DE10128066A1 - Radialkolbenmaschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine, insbesondere Radialkolbenpumpe, in der ein auf einer stationären Achse (11) drehbarer Exzenter (12) mehrere sternförmig angeordnete Kolben (3) antreibt. Da eine derartige Pumpe mit sogenannter Saugregelung arbeitet, sind die Förderräume ab einem mittleren Drehzahlbereich nur noch teilgefüllt. Dadurch entstehen beim Aufprall des Kolbens (3) auf das auszuschiebende Ölvolumen Druckstöße, die Geräusche verursachen. Diese Druckstöße kann man verringern, wenn man den Exzenter (12) nachgiebig gestaltet, indem er aus Innenring (18), Außenring (19) und aus einem zwischen diesen Ringen im oberen Totpunkt angeordneten Dämpfungselement (16) zusammengesetzt wird. Ein solcher Exzenter läßt den Kolben beim Beginn des Druckhubes geringfügig einfedern, so daß Druckspitzen abgebaut und die Geräusche vermindert werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine, ins
besondere Radialkolbenpumpe.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Maschine mit ei
nem Zylindergehäuse, das mehrere radial angeordnete
Zylinderbohrungen aufweist. In jeder Zylinderbohrung
befindet sich ein radial verschiebbarer Kolben, der
mittelbar auf einem relativ zum Zylindergehäuse dreh
baren Exzenter abgestützt ist. Vorzugsweise ist das
Zylindergehäuse stationär und der Exzenter drehbar;
die umgekehrte Bauweise ist jedoch ebenfalls möglich.
In den meisten Fällen handelt es sich also um eine Ra
dialkolbenpumpe mit stationärem Zylindergehäuse und
mit einem drehbaren Exzenter, der zum Antrieb der Pum
pe an ein im Betrieb rotierendes Bauteil gekoppelt
ist.
Zum Stand der Technik wird auf die DE 43 36 673 A1
hingewiesen.
Eine Radialkolbenpumpe hat den durch ihr Arbeitsprin
zip bedingten Vorteil, daß der Förderstrom ab einer
mittleren Drehzahl von z. B. 1600 U/min durch die An
saugdrosselung begrenzt ist. Oberhalb dieser Drehzahl
ist der Kolbeninnenraum nicht mehr vollständig ausge
füllt. Dies bedeutet, daß der Förderbeginn von der
Füllung abhängig ist, nachdem der Kolben seine zugehö
rige Saugöffnung verschlossen hat. Beim Förderbeginn
trifft der Kolben daher mit drehzahlabhängiger Ge
schwindigkeit auf die eingeschlossene Ölsäule auf und
schiebt das Öl über ein als umlaufende Bandfeder aus
geführtes Rückschlagventil, das alle Auslaßbohrungen
der Kolben verschließt, in einen mit dem Verbraucher
verbundenen Sammelkanal aus. Da der Kolben nicht mit
der Geschwindigkeit Null zu fördern beginnt, entsteht
ein starker Druckstoß im Kolbeninnenraum. Die durch
einen solchen Druckstoß erzeugte Druckspitze über
steigt den Auslaßdruck im Sammelkanal um ein Mehrfa
ches. Die Druckstöße verstärken sich prinzipbedingt
mit steigender Drehzahl. Die Druckstöße sämtlicher
Kolben regen den Körperschall an, der über die Gehäu
sewand als Luftschall abgestrahlt wird.
Zudem führt ein starrer Kolbenantrieb zu einer Zwangs
bewegung des Kolbens und damit zu einem zeitlich genau
definierten Fördermengenverlauf durch das Rückschlag
ventil. Das führt dazu, daß während des Öffnens des
Ventils, wenn also der Querschnitt noch nicht seine
endgültige Größe erreicht hat, schon der maximale Vo
lumenstrom durch das Ventil gefördert wird. Dadurch
kommt es zu Druckspitzen im Kolbenraumfluid, was wie
derum ein Geräusch verursacht.
Bei der aus DE 43 36 673 A1 bekannten Bauweise wurde
schon versucht, die durch die genannten Druckstöße
verursachten Druckspitzen abzusenken und dadurch die
Radialkolbenmaschine leiser zu machen. Vorgesehen war
dort ein radial wirkendes Dämpfungsglied (ausgebildet
z. B. als Wellfeder), das zwischen zwei Gleitringe ein
gesetzt ist, die sich zwischen den Kolbenfüßen und dem
Exzenter befinden. Wohl führte dieser Lösungsversuch
zu einer gewissen Geräuschminderung. Es zeigte sich
jedoch der Nachteil, daß der äußere Gleitring zeitwei
lig sehr hoch auf Biegung beansprucht ist; hierdurch
ist seine Lebensdauer unzureichend.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
eingangs beschriebene Radialkolbenmaschine (vorzugs
weise Radialkolbenpumpe) dahingehend weiterzuentwi
ckeln, daß zwei Forderungen gleichzeitig erfüllt wer
den, nämlich bestmögliche Geräuschminderung im Betrieb
der Maschine und möglichst geringe Beanspruchung der
einzelnen Bauteile, so daß eine hohe Lebensdauer bzw.
ein langer störungsfreier Betrieb gewährleistet werden
kann.
Der Hauptgedanke dieser Anmeldung besteht darin, von
dem bisherigen, im wesentlichen massiven Exzenter ab
zugehen und statt dessen einen nachgiebigen, d. h. ei
nen relativ leicht verformbaren Exzenter zu schaffen.
Dies erfolgt dort dadurch, daß der Exzenter einen Au
ßenring aufweist, der zu einem Innenring exzentrisch
angeordnet und federnd nachgiebig ausgebildet ist. Der
Exzenter hat somit wenigstens einen Hohlraum, der be
grenzt ist von dem genannten Innenring und von dem
hierzu exzentrischen, federnd nachgiebigen Außenring.
Man erreicht hierdurch, daß der mit den Kolbenfüßen in
Kontakt stehende äußere Gleitring nicht nur an einzel
nen Stellen, sondern flächig auf dem darunter liegen
den Bauelement abgestützt ist. Beim Entstehen eines
starken Druckstoßes in einem der Kolbeninnenräume wird
nicht nur der äußere Gleitring sondern auch der nach
giebige Exzenter elastisch verformt. Mit anderen Wor
ten: durch die stets sichergestellte flächige Unter
stützung des äußeren Gleitringes ist nicht nur das
Ausmaß der Verformung geringer, sondern es wird auch
für eine geringere Biegebeanspruchung gesorgt. Eine
Überlastung des äußeren Gleitringes wird somit vermie
den. Außerdem kann das aus DE 43 36 673 A1 bekannte
Dämpfungsglied entfallen. In der Regel sind zwischen
dem Exzenter und den Kolbenfüßen zwei ineinanderge
steckte Gleitringe vorgesehen, die in Umfangsrichtung
aneinander gleiten.
Nach einem ersten Aspekt (Anspruch 1) der hier vorlie
genden Erfindung ist wiederum vorgesehen, daß der Ex
zenter einen Außenring und einen hierzu exzentrischen
Innenring aufweist, und daß diese Ringe nur im Bereich
des oberen Totpunktes (d. h. im Bereich größter radia
ler "Exzenter-Dicke") mittels eines Dämpfungselements
miteinander verbunden sind, das in Umfangsrichtung ei
ne höhere Nachgiebigkeit als in der Exzenter-Ebene
hat.
Durch diese Maßnahmen wird folgendes erreicht: Beim
Auftreten eines starken Druckstoßes in einem der Zy
linderräume oder (mit anderen Worten) wenn im Bereich
des Förderbeginns ein Kolbenkraftstoß auftritt, dann
wird wiederum der Exzenter elastisch verformt, nämlich
indem der Außenring, unter der Wirkung des Kolben
kraftstoßes, relativ zum Innenring vorübergehend aus
weicht.
Im Ergebnis erzielt man im Betrieb eine beträchtliche
Geräuschminderung und gleichzeitig eine geringere Be
lastung der Bauteile, insbesondere des mit den Kolben
füßen in Kontakt stehenden Gleitringes.
Ein ähnlich oder gleich gutes Ergebnis kann erzielt
werden, wenn man - nach einem zweiten Aspekt (Anspruch
10) der vorliegenden Erfindung - folgendes vorsieht:
Die beiden zueinander exzentrischen Ringe (Außen- und
Innenring) des Exzenters sind nunmehr mittels eines
(im Bereich der Förderzone eine Ausnehmung aufweisen
den) Füllkörpers miteinander verbunden. Dadurch ist
zwar die relative Beweglichkeit der zwei Ringe
(verglichen mit der zuerst beschriebenen Lösung) ver
ringert; nunmehr ist jedoch der Außenring umhüllt von
einer hierzu konzentrischen Gleitschale mit einer da
zwischen befindlichen Elastomer-Schicht, die eine vor
zügliche Dämpfungswirkung besitzt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die Gegen
stand der abhängigen Ansprüche sind, werden nachfol
gend, im Rahmen der Beschreibung von Ausführungsbei
spielen, mit Hilfe der Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine Radialkolben
pumpe, deren Exzenter nachgiebig ist;
Fig. 2 einen Teillängsschnitt entlang der Linie II-II
der Fig. 1;
Fig. 3 eine erste Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten
Exzenters;
Fig. 4 eine zweite Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten
Exzenters;
Fig. 5 und 6 je einen Schnitt entlang Linie V bzw. VI
der Fig. 4;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der elastischen
Verformung des in Fig. 1 gezeigten Exzenters.
Die Pumpe nach Fig. 1 und 2 ist z. B. in ein Automatik
getriebe integriert und weist in Zylinderbohrungen 1
eines Zylindergehäuses oder eines "Pumpengehäuses" 2
eine Anzahl von becherförmigen Kolben 3 auf. Jeder
Kolben 3 ist durch eine Feder 4 belastet, die sich an
einem die Zylinderbohrung 1 verschließenden Stopfen 5
abstützt. Eine Bandfeder 6 umspannt ringartig alle
Stopfen 5 und verschließt die an alle Kolbeninnenräume
7 anschließenden Auslaßbohrungen 8 gegen eine Sammel
ringnut 10. Die Bandfeder 6 ist mit Stiften 9 auf dem
Pumpengehäuse 2 in ihrer Lage gesichert.
Starr mit dem Pumpengehäuse 2 verbunden ist eine kon
zentrische stationäre Achse 11 (auch "Leitradhohl
welle" genannt). Auf dieser ist drehbar ein Exzenter
12 gelagert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dies
ein nachgiebiger Exzenter, zusammengesetzt aus Innen
ring 18 und Außenring 19, falls erforderlich auch mit
einer am Innenring fixierten Seitenscheibe 20 (die nur
in der oberen Hälfte der Fig. 2 dargestellt ist). In
das Innere des Exzenters hinein erstreckt sich ein
Antriebsfinger 14 einer im Betrieb rotierenden Hohl
welle 13 (gelagert auf der Achse 11 mittels Nadellager
13a). Zwischen den Kolben 3 und dem Exzenter 12 ist
vorzugsweise nur ein einziger Gleitring 15 vorgesehen.
Beim Rotieren des nachgiebigen Exzenters 12 können die
jeweils das Drucköl ausschiebenden Kolben 3 auf dem
zugehörigen Abschnitt des Gleitringes 15 geringfügig
einfedern, so daß sich die zu Beginn eines Druckhubes
auftretenden Druckspitzen absenken lassen. Die Bandfe
der 6 wölbt sich von ihrer Sitzfläche über jeweils dem
Kolben 3 auf, der gerade einen Druckhub ausführt. Die
Kolben 3 saugen das Drucköl an ihrer Oberkante über
Saugöffnungen 17 an.
Gemäß den Fig. 1 und 2 sind Innenring 18 und Außen
ring 19 des Exzenters 12 durch ein Dämpfungselement 16
miteinander verbunden. Dieses Dämpfungselement kann
als ein Elastomerblock ausgebildet sein, vorzugsweise
mit einer bei 26 angedeuteten elastischen Blecheinla
ge, die in dem Elastomerblock in etwa radialer Rich
tung positioniert ist. Dadurch hat der Elastomerblock
16 in Umfangsrichtung eine höhere Nachgiebigkeit als
in radialer Richtung (d. h. als in der Richtung der Ex
zenter-Ebene A). Er ist z. B. mittels Vulkanisation mit
den Ringen 18, 19 verbunden.
In Fig. 7 erkennt man von einem Exzenter 12 schema
tisch den Innenring 18, den Außenring 19 und das Dämp
fungselement 16. Deren Normalposition ist in vollen
Linien dargestellt. Mit strichpunktierten Linien ist
gezeigt, wie der Außenring 19 unter einem Kolbenkraft
stoß FK relativ zum Innenring 18 vorübergehend aus
weicht und wie sich hierbei der Elastomerblock 16 ela
stisch verformt. Der letztere ist stets im Bereich der
Exzenterebene A im Bereich des oberen Totpunktes OT
angeordnet. Die Drehrichtung des Exzenters ist durch
den Pfeil D kenntlich gemacht. Ein Kolben, der den
Kolbenkraftstoß FK auf den Außenring 19 ausübt, liegt
stets im Bereich des Förderbeginns, also in einem Win
kelbereich W zwischen etwa 55° und 100° vor dem oberen
Totpunkt OT (bezogen auf die Drehrichtung D).
Wenn der besagte Kolben an den oberen Totpunkt ge
langt, also am Förderende, dann befindet sich der Kol
ben wieder auf praktisch der gleichen Bahn wie bei
Verwendung eines starren Exzenters. Dies ist so dank
der wesentlich geringeren Nachgiebigkeit des Dämp
fungselements 16 in radialer Richtung. Somit wird
- trotz der zur Körperschalldämpfung dienenden Nachgie
bigkeit des Exzenters - eine Druckabhängigkeit des
Fördervolumens zumindest weitgehend vermieden.
Gemäß Fig. 3 ist ein Dämpfungselement 16a vorgesehen,
welches als metallisches Vierkant-Hohlprofil ausgebil
det ist. Es ist zwischen Innenring 18 und Außenring 19
als "Federstütze" eingeschweißt, so daß zwei biegeela
stische radiale Stege 27 die zwei Ringe 18, 19 mitein
ander verbinden. Das Element 16a hat zumindest sehr
weitgehend die gleichen Eigenschaften und Wirkungen
wie der oben beschriebene Elastomerblock 16. Der An
triebsfinger 14 greift unmittelbar am Dämpfungselement
16a an, z. B. an dessen Außenseite. Der Außenring 19
ist auf seiner Außenseite mit einer Gleitschicht oder
Gleitbuchse 24 versehen. Ebenso kann an der Innenseite
des Innenringes eine Gleitbuchse vorhanden sein (nicht
dargestellt).
Das Dämpfungselement 16 bzw. 16a bildet die einzige
Verbindung zwischen den Ringen 18 und 19. Im unteren
Totpunkt UT verbleibt stets ein kleiner Spalt a zwi
schen den Ringen 18, 19.
Der in den Fig. 4-6 dargestellte Exzenter 12'
weicht von den oben erläuterten Bauformen dadurch ab,
daß zwischen Innenring 18 und Außenring 19' ein Füll
körper 25 vorgesehen ist, und daß der relativ dünne
Außenring 19' umhüllt ist von einer Elastomerschicht
23 und einer zum Außenring 19' konzentrischen (oder
geringfügig exzentrischen) und ebenfalls relativ dün
nen Gleitschale 22. Man könnte auch sagen: Der Außen
ring 19 der Fig. 1 bis 3 ist ersetzt durch ein
nachgiebiges "Außenring-Paket" 19', 23, 22.
Der Füllkörper 25 ist gebildet aus einem relativ wenig
elastischen Werkstoff z. B. aus einem Kunststoff. Er
hat jedoch im Bereich der Förderzone (die bezüglich
der Drehrichtung D vor dem oberen Totpunkt OT liegt)
eine quer durchgehende, sich vorzugsweise über die
Förderzone erstreckende, Ausnehmung 21. Dadurch wird
die Nachgiebigkeit des "Außenring-Paketes" 19', 23, 22
gerade im Bereich der Förderzone (wo der oben erwähnte
Förderkraftstoß auftritt) noch erhöht. Es ergibt sich
also die gleiche Wirkung wie oben anhand der Fig. 1
bis 3 und 7 beschrieben.
1
Zylinderbohrungen
2
Pumpengehäuse
3
Kolben
4
Feder
5
Stopfen
6
Bandfeder
7
Innenräume
8
Auslaßbohrungen
9
Stifte
10
Sammelringnut
11
stationäre Achse
12
,
12
' drehbarer Exzenter
13
rotierende Hohlwelle
13
a Nadellager
14
Antriebsfinger
15
Gleitring
16
,
16
a Dämpfungselement
17
Saugöffnungen
18
Innenring
19
,
19
' Außenring
20
Seitenscheibe
21
Ausnehmung (im Füllkörper
25
)
22
Gleitschale
23
Elastomer-Schicht
24
Gleitbuchse
25
Füllkörper
26
Blecheinlage
27
Steg
Claims (12)
1. Radialkolbenmaschine, insbesondere Radialkolben
pumpe, mit den folgenden Merkmalen:
- 1. 1.1 ein Zylindergehäuse (Pumpengehäuse 2) weist mehrere radial angeordnete Zylinderbohrungen (1) auf;
- 2. 1.2 in jeder Zylinderbohrung (1) befindet sich ein radial verschiebbarer Kolben (3), der mittel bar auf einem Exzenter (12) abgestützt ist; dadurch gekennzeichnet,
- 3. 1.3 daß der Exzenter (12) aus einem zum Zylinder gehäuse (2) koaxialen Innenring (18) und aus einem hierzu exzentrischen, federnd nachgiebi gen Außenring (19), sowie aus einem zwischen diesen Ringen angeordneten Dämpfungselement (16 oder 16a) zusammengesetzt ist,
- 4. 1.4 und daß das die Ringe (18, 19) nur im Bereich des oberen Totpunktes miteinander verbindende Dämpfungselement (16 oder 16a) in Umfangsrich tung eine höhere Nachgiebigkeit als in der Richtung der Exzenter-Ebene (A) aufweist.
2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 mit den fol
genden Merkmalen:
- 1. 2.1 das Zylindergehäuse (2) ist stationär;
- 2. 2.2 der Exzenter (12) ist an ein im Betrieb ro tierendes Bauteil (13) gekoppelt.
3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Dämpfungselement (16 oder 16a) das einzige
Verbindungselement zum gegenseitigen Verbinden der
genannten Ringe (18, 19) ist.
4. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
im unteren Totpunkt (UT) zwischen den Ringen
(18, 19) ein Abstand (a) vorhanden ist.
5. Radialkolbenmaschine nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Dämpfungselement (16) aus einem elastomeren
Stoff gebildet ist.
6. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Dämpfungselement (16) mittels Vulkanisation
mit den Ringen (18, 19) verbunden ist.
7. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Dämpfungselement (16) eine elastische Blechein
lage (26) in wenigstens angenähert radialer Rich
tung positioniert ist.
8. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens ein elastischer (vorzugsweise metalli
scher) Steg (27) sich wenigstens angenähert in ra
dialer Richtung im Bereich des oberen Totpunktes
(OT) vom Innenring (18) zum Außenring (19) er
streckt.
9. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Stege (27) vorgesehen sind, als Teile eines
als metallisches Hohlprofil ausgebildeten Dämp
fungselements (16a).
10. Radialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Exzenter (12') einen Innenring (18) und einen
hierzu exzentrischen Außenring (19') aufweist so
wie einen dazwischen angeordneten Füllkörper (25),
der eine quer durchgehende, sich entlang der För
derzone erstreckende Ausnehmung (21) aufweist.
11. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Außenring (19') umhüllt ist von einer zu ihm
vorzugsweise konzentrischen Gleitschale (22), und
daß Außenring und Gleitschale mittels einer Ela
stomerschicht (23) miteinander verbunden sind.
12. Radialkolbenmaschine nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Kolben (3) und dem Exzenter (12 oder
12') nur ein einziger Gleitring (15) vorhanden
ist.
Priority Applications (2)
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DE2001128066 DE10128066A1 (de) | 2001-06-09 | 2001-06-09 | Radialkolbenmaschine |
PCT/EP2002/005136 WO2002101236A1 (de) | 2001-06-09 | 2002-05-10 | Radialkolbenmaschine |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ZF LENKSYSTEME GMBH, 73527 SCHWAEBISCH GMUEND, DE Owner name: SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |