WO1998025028A1 - Hubkolbenpumpe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a reciprocating piston pump with pistons arranged opposite one another in a pump block, which can be moved back and forth by eccentric control by a motor drive shaft, a coupling element connecting both pistons being provided, which can be moved back and forth in the radial direction of the piston axes which are aligned with one another Compression stroke of one piston transmits as return stroke to the other piston.
- Such a reciprocating piston pump is known for example from EP 0 666 418 AI.
- This pump has a coupling element which is open in the circumferential direction and is in the form of a bow spring and is produced by bending an essentially strip-like cut part.
- the bow spring has fork-shaped resilient arms with which it can be snapped into the circumference in a circumferential direction on a respective neck of the pistons and holds the end faces of the pistons in contact with the eccentric.
- the present invention is therefore based on the object of improving a pump of the type mentioned so that it operates with less wear and has a longer service life than known pumps.
- the coupling element is thus provided according to the invention as a force-transmitting and receiving element in the force flow between the eccentric drive and the pistons to be moved back and forth. Because the pistons are no longer pressed against the rotating eccentric by the spring force of the coupling element, as in the known pump, the wear that occurs during operation of the pump is significantly reduced.
- the invention is equally applicable to reciprocating pumps in which the eccentric, for example an eccentrically designed section of the drive shaft, runs directly against the coupling element or to such preferred pumps in which a further eccentrically driven component, such as a needle bearing, is provided.
- the coupling element has two radial openings in its outer circumference, in which the radially inner piston ends can be received and fixed.
- the piston ends could be fixed in the opening by means of a pin or similar securing element.
- the piston ends are secured via a resilient element provided in the opening, preferably a spring extending in the circumferential direction of the opening. This opens up the possibility of providing a snap connection or securing of the piston ends in the respective openings.
- the resilient element is inserted into a groove running in the circumferential direction of the opening, which groove captively receives the resilient element.
- a circumferential groove is provided on the piston ends inserted into the openings, into which the resilient element can be snapped or can be snapped in if they are inserted into a respective opening in the coupling element.
- the pistons which are usually made of steel, usually run in piston bores within a pump block made of aluminum.
- a circumferential circumferential jacket ring the outer jacket surface of which protrudes slightly beyond the piston running surface and guides the piston against the piston bore in the pump block.
- the transverse forces occurring during operation can then be transmitted to the pump block via the jacket ring, which has proven to be particularly wear-reducing and therefore advantageous in view of the dry running on the side facing away from the pressure side of the piston.
- the coupling element is made from a circular disk-shaped component. It is therefore closed in the circumferential direction, which ensures uniform force absorption and transmission.
- the dimension of the opening is dimensioned such that the eccentric or the eccentrically driven component only rests against the inside of the coupling element in the region of the momentary pressure side. It then occurs in the rest Do not wear areas that increase wear and tear, which must be overcome by increasing the power consumption of the electric motor.
- FIG. 1 shows a sectional view through the pump block of a reciprocating piston pump designed according to the invention with an indicated electric motor drive;
- Figure 2 is a sectional view seen in the direction of arrows II-II in Figure 1.
- the coupling element 34 has opposite radial through openings 38, into which the radially inner ends 40, 42 of the pistons 4 and 6 are received.
- the piston ends 40, 42 are turned off and a step 44 which arises in each case lies against a flattened peripheral section 46 of the coupling element 34.
- a resilient securing element 48 is provided in the form of an obliquely wound spring 50 which is received in a groove 52 running in the circumferential direction of the opening 38 in such a way that it engages with a the piston ends 40, 42 of the piston 4, 8 provided groove 54 can form a snap connection.
- the end faces 56 of the piston ends 40, 42 are set back to the inside 32 or to the opening 36 of the coupling element 34 in the radial opening 38, so that they are at a distance from the outer bearing shell 28 of the needle bearing 26 rolling against the inside 32 of the coupling element 34.
- the pistons 4, 6 are with a Provided casing ring 58, the casing surface 60 of which protrudes slightly beyond the casing surface of the pistons 4, 6 and runs against the running surfaces of the piston bores 20, 22.
- the respective jacket ring 58 is made of a material, for example PTFE, which is suitable as a sliding partner for the running surface of the piston bore.
- the pump shaft 12 can be detachably connected to a drive shaft journal 62, indicated in FIG. 1, of an electric motor.
- a drive shaft journal 62 indicated in FIG. 1, of an electric motor.
- it has an axial bore 64 at its free end on the side of the electric motor, into which the drive shaft journal 62 can be inserted.
- an open-edged transverse slot 66 is provided at the end of the pump shaft 12, into which a locking pin 68 inserted into a transverse bore of the drive shaft journal 62 engages and thus brings about a rotationally fixed coupling.
- This division into electric motor-side drive shaft and pump shaft can prevent the motor shaft from bending caused by the pump forces. Accordingly, it can be dimensioned smaller, since the piston forces are transmitted or absorbed in the area of the pump block 2.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenpumpe mit in einem Pumpenblock (2) einander gegenüberliegend angeordneten Kolben (4, 6), die von einer Motorantriebswelle (62) exzentergesteuert hin- und herbewegbar sind, wobei ein beide Kolben (4, 6) verbindendes Koppelelement (34) vorgesehen ist, welches in radialer Richtung der miteinander fluchtenden Kolbenachsen hin- und herbewegbar ist und den Verdichtungshub des einen Kolbens (4, 6) als Rückhub auf den anderen Kolben (6, 4) überträgt. Um eine derartige Pumpe verschleißärmer auszubilden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Pumpe so auszubilden, daß das Koppelelement (34) im wesentlichen starr ausgebildet und zur Aufnahme der Kolbenkräfte zwischen dem Exzenter (24) oder einem exzentrisch angetriebenen Bauteil (26) und den Kolben (4, 6) angeordnet ist.
Description
Hubkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenpumpe mit in einem Pumpenblock einander gegenüberliegend angeordneten Kolben, die von einer Motorantriebswelle exzentergesteuert hin- und herbewegbar sind, wobei ein beide Kolben verbindendes Koppelelement vorgesehen ist, welches in radialer Richtung der miteinander fl chtenden Kolbenachsen hin- und herbewegbar ist und den Verdichtungshub des einen Kolbens als Rückhub auf den anderen Kolben überträgt.
Eine derartige Hubkolbenpumpe ist beispielsweise aus der EP 0 666 418 AI bekannt. Bei dieser Pumpe ist ein in Umfangsrichtung offenes, in Form einer Bügelfeder ausgebildetes Koppelelement vorgesehen, welches durch Biegen eines im wesentlichen streifenartigen Schnittteils hergestellt ist. Die Bügelfeder hat gabelförmige federnde Arme, mit denen sie den Exzenter in Umfangsrichtung umgebend auf einen jeweiligen Hals der Kolben einrastbar ist und die Stirnseiten der Kolben in Anlage an den Exzenter hält.
Dadurch, daß die Kolbenkräfte durch direkte Anlage der Stirnseiten der Kolben an den Exzenter übertragen werden, sowie durch den zusätzlichen, von dem Koppelelement ausgeübten Anpressdruck, unterliegen die Bauteile der
bekannten Kolbenpumpe einem hohen Verschleiß. Die Lebensdauer der Kolbenpumpe ist dementsprechend begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe der genannten Art so zu verbessern, daß sie verschleißärmer arbeitet und eine höhere Lebensdauer als bekannte Pumpen aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einer Hubkolbenpumpe der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Koppelelement im wesentlichen starr ausgebildet und zur Aufnahme der Kolbenkräfte zwischen dem Exzenter oder einem exzentrisch angetriebenen Bauteil und den Kolben angeordnet ist.
Es wird also erfindungsgemäß eine direkte Anlage der Stirnseiten der Kolben an den Exzenter oder auch ein exzentrisch angetriebenes Zwischenbauteil vermieden. Durch die starre Ausbildung des Koppelelements, welches in Kraftrichtung zwischen dem Exzenter und dem Kolben angeordnet ist, können die Kolbenkräfte unter einem geringeren Verschleiß übertragen bzw. aufgenommen werden. Das Koppelelement wird also erfindungsgemäß als kraftübertragendes und -aufnehmendes Glied im Kraftfluß zwischen dem exzentrischen Antrieb und die hin- und herzubewegenden Kolben vorgesehen. Dadurch, daß die Kolben nicht mehr wie bei der bekannten Pumpe durch die Federkraft des Koppelelements gegen den drehenden Exzenter gedrückt werden, ist der beim Betrieb der Pumpe auftretende Verschleiß wesentlich reduziert.
Durch die Steigerung der Lebensdauer der Hubkolbenpumpe eröffnet sich die Möglichkeit, diese als ABS-Pumpe und
zugleich zur Unterstützung jeder normalen Abbre sung zu verwenden .
Die Erfindung ist gleichermaßen auf Hubkolbenpumpen anwendbar, bei denen der Exzenter, etwa ein exzentrisch ausgebildeter Abschnitt der Antriebswelle, direkt gegen das Koppelelement läuft oder auch auf solche bevorzugten Pumpen, bei denen ein weiteres exzentrisch angetriebenes Bauteil, wie ein Nadellager vorgesehen ist.
Zum Hin- und Herbewegen der Kolben können diese in ansich beliebiger Weise mit dem Koppelelement verbunden sein. Nach einer vorteilhaften Erfindungsvariante weist das Koppelelement in seinem Außenumfang zwei radiale Öffnungen auf, in der die radial innenliegenden Kolbenenden aufgenommen und fixiert werden können.
Die Kolbenenden könnten mittels eines Stifts oder dergleichen Sicherungselement in der Öffnung fixiert werden. Demgegenüber erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kolbenenden über ein in der Öffnung vorgesehenes federndes Element, vorzugsweise eine sich in Umfangsrichtung der Öffnung erstreckte Feder, gesichert sind. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine Schnappverbindung oder -Sicherung der Kolbenenden in den jeweiligen Öffnungen vorzusehen. In weiterer Ausbildung dieses Erfindungsgedankens ist das federnde Element in eine in Umfangsrichtung der Öffnung verlaufende Nut eingesetzt, welche das federnde Element unverlierbar aufnimmt.
In entsprechender Weise ist an den in die Öffnungen eingeführten Kolbenenden eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut vorgesehen, in welche das federnde Element einrastbar
oder einschnappbar ist, wenn diese in eine jeweilige Öffnung in dem Koppelelement eingesteckt werden.
Die zumeist aus Stahl gefertigten Kolben laufen üblicherweise in Kolbenbohrungen innerhalb eines aus Aluminium bestehenden Pumpenblocks. Zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften wird daher vorgeschlagen, die Kolben mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Mantelring zu versehen, dessen äußere Mantelfläche geringfügig über die Kolbenlauffläche vorsteht und die Kolben gegen die Kolbenbohrung im Pumpenblock anliegend führt. Es können dann die im Betrieb auftretenden Querkräfte über den Mantelring an den Pumpenblock übertragen werden, was sich angesichts des Trockenlaufs auf der von der Druckseite der Kolben abgewandten Seite als besonders verschleißmindernd und daher vorteilhaft erweist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Koppelelement aus einem kreisscheibenförmigen Bauteil gefertigt. Es ist daher in Umfangsrichtung geschlossen, was eine gleichmäßige Kraftaufnahme und -Übertragung gewährleistet.
In dem kreisscheibenförmigen Bauteil ist eine Öffnung vorgesehen, innerhalb der der Exzenter oder das exzentrisch angetriebene Bauteil, z.B. in Form eines Nadellagers, drehbar ist.
Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Abmessung der Öffnung derart bemessen, daß der Exzenter oder das exzentrisch angetriebene Bauteil nur im Bereich der momentanen Druckseite gegen die Innenseite des Koppelelements anliegt. Es treten dann in den übrigen
Bereichen keine verschleißerhöhenden Reibungskräfte auf, die durch eine erhöhte Leistungsaufnahme des Elektromotors überwunden werden müssen. Bevorzugterweise ist zwischen dem Exzenter oder dem exzentrisch angetriebenen Bauteil und der Innenseite des Koppelelements ein spaltförmiger Zwischenraum, wenn der Exzenter den Druckbereich eines Kolbens verläßt und zu dem anderen gedreht wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den zeichnerischen Darstellungen einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hubkolbenpumpe. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht durch den Pumpenblock einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hubkolbenpumpe mit angedeutetem Elektromotorantrieb; und
Figur 2 eine Schnittansicht gesehen in Richtung der Pfeile II-II in Figur 1.
Die Figuren zeigen eine Hubkolbenpumpe mit einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Pumpenblock, in dem einander gegenüberliegend zwei Kolben 4 und 6 in Richtung ihrer miteinander fluchtenden Kolbenachsen 8, 10 exzentergesteuert hin- und herbewegbar sind. Die Kolbenachsen 8 und 10 verlaufen bezüglich einer exzentrischen Pumpenwelle 12 in radialer Richtung. Die Pumpenwelle 12 ist in einer abgesetzten Bohrung 14 des Pumpenblocks 2 über ein Kugellager 16 und ein Nadellager 18 drehbar aufgenommen. Innerhalb des durchmessergrößeren Abschnitts der abgesetzten Bohrung 14 münden die Kolbenbohrungen 20, 22 der Kolben 4 bzw. 6. Auf einem
exzentrisch ausgebildeten Abschnitt 24 der Pumpenwelle 12 ist ein Nadellager 26 vorgesehen, dessen äußere Lagerschale 28 eine zylindermantelförmige Druckfläche 30 bildet. Mit der Druckfläche 30 ist die äußere Lagerschale 28 gegen eine Innenseite 32 eines ringförmigen Koppelelements 34 anlegbar. Die Innenseite 32 des Koppelelements 34 bildet eine im wesentlichen ovale Öffnung 36, die so dimensionert ist, daß die Lagerschale 28 nur dann gegen das Koppelelement 34 anliegt, wenn die lange Exzenterachse des exzentrischen Abschnitts 24 gerade einen im Bereich der Kolben gelegenen Druckbereich des Koppelelements überstreicht.
Das Koppelelement 34 weist einander gegenüberliegende radiale Durchgangsöffnungen 38 auf, in welche die radial innenliegenden Enden 40, 42 der Kolben 4 und 6 aufgenommen sind. Die Kolbenenden 40, 42 sind abgedreht und eine hierbei jeweils entstehende Stufe 44 liegt gegen einen abgeflachten Umfangsabschnitt 46 des Koppelelements 34 an. Zur Lagesicherung der Kolbenenden 40 und 42 in der jeweiligen radialen Öffnung 38 des Koppelelements 34 ist ein federndes Sicherungselement 48 in Form einer schräg gewickelten Feder 50 vorgesehen, welche in einer in Umfangsrichtung der Öffnung 38 verlaufenden Nut 52 derart aufgenommen ist, daß sie mit einer an den Kolbenenden 40, 42 der Kolben 4, 8 vorgesehenen Nut 54 eine Schnappverbindung ausbilden kann. Die Stirnseiten 56 der Kolbenenden 40, 42 sind zur Innenseite 32 bzw. zur Öffnung 36 des Koppelelements 34 in der radialen Öffnung 38 zurückgesetzt, so daß sie einen Abstand zu der gegen die Innenseite 32 des Koppelelements 34 abrollenden äußeren Lagerschale 28 des Nadellagers 26 aufweisen.
Zur Aufnahme von Querkräften sind die Kolben 4, 6 mit einem
Mantelring 58 versehen, dessen Mantelfläche 60 geringfügig über die Mantelfläche der Kolben 4, 6 übersteht und gegen die Laufflächen der Kolbenbohrungen 20, 22 läuft. Der jeweilige Mantelring 58 ist hierfür aus einem als Gleitpartner zur Lauffläche der Kolbenbohrung geeigneten Material, beispielsweise PTFE gefertigt.
Die Pumpenwelle 12 ist lösbar mit einem in der Figur 1 angedeuteten Antriebswellenzapfen 62 eines Elektromotors verbindbar. Sie weist hierfür an ihrem elektromotorseitigen freien Ende eine axiale Bohrung 64 auf, in welche der Antriebswellenzapfen 62 einsteckbar ist. Zur drehfesten Kopplung des Antriebswellenzapfens 62 und der Pumpenwelle 12 ist am Ende der Pumpenwelle 12 ein randoffener Querschlitz 66 vorgesehen, in den ein in eine Querbohrung des Antriebswellenzapfens 62 gesteckter Sicherungsstift 68 eingreift und somit eine drehfeste Kopplung bewirkt. Durch diese Zweiteilung in elektromotorseitige Antriebswelle und Pumpenwelle können durch die Pumpenkräfte hervorgerufene Verbiegungen der Motorwelle verhindert werden. Sie kann dementsprechend geringfügiger dimensioniert werden, da die Kolbenkräfte im Bereich des Pumpenblocks 2 übertragen bzw. aufgenommen werden.
Beim Betrieb der Kolbenpumpe wird die Pumpenwelle 12 in der vorstehend beschriebenen Weise angetrieben. In Folge des exzentrischen Wellenabschnitts 24 beschreibt das Nadellager 26 eine kreisförmige Bewegung in der Zeichnungsebene der Figur 2. Hierbei wird die Druckfläche 30 der äußeren Lagerschale 28 abwechselnd gegen die eine oder andere Druckseite der Öffnung 32 des Koppelelements 34 angelegt und bewirkt hierbei ein Hin- und Herbewegen des Koppelelements 34 in Richtung des Doppelpfeils 70, jeweils in Richtung des
Verdichtungshubs der Kolben 4 oder 6. Dabei wird über das starre Koppelelement 34 der auf der anderen Seite gelegene Kolben in Rückhub- oder Saugrichtung bewegt, ohne daß das Koppelelement 34 oder gar der Kolben gegen den Exzenter bzw. das Nadellager 26 anliegt. Dadurch, daß das Nadellager 26 mit seiner Druckfläche 30 stets nur auf der momentanen Druckseite gegen das Koppelelement 34 anliegt, kann die äußere Lagerschale 28 gegen die Innenseite 32 des Koppelelements 34 abrollen, was gegenüber einem Abwälzen einen erheblich geringeren Verschleiß verursacht.
Claims
Patentansprüche
Hubkolbenpumpe mit in einem Pumpenblock (2) einander gegenüberliegend angeordneten Kolben (4, 6) , die von einer Motorantriebswelle (62) exzentergesteuert hin- und herbewegbar sind, wobei ein beide Kolben (4, 6) verbindendes Koppelelement (34) vorgesehen ist, welches in radialer Richtung der miteinander fluchtenden Kolbenachsen (8, 10) hin- und herbewegbar ist und den Verdichtungshub des einen Kolbens (4, 6) als Rückhub auf den anderen Kolben (6, 4) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (34) im wesentlichen starr ausgebildet und zur Aufnahme der Kolbenkräfte zwischen dem Exzenter (24) oder einem exzentrisch angetriebenen Bauteil (26) und den Kolben (4, 6) angeordnet ist.
Hubkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (34) in seinem Außenumfang zwei radiale Öffnungen (38) aufweist, in der die radial innenliegenden Kolbenenden (40, 42) aufgenommen und fixierbar sind.
Hubkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenenden über jeweils ein in der Öffnung (38) vorgesehenes federndes Element (48) gesichert sind.
Hubkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (48) eine sich in Umfangs-
richtung der Öffnung (38) erstreckende Feder (50) ist.
5. Hubkolbenpumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Element (48) in eine in Umfangsrichtung der Öffnung (38) verlaufende Nut (52) eingesetzt ist.
6. Hubkolbenpumpe nach Anspruch 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß an den in die Öffnungen (38) eingeführten Kolbenenden (40, 42) eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (54) vorgesehen ist, in welche das federnde Element (48) einrastbar ist.
7. Hubkolbenpumpe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Exzenter (24) und dem Koppelelement (34) ein Nadellager
(26) angeordnet ist.
8. Hubkolbenpumpe nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4, 6) einen in Umfangsrichtung verlaufenden Mantelring (58) aufweisen, dessen äußere Mantelfläche (60) geringfügig über die Kolbenlauffläche versteht und gegen die Kolbenbohrung (20, 22) im Pumpenblock (2) anliegend die Kolben (4, 6) führt.
10. Hubkolbenpumpe nach wenigstens einem ier vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (34) aus einem kreisscheibenförmigen Bauteil gefertigt ist.
11. Hubkolbenpumpe nach Anspruch 10, αadurch gekennzeich-
net, daß in dem kreischeibenförmigen Bauteil eine Öffnung (36) vorgesehen ist, innerhalb der der Exzenter (24) oder das exzentrisch angetriebene Bauteil (26) drehbar angeordnet ist.
12. Hubkolbenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Öffnung (36) derart ist, daß der Exzenter (24) oder das exzentrisch angetriebene Bauteil (26) nur im Bereich der momentanen Druckseite gegen die Innenseite (32) des Koppelelements (34) anliegt.
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