DE102008018035A1

DE102008018035A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE102008018035A1
Application number: DE102008018035A
Authority: DE
Inventors: Gerald Schober; Daniel Prix
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem ersten Teil, einem zweiten Teil, das derart relativ zu dem ersten Teil um eine Achse drehbar ist, dass das erste und das zweite Teil bei der relativen Drehung aneinander gleiten, und das mehrere, in radialen Bohrungen radial bewegliche Arbeitskolben aufweist, und einem dritten Teil, das exzentrisch zum ersten oder zweiten Teil angeordnet ist und von dem die Arbeitskolben des zweiten Teils geführt werden, wobei im ersten Teil wenigstens ein Zuführ- und wenigstens ein Abführkanal für ein Druckmedium mit radialen Ausgängen vorgesehen sind, die bei relativer Bewegung des ersten und des zweiten Teils periodisch mit den radialen Bohrungen des zweiten Teils kommunizieren. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Entlastungsnut vorgesehen, die an der Berührungsfläche des ersten und des zweiten Teils axial vesetzt zu den radialen Bohrungen des zweiten Teils und den Ausgängen der Zuführ- und Abführkanäle des ersten Teils angeordnet ist und sich entlang des Umfangs der Berührungsfläche des ersten und des zweiten Teils erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einem ersten Teil, einem zweiten Teil, das derart relativ zu dem ersten Teil um eine Achse drehbar ist, dass das erste und das zweite Teil bei der relativen Drehung an einer zur Achse koaxialen Berührungsfläche aneinander gleiten, und das mehrere, in radialen Bohrungen radial bewegliche Arbeitskolben aufweist, und einem dritten Teil, das exzentrisch zum ersten oder zweiten Teil angeordnet ist und von dem die Arbeitskolben des zweiten Teils geführt werden, wobei im ersten Teil wenigstens ein Zuführ- und wenigstens ein Abführkanal für ein Druckmedium mit radialen Ausgängen vorgesehen sind, die bei relativer Bewegung des ersten und des zweiten Teils periodisch mit den radialen Bohrungen des zweiten Teils kommunizieren. Eine Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs ist aus DD 257 103 A1 bekannt.
Bei Radialkolbenpumpen sind Arbeitskolben radial angeordnet, wobei die Hubbewegung eines Arbeitskolbens durch einen auf einer Pumpenwelle angeordneten Exzenter oder einen außen liegenden Exzenter hervorgerufen wird. Bei der aus DD 257 103 A1 bekannten Radialkolbenpumpe ist ein Zylinderkörper koaxial zu einer Hohlwelle angeordnet, in der sich Zuführ- und Abführkanäle für ein Druckmedium befinden. Die Zuführkanäle sind mit der Saugseite und die Abführkanäle mit der Druckseite der Pumpe verbunden. In dem Zylinderkörper sind die Arbeitskolben radial angeordnet, die sich an einem exzentrisch zur Achse der Hohlwelle angeordneten Hubring abstützen, der den Zylinderkörper und die Hohlwelle umgibt. Bei relativer Drehbewegung zwischen der Hohlwelle und dem Zylinderkörper um die gemeinsame Achse einerseits und relativer exzentrischer Be wegung des Zylinderkörpers und des Hubrings andererseits kommt es zur Hubbewegung der einzelnen Arbeitskolben, die auf diese Weise Druckmedium durch die Zuführkanäle der Hohlwelle ansaugen und durch die Abführkanäle ausstoßen.
Bei der in DD 257 103 A1 beschriebenen Radialkolbenpumpe sind die Ausgänge der Zuführ- und Abführkanäle für das Druckmedium besonders dimensioniert, um den Verschleiß zwischen der Welle und dem Zylinderkörper zu verringern, wenn diese sich relativ zueinander drehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Lösung anzugeben, mit der der Verschleiß verringert ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist insbesondere wenigstens eine Entlastungsnut vorgesehen, die an der Berührungsfläche des ersten und des zweiten Teils axial versetzt zu den radialen Bohrungen des zweiten Teils und den radialen Ausgängen der Zuführ- und Abführkanäle des ersten Teils vorgesehen ist und sich entlang des Umfangs der Berührungsfläche des ersten und des zweiten Teils erstreckt.
Durch eine solche Entlastungsnut kann Drucköl von der Druckseite an die Saugseite der Pumpe gelangen, wodurch an der Berührungsfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ein hydrostatisches Gleitlager geschaffen wird. Direkter Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Teil wird verhindert, und die Reibung an dieser Stelle vermindert. Insbe sondere beim Anfahren gegen Druck reduziert sich das Pumpenmoment und ein größeres Fördervolumen und verbesserte Stellzeiten sind möglich.
Insgesamt verbessert sich der mechanische Wirkungsgrad und damit die sichere Funktion der Pumpe.
Grundsätzlich kann ein positiver Effekt bereits mit einer einzelnen Entlastungsnut erreicht werden, die axial gegen die radialen Ausgänge der Zuführ- und Abführkanäle und die radialen Bohrungen versetzt ist. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn zwei Entlastungsnuten vorgesehen sind, die sich in axialer Richtung auf unterschiedlichen Seiten der radialen Bohrungen des zweiten Teils bzw. unterschiedlichen Seiten der radialen Ausgänge der Zuführ- und Abführkanäle des ersten Teils befinden. Auf diese Weise bilden sich auf beiden Seiten der radialen Bohrungen und der Zuführ- und Abführkanäle hydrostatische Gleitlager aus.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung hat die wenigstens eine Entlastungsnut einen axialen Abstand von den radialen Bohrungen bzw. den radialen Ausgängen der Zuführ- und Abführkanäle, der etwa der axialen Ausdehnung der radialen Ausgänge der Zuführ- und Abführkanäle entspricht.
Die erfindungsgemäßen Entlastungsnuten können bei unterschiedlichen ausgestalteten Radialkolbenpumpen zum Einsatz kommen.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung für eine Radialkolbenpumpe, bei der das erste Teil einen Zapfen und das zweite Teil einen relativ zu diesem Zapfen um diesen drehbaren Kolbenkörper umfasst. In dem Kolbenkörper sind mehrere in radialen Bohrungen radial bewegliche Arbeitskolben vorgesehen. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform umfasst das dritte Teil einen exzentrisch zum Zapfen angeordneten Hubring, von dem die Ar beitskolben geführt werden bzw. in dem sich die Arbeitskolben abstützen. Zuführ- und Abführkanäle für ein Druckmedium sind in dem Zapfen vorgesehen, wobei die radialen Ausgänge der Kanäle bei relativer Bewegung des Kolbenkörpers und des Zapfens periodisch mit den radialen Bohrungen des Kolbenkörpers kommunizieren, um die Pumpfunktion durchzuführen. Bei dieser Ausführungsform ist die wenigstens eine Entlastungsnut an der Berührungsfläche des Kolbenkörpers und des Zapfens entweder in der Innenseite des Kolbenkörpers axial versetzt gegen dessen radiale Bohrungen oder in der Außenseite des Zapfens axial versetzt gegen die radialen Ausgänge der Zuführ- und Abführkanäle vorgesehen und erstreckt sich entlang des Umfangs der Berührungsfläche des Kolbenkörpers und des Zapfens.
Bei dem Hubring kann es sich z. B. um ein Kugellager mit einem feststehenden Außenring und einen über Kugeln darin gelagerten Innenring zur Führung der Arbeitskolben handeln.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren im Detail erläutert, die beispielhaft eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe darstellen. Dabei zeigen:
1 einen seitlichen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe und
2 eine Detaildarstellung des Zapfens der Ausführungsform der 1.
Der zylinderförmige Zapfen 10 umfasst einen Zuführkanal 12 mit einem radialen Ausgang 14 in seiner Mantelfläche. Außerdem ist in dem Zapfen 10 ein Abführkanal 16 mit einem radialen Ausgang 18 in der Mantelfläche des Zapfens vorgesehen. Die Kanäle dienen zum Zuführen bzw. Abführen von Druckmedium, z. B. Drucköl. Um den Zapfen 10 ist ein hier als Zylinderkörper ausgestalteter Kolbenkörper 30 drehbar angeordnet, wobei der Zylinderkörper 30 und die Außenseite des Zapfens 10 an einer Berührungsfläche 50 aneinander gleiten. Zumindest der Zylinderkörper 30 und der Zapfen 10 bestehen bei dieser Ausführungsform aus Metall. In dem Zylinderkörper 30 befinden sich radiale Zylinderbohrungen 38, in denen Arbeitskolben 32 radial beweglich sind. Die radiale Bewegung der Arbeitskolben 32 in den radialen Bohrungen 38 vergrößert bzw. verkleinert den jeweiligen Arbeitsraum 34. Bei relativer Drehung des Zylinderkörpers 30 und des Zapfens 10 kommen die Arbeitsräume 34 periodisch mit den radialen Ausgängen 14, 18 der Zuführ- bzw. Abführkanäle 12, 16 in Verbindung.
Die Arbeitskolben 32 stützen sich über Abstützschuhe 36 an einem Hubring 41 ab, der exzentrisch zu dem Zapfen 10 bzw. dem Zylinderkörper 30 angeordnet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst der Hubring 41 einen feststehenden Außenring 42, in dem der Innenring 40 über Kugeln 44 nach Art eines Kugellagers drehbar gelagert ist. Durch den Gegenring 43 werden die Abstützschuhe 36 derart gehalten, dass sie den Kontakt mit dem Innenring 40 nicht verlieren, obwohl sie an ihm schwenkbar sind.
An der Berührungsfläche 50 zwischen dem Zylinderkörper 30 und dem Zapfen 10 sind zwei umlaufende Entlastungsnuten 20, 22 vorgesehen, die in einem Abstand A (2) axial versetzt zu den radialen Ausgängen 14, 18 des Zuführkanals 12 bzw. des Abführkanals 16 in dem Zapfen 10 vorgesehen sind. Der Abstand A der Entlastungsnuten 20, 22 von den radialen Ausgängen 14, 18 entspricht etwa dem axialen Ausmaß B der radialen Ausgänge 14, 18.
Die erfindungsgemäße Radialpumpe dieser Ausführungsform kommt wie folgt zum Einsatz. Der Zylinderkörper 30 und damit die Abstützschuhe 36 der Arbeitskolben 32 drehen sich gemeinsam mit dem Innenring 40 des Kugellagers 41. Dadurch, dass der Zylinderkörper 30 und der Hubring 41 exzentrisch zueinander angeordnet sind, kommt es zu einer Radialbewegung der Arbeitskolben 32, wodurch sich der Arbeitsraum 34 der einzelnen Arbeitskolben periodisch vergrößert bzw. verkleinert. Druckmedium wird auf diese Weise aus dem Zuführkanal 12 (von der Saugseite der Pumpe) in den Abführkanal 16 (zur Druckseite der Pumpe) überführt.
Bei der Drehbewegung des Zylinderkörpers 30 um den Zapfen 10 kommt es zu Reibung an der Berührungsfläche 50. Durch den höheren Druck auf der Druckseite 16 gelangt Drucköl in den Zwischenraum zwischen dem Zylinderkörper 30 und der Außenseite des Zapfens 10 und kann durch die Entlastungsnuten 20, 22 in Richtung der Saugseite abfließen. Auf diese Weise entsteht ein hydrostatisches Gleitlager zwischen dem Zylinderkörper 30 und dem Zapfen 10, wodurch die Reibung an dieser Stelle minimiert wird und ein direkter metallischer Kontakt zwischen Zapfen 10 und Zylinderkörper 30 verhindert wird.
Aus der verminderten Reibung resultiert ein reduziertes Pumpenmoment. Damit ist insbesondere ein sicheres Anfahren gegen Druck und ein größeres Fördervolumen der Pumpe möglich.
Bei dem beschriebenen Beispiel dreht sich der Zylinderkörper 30 um den feststehenden Zapfen 10. In analoger Weise ist die Erfindung z. B. auch bei einer Radialkolbenpumpe einsetzbar, bei der sich der Steuerzapfen 10 nach Art einer Exzenterwelle um eine exzentrische Achse dreht und die Arbeitskolben, die sich in dem exzentrisch angeordneten Hubring abstützen, nicht mitdrehen.
Die Kanäle 12, 16 sind zum Zwecke dieser Beschreibung als Zuführ- bzw. Abführkanäle beschrieben. Ihre Funktion kann bei entsprechend umgekehrter Drehrichtung der Pumpe auch vertauscht sein. Insbesondere kann die Pumpe auch als in beiden Richtungen fördernde Pumpe ausgestaltet sein.

10: Zapfen
12: Zuführkanal
14: radialer Ausgang des Zuführkanals
16: Abführkanal
18: radialer Ausgang des Abführkanals
20: Entlastungsnut
22: Entlastungsnut
30: Zylinderkörper
32: Arbeitskolben
34: Arbeitsraum
36: Abstützschuh
38: radiale Bohrung
40: Innenring
41: Hubring
42: Außenring
43: Gegenring
44: Kugel
50: Berührungsfläche
A: axialer Abstand
B: axiale Ausdehnung der radialen Ausgänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DD 257103 A1 [0001, 0002, 0003]

Claims

Radialkolbenpumpe mit einem ersten Teil (10), einem zweiten Teil (30), das derart relativ zu dem ersten Teil um eine Achse drehbar ist, dass das erste und das zweite Teil bei der relativen Drehung an einer zur Achse koaxialen Berührungsfläche (50) aneinander gleiten, und das mehrere, in radialen Bohrungen (38) radial bewegliche Arbeitskolben (32) aufweist, und einem dritten Teil (41), das exzentrisch zum ersten oder zweiten Teil angeordnet ist und von dem die Arbeitskolben (32) des zweiten Teils (30) geführt werden, wobei im ersten Teil wenigstens ein Zuführ- und wenigstens ein Abführkanal (12, 16) für ein Druckmedium mit radialen Ausgängen (14, 18) vorgesehen sind, die bei relativer Bewegung des ersten und des zweiten Teils periodisch mit den radialen Bohrungen (38) des zweiten Teils (30) kommunizieren, gekennzeichnet durch wenigstens eine Entlastungsnut (20, 22), die an der Berührungsfläche (50) des ersten (10) und des zweiten (30) Teils axial versetzt zu den radialen Bohrungen (38) des zweiten Teils bzw. den radialen Ausgängen (14, 18) der Zuführ- und Abführkanäle (12, 16) des ersten Teils (10) angeordnet ist und sich entlang des Umfangs der Berührungsfläche (50) des ersten (10) und des zweiten (30) Teils erstreckt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Entlastungsnuten (20, 22) vorgesehen sind, die sich in axialer Richtung auf unterschiedlichen Seiten der radialen Bohrungen (38) des zweiten Teils (30) oder auf unterschiedlichen Seiten der radialen Ausgänge (14, 18) der Zuführ- und Abführkanäle (12, 16) des ersten Teils (10) befinden.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Entlastungsnut (20, 22) einen axialen Abstand (A) von den radialen Bohrungen (38) bzw. den radialen Ausgängen (14, 18) der Zuführ- und Abführkanäle (12, 16) aufweist, der etwa der axialen Ausdehnung (B) der radialen Ausgänge (14, 18) der Zuführ- und Abführkanäle (12, 16) entspricht.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Teil einen Zapfen (10) umfasst, – das zweite Teil einen relativ zum Zapfen (10) um diesen drehbaren Kolbenkörper (30) mit mehreren in radialen Bohrungen (38) des Kolbenkörpers radial beweglichen Arbeitskolben (32) umfasst, und – das dritte Teil einen exzentrisch zum Zapfen (10) angeordneten Hubring (41) umfasst, von dem die Arbeitskolben geführt werden, – wobei in dem Zapfen (10) wenigstens ein Zuführ- und wenigstens ein Abführkanal (12, 16) für ein Druckmedium vorgesehen sind, deren radiale Ausgänge (14, 18) bei relativer Bewegung des Kolbenkörpers (30) und des Zapfens (10) periodisch mit den radialen Bohrungen (38) des Kolbenkörpers kommunizieren, und – die wenigstens eine Entlastungsnut (20, 22) an der Berührungsfläche (50) des Kolbenkörpers (30) und des Zapfens (10) entweder in der Innenseite des Kolbenkörpers axial versetzt zu dessen radialen Bohrungen (38) oder in der Außenseite des Zapfens (10) axial versetzt zu den radialen Ausgängen (14, 18) der Zuführ- und Abführkanäle (12, 16) vorgesehen ist und sich entlang des Umfangs der Berührungsfläche (50) des Kolbenkörpers und des Zapfens erstreckt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubring (41) ein Kugellager mit einem feststehenden Außenring (42) und einem über Kugeln (44) darin gelagerten Innenring (40) zur Führung der Arbeitskolben (32) umfasst.