stützt ihn ab, wenn er insbesondere während des Arbeitshubs von innen mit Druck beaufschlagt wird und verhindert dadurch eine Aufweitung des Dichtkörpers 66 und ein Klemmen in der Zylinderbohrung 16. Diese Ausgestaltung des Dichtelements 24 eignet sich daher besonders zur Erzeugung eines sehr hohen Drucks, insbesondere bei großer Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite der Kolbenpumpe 10. Der freie Teil der Rohrhülse 64 ist über einen verjüngten Abschnitt 58 des Kolbens 12 mit einem Flansch 60 an seinem vorderen Ende gesteckt. Die Rohrhülse 64 weist im Ausführungsbeispiel eine radial nach innen stehende, wulstförmige Umlaufsicke 68 auf, die eine Ringschulter des Flanschs 60 als Hinterschneidung 56 hintergreift. Die Umlaufsicke 68 hat einen solchen Abstand vom Dichtkörper 66, daß eine Relativbewegung zwischen Dichtelement 24 und Kolben 12 möglich ist (Spalt d in Fig. 4a).

In ihrem freien Bereich weist die Rohrhülse 64 einen Längsschlitz 70 an einer Stelle ihres Umfangs auf, der das Aufstecken des Dichtelements 24 auf den Kolben 12, wobei die Umlaufsicke 68 über den Flansch 60 gelangt, durch elastische Aufweitung der Rohrhülse 64 ermöglicht. Desweitern ermöglicht der Längsschlitz 70 das Einströmen von Fluid während des Ansaughubs.

Claims (13)

1. Kolbenpumpe mit einem eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweisenden Zylinder, mit einem in dem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben, der ein in Bewegungsrichtung des Kolbens durchströmbares Dichtelement aufweist, das mit einem Außenumfang dichtend an einer Zylinderbohrungswand anliegt, das in axialer Richtung ein begrenztes Stück in Bezug zum Kolben beweglich ist und das sich während eines Arbeitshubs dichtend an eine Sitzfläche des Kolbens anlegt, und mit einem auslaßseitig angeordneten Rückschlagventil, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (24) Rastelemente (30, 32; 64, 68) aufweist, die Hinterschneidungen (22; 56) des Kolbens (12) hintergreifen und die die Relativbewegung zwischen dem Kolben (12) und dem Dichtelement (24) beim Ansaughub begrenzen.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastelemente Federzungen (30) aufweisen, die sich in etwa achsparallel von einer kolbenseitigen Stirnseite des Dichtelements (24) in Richtung des Kolbens (12) erstrecken und die Rastnasen (32) aufweisen, welche die Hinterschneidungen (22) des Kolbens (12) hintergreifen.

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) einen Ringwulst an einer Innenumfangswand einer axialen Sackbohrung (20) an seiner dichtelementenseitigen Stirnseite aufweist, der die Hinterschneidungen (22) bildet.

4. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) eine radial nach außen stehende, dem Dichtelement (24) abgewandte Ringschulter an seinem dichtungselementenseitigen Ende aufweist, die Hinterschneidungen (56) bildet, wobei der Kolbendurchmesser an diesem Ende kleiner als der Zylinderbohrungsdurchmesser ist.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (24) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.

6. Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (24) eine umlaufende Dichtlippe (26) an seiner dem Kolben (12) abgewandten Stirnseite aufweist.

7. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (24) mit den Rastelementen (30, 32) einstückig ist.

8. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzungen aus Blech bestehen und mit einem Dichtmaterial verbunden sind.

9. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (24) eine Rohrhülse (64) aufweist, deren dem Kolben (12) abgewandtes Ende mit einem Dichtkörper (66) verbunden ist und deren kolbenseitiges Ende einen radial nach innen oder nach außen stehenden Ringwulst (68) aufweist, der die Rastelemente bildet.

10. Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse (64) einen Längsschlitz (70) zumindest an ihrem kolbenseitigen Ende aufweist.

11. Kolbenpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse (64) aus Blech besteht.

12. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial ein Kunststoff, insbesondere ein Elastomer, ist.

13. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrhülse (64) mit dem Dichtungsmaterial umspritzt ist.