DE9319123U1

DE9319123U1 - Axiale Kolbenpumpe für ein komprimierbares Medium

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Publication number: DE9319123U1
Application number: DE9319123U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2003-12-14

Description

Axiale Kolbenpumpe für ein komprimierbares Medium

Die vorliegende Erfindung betrifft eine axiale Kolbenpumpe für ein komprimierbares Medium, wie Luft oder dergleichen, mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Rotationsantriebswelle, einem im Gehäuse angeordneten Kolben, einem zwischen dem Ende des Kolbens und dem Ende der Antriebswelle definierten Raum, einer Translationsvorrichtung zum Umwandeln einer Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Hubbewegung des Kolbens, einer Kompressionskammer, die zwischen dem der Translationsvorrichtung abgewandten Ende des Kolbens und der Endwand des Gehäuses definiert ist und einer mit der Kompressionskammer verbundenen Einlaß- und Auslaßöffnung.

Eine hydraulische Pumpe dieser Bauart ist in der schwedischen Patentschrift 8703513-5 beschrieben. Die in dieser Schrift beschriebene Pumpe ist für die Verteilung von Fett und Öl gedacht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kompakte und sehr leistungsfähige Pumpe zur Erzeugung von Hochdruckluft anzugeben.

Dies wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in einer Pumpe der oben beschriebenen Art realisiert.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pumpe ist das Zwischenventil ein Rückschlagventil, das zwischen der Vorkompressionskammer und der vor dem Kolben befindlichen Kompressionskammer angebracht ist. Die erfindungsgemäße Pumpe hat somit die Form einer Zweikammernpumpe.

Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpe ist das Rückschlagventil mit Federkraft vorgespannt, um sich nur bei vorhandenem Überdruck zu öffnen.

Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpe ist in der Auslaßöffnung der Kompressionskammer eine Ventil angebracht, das sich öffnet, wenn der Druck in der Kammer einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Dadurch kann das Ventil so eingestellt werden, daß die Pumpe kurze Luftstöße von hohem Druck, z.B. 100-200 Bar oder mehr, abgibt. Die erfindungsgemäße Pumpe kann somit beispielsweise in Luftgewehren oder Luftpistolen eingesetzt werden.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Translationsvorrichtung eine Nockeneingriffsfläche an jedem der zueinander gewandten Enden der Antriebswelle und des Kolbens, wobei eine Kugel mit den Nockeneingriffsflächen in Eingriff steht, um die Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Hubbewegung des Kolbens umzuwandeln.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung können mit der erfindungsgemäßen Pumpe Druckgradienten- oder Kurven in gewünschter Konfiguration durch geeignete Konfiguration der Nockeneingriffsflächen am gesamten Umfang erzielt werden. Die Nockeneingriffsflächen sind am Umfang vorzugsweise asymmetrisch und bestehen beispielsweise aus zwei sinusförmigen Teilen und einem Zwischenplateau.

Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpe ist eine Kugelhalterung in dem zwischen den Nockeneingriffsflächen definierten Raum angeordnet, die einen Kompressionsanstieg zwischen den Kammern und einen darauffolgenden Anstieg des volumetrischen Wirkungsgrades ermöglicht. Die Kugelhalterung hat vorzugsweise die Form zweier miteinander verbundener schräggeschnittener Toroide und ist drehfest auf der Antriebswelle befestigt, z.B. mittels eines Stiftes, wobei die Kugelhalterung geringfügig kleiner ist als der Raum zwischen den Nockeneingriffsflächen, um einen Kontakt der Kugelhalterung mit den Nockeneingriffsflachen zu vermeiden. Die Kugelhalterung hält eine Kugel, die in einer Spur in den Nockeneingriffsflächen läuft, wobei die Kugelhalterung der Spur bei Rotation der Antriebswelle passiv folgt.

Ein verdeutlichendes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpe wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Figuren 1 bis 5 zeigen Querschnittsansichten der erfindungsgemäßen Pumpe und stellen die Pumpe in verschiedenen Betriebsstadien dar. Figur 6 ist ein Winkeldiagramm, das die verschiedenen Ventilöffnungs- und Schließwinkel in Bezug auf die Rotation der Antriebswelle der erfindungsgemäßen Pumpe zeigt.

Die erfindungsgemäße Pumpe hat einen Zylinder 2 und einen Kolben 4, der sich im Zylinder auf und ab bewegt.

Ein Ende des Kolbens 4 hat eine Nockeneingriffsfläche, die gegenüber einer weiteren am Ende der Antriebswelle 6 vorgesehen Nockeneingriffsfläche liegt. Eine Kugel 8 läuft zur Umwandlung der Rotationsbewegung der Antriebswelle 6 in eine Hubbewegung des Kolbens 4 zwischen den Nockeneingriffsflächen in einer in der jeweiligen Nockeneingriffsfläche ausgebildeten Rollspur.

Die Antriebswelle 6 ist in geeigneter Weise drehbar im Pumpengehäuse 10 gelagert und passende Dichtungen 12 sind vorgesehen.

Eine Einlaßöffnung 14 mit einem Rückschlagventil 16 führt zu dem zwischen den beiden Nockeneingriffsflächen liegenden Raum. Der zwischen den einander gegenüberliegenden Nockeneingriff sflachen definierte Raum steht mit der im Kolben 4 vorgesehenen Kolbenkammer 18 in Verbindung.

Ein mit Federkraft vorgespanntes Ventil 2 0 ist an dem dem zwischen den Nockeneingriffsflächen definierten Raum abgewandten Ende des Kolbens in der Auslaßöffnung der Kolbenkammer 18 in einer vor dem Kolben 4 angeordneten Kompressionskammer 22 angeordnet. Die erfindungsgemäße Pumpe hat somit die Form einer Zweikammerpumpe.

In der Auslaßöffnung der Kompressionskammer 22 ist ein weiteres Rückschlagventil 24 angeordnet. Dieses weitere Rückschlagventil ist so konstruiert, daß es sich bei vorgegebenen Überdruck in der Kompressionskammer 22 öffnet und somit Luft unter hohem Druck liefert.

Dichtungen 2 6 sind vorzugsweise zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinder 2 angebracht.

Die Pumpe funktioniert wie folgt:

Figur 1 zeigt eine Anfangsphase der Pumpe mit einem Kammerdruck von einem Bar. Das Einlaßventil 16 und das Auslaßventil 24 sind geschlossen. Der Kolben 4 befindet sich in der Endstellung in der die Kompressionskammer 22 am größten ist.

In Figur 2 wurde die Antriebswelle 6 wurde um 180° gedreht_; und der Kolben 4 wurde von dem Nockenmechanismus nach rechts (in der Figur) gedrückt. Das Einlaßventil 16 ist geöffnet und Luft wird in den zwischen den Nockeneingriffsflächen

definierten Raum eingesaugt. Das Kolbenventil 20 am einen Ende des Kolbens 4 ist geschlossen, wenn die in der Kompressionskammer 22 eingeschlossene Luft komprimiert wird. Das Ventil 20 ist mit Federkraft vorgespannt, um bei gleichem Druck auf beiden Seiten des Ventils zu schließen. In der in Figur 2 gezeigten Phase ist das Auslaßventil 24 noch geschlossen, da der Druck in der Kompressionskammer 22 zum Öffnen des Ventils 24 noch zu niedrig ist.

Figur 3 zeigt die Phase, in der die Welle 6 um 360° aus der in Figur 1 gezeigten Anfangsphase gedreht worden ist. In dieser Phase ist der Kolben 4 in seine Endstellung bewegt worden (ganz rechts in der Figur). Die in der Kompressionskammer 22 eingeschlossene Luft ist durch das Auslaßventil 24 nach außen gepreßt worden. Das Einlaßventil 16 beginnt sich zu schließen, da kein weiteres Vakuum mehr erreicht werden kann.

In der in Figur 4 gezeigten Phase ist die Welle 6 um 540° aus der in Figur 1 gezeigten Anfangsphase gedreht worden, und die in dem zwischen den Nockeneingriffsflächen definierten Raum eingeschlossene Luft wird komprimiert, um durch das Kolbenventil 2 0 in die Kompressionskammer 22 gepreßt zu werden. Die Kompressionskammer 22 befindet sich somit in einer Ansaugphase.

Figur 5 zeigt dasselbe Betriebsstadium wie Figur 1, in dem die Welle um 720° gedreht worden ist, mit dem Unterschied, daß der Druck in der Kompressionskammer höher als 1 Bar ist.

Figur 6 zeigt die Funktion der Pumpe anhand eines Kreisdiagrammes, das die unterschiedlichen Ventilöffnungs- und Schließwinkel darstellt.

Das Feld zwischen 720°/0°-180° stellt die Ansaugphase dar, d.h. den Winkel, bei dem das Einlaßventil 16 geöffnet ist.

Das Feld zwischen 360°-270° zeigt den Winkel, bei dem das Kolbenventil 2 0 geöffnet ist.

Das Feld bei 360° zeigt den kurzen Zeitraum, in dem das Auslaßventil 24 geöffnet ist. Der Öffnungswinkel ist klein, weil der von der Pumpe gelieferte Druck sehr hoch ist, 100 bis 200 Bar oder mehr, so daß die Hochdruckluft in Form eines Stoßes entlassen wird. Die Dauer dieses Luftstoßes kann durch Ändern des Schwellenwertes der Öffnung des Auslaßventils 24 eingestellt werden.

Die erfindungsgemäße Pumpe kann mit einer separaten Kugelhalterung, die in Übereinstimmung mit der Rollspur des Nockenmechanismus konfiguriert ist, ausgestattet werden. Wie bereits erwähnt, kann die Kugelhalterung die Form zweier schräggeschnittener, miteinander verbundener Toroide haben und mit einem Stift an der Antriebswelle befestigt werden. Die Kugel wird drehbar in der Kugelhalterung gehalten, die etwas kleiner als der Raum zwischen den Nockeneingriffsflächen ist, um einen Kontakt der Kugelhalterung mit den Nockeneingriffsflächen zu vermeiden, wobei die Halterung der Antriebswelle passiv folgt, wenn sich diese dreht. Durch dieses Ausführungsbeispiel kann der Ladedruck der Kompressionskammer erhöht und somit der Pumpenwirkungsgrad verbessert werden.

Es wird darauf hingewiesen, daß diese Vorrichtung in vieler Hinsicht verändert werden kann. Die Translationsvorrichtung hat zwar die Form eines Nockenmechanismus mit einer Kugel als wichtiges Teil, aber es können auch andere Vorrichtungsarten verwendet werden. Anstatt einer Kugel kann auch eine Walze verwendet werden. Das wichtigste Merkmal der Erfindung ist das Zwei-Phasen-Kompressions-System, mit dem sehr hohe Druckstöße erzielt werden können. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, wird vorzugsweise eine Bohrung im Kolben angebracht, in der zur Trennung der Vorkompressionskammer von der Kompressionskammer ein Zwischen-Rückschlagventil

vorgesehen ist. Die Verbindung sowie das Ventil zwischen den Druckkammern können jedoch auch außerhalb des Kolbens angeordnet werden, z.B. kann im Gehäuse ein Kanal oder dergleichen vorgesehen werden.

Claims

Ansprüche

1. Axiale Kolbenpumpe für ein komprimierbares Medium, wie Luft oder dergleichen, mit einem Gehäuse (2) , einer im Gehäuse angeordneten Rotationsantriebswelle (6) , einem ebenfalls im Gehäuse angeordneten Kolben (4) , einem zwischen dem Ende des Kolbens und dem Ende der Antriebswelle definierten Raum, einer Translationsvorrichtung (6) zum Umwandeln einer Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Kolben-Hubbewegung, einer Kompressionskammer, die zwischen dem der Translationsvorrichtung abgewandten Ende des Kolbens und der Endwand des Gehäuses (2) definiert ist, und einer mit der Kompressionskammer (22) verbundenen Einlaß- (14) und Auslaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zumindest ein Teil der Vorkompressionskammer (18) ist, deren Volumen von der Hubbewegung des Kolbens abhängt und die mit der Einlaßöffnung (14) verbunden ist, daß die Vorkompressionskammer (18) durch ein Zwischenventil (20), das abhängig von einer an ihm auftretenden Druckdifferenz öffnet und schließt, mit der Kompressionskammer (22) verbunden ist, und daß die Einlaßöffnung (14) ein Einlaßventil (16) hat, das abhängig von einer an ihm auftretenden Druckdifferenz öffnet und schließt.

2. Axiale Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß sich das Zwischenventil (20) im Kolben (4) befindet.

3. Axiale Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Translationsvorrichtung an den zueinandergewandten Enden der Antriebswelle (6) und des Kolbens (4) Nockeneingriffsflächen hat, wobei sich eine Kugel (8) in Eingriff mit den Nockenflächen befindet, um eine Rotationsbewegung der Antriebswelle (6) in eine Hubbewegung des Kolbens (4) umzuwandeln.

4. Axiale Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung der Kompressionskammer (22) ein Ventil (24) enthält, das so konstruiert ist, daß es sich öffnet, wenn der Druck in der Kompressionskammer einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

5. Axiale Kolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß sich die Auslaßöffnung axial in Richtung der Antriebswelle (6) erstreckt.

6. Axiale Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockeneingriffsflächen über den gesamten Umfang asymmetrisch sind.

7. Axiale Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Nockeneingriffsflächen aus zwei sinusförmigen Teilen bestehen, die durch ein Zwischenplateau getrennt sind.

8. Axiale Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kugelhalterung in dem zwischen den Nockeneingriffsflächen definierten Raum angeordnet ist.

9. Axiale Kolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Kugelhalterung die Form zweier miteinander verbundener schräggeschnittener Toroide hat und drehfest auf der Antriebswelle (6) befestigt ist.