DE19517628A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Pumpen der hier ange­ sprochenen Art sind bekannt. Es werden insbesondere Pumpen angesprochen, deren Fördervolumen durch eine sogenannte Zuflußabschnürung oder Saugdrosselung erfolgt. Die Regelung hat das Ziel, die Verlustlei­ stung zu reduzieren. Bei derartigen Regelungen tritt das Problem auf, daß sich auf der Saugseite ein Unterdruck einstellt, so daß Kavitation auf­ tritt. Diese führt zu einer relativ starken Ge­ räuschentwicklung im Betrieb der Pumpe. Derartige Pumpen zeichnen sich auch deshalb durch eine starke Geräuschentwicklung aus, weil auf der Hochdruck­ seite der Pumpe Druckpulsationen und starke Wirbel entstehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Radialkol­ benpumpe der hier angesprochenen Art zu schaffen, die relativ geräuscharm arbeitet. Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe gemäß Oberbegriff des An­ spruchs 1 mit Hilfe der in diesem Anspruch wieder­ gebenen Merkmale gelöst. Dadurch, daß der Kolben­ ring, in dem die Kolben im Betrieb der Pumpe hin und her bewegt werden, von dem Pumpengehäuse so um­ schlossen wird, daß zumindest zwischen den die Boh­ rungen für die Kolben abschließenden Verschluß­ stopfen und der Innenseite des Pumpengehäuses ein flüssigkeitsgefüllter Raum gegeben ist. Dieser dämmt die von dem Verschlußstopfen ausgehenden Schwingungen beziehungsweise Schallwellen, so daß sich ein relativ geräuscharmer Betrieb der Pumpe ergibt.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Radialkol­ benpumpe, bei der der flüssigkeitsgefüllte Raum als Ringraum ausgebildet ist, der den Kolbenring voll­ ständig umgibt. Eine derartige Realisierung ist re­ lativ kostengünstig herstellbar.

Weiterhin wird eine Ausführungsform der Radialkol­ benpumpe bevorzugt, bei der die in dem flüssig­ keitsgefüllten Raum vorhandene Flüssigkeit nicht oder nur unter einem geringen Überdruck steht, vor­ zugsweise mit der Saugseite der Radialkolbenpumpe verbunden ist. Von den Verschlußstopfen in die Flüssigkeit abgegebene Schwingungen werden damit so gedämpft, daß Schwingungen des Pumpengehäuses auf ein Minimum reduziert sind.

Weiterhin wird eine Ausführungsform der Radialkol­ benpumpe bevorzugt, bei der die Druckauslaßöffnun­ gen, über die das von den Kolben geförderte Fluid unter hohem Druck austritt, von einer Dichtungsein­ richtung abgeschlossen sind, die Federzungen auf­ weist. Diese zeichnen sich durch ein geringes Ge­ wicht aus, so daß Schwingungen im Betrieb der Pumpe, aber auch Druckpulsationen bei der Förderung des Fluids auf ein Minimum reduziert werden und so­ mit eine Geräuschreduktion eintritt.

Weitere Ausgestaltungen der Radialkolbenpumpe erge­ ben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Radialkolbenpumpe wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Radial­ kolbenpumpe;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Radialkolben­ pumpe gemäß Fig. 1 im Bereich des Kol­ benrings und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teil­ bereichs des Dichtrings.

Die in Fig. 1 dargestellte Radialkolbenpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 3 auf, das zwei Teilele­ mente umfaßt, nämlich einen Grundkörper 5 und einen Deckel 7. Der Grundkörper 5 ist sehr massiv ausge­ bildet, er trägt eine Welle 9, die mittels eines Lagers 11 im Grundkörper 5 gelagert und mit einer Dichtung 13 versehen ist. An einem Wellenstummel 15 ist ein geeignetes Antriebsrad 17 drehfest ange­ bracht. Dieses dient dem Antrieb der Radialkolben­ pumpe 1, die vorzugsweise im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen eines Kraftfahrzeugs verwendet und über einen geeigneten Riemen angetrieben wird. Sie dient der Erzeugung eines Fluidstroms, der bei­ spielsweise für die Fahrwerkstabilisierung, aber auch für die Unterstützung der Lenkkräfte Verwen­ dung findet.

Die Welle 9 weist einen exzentrisch zu ihrer Drehachse 19 angeordneten Exzenter 21 auf sowie einen in einem Lager 23 gelagerten Wellenansatz 25, der konzentrisch zu den übrigen Abschnitten der Welle 9 angeordnet ist.

Im Bereich des Exzenters 21 ist ein drehfest mit dem Grundkörper 5 verbundener Kolbenring 27 vorge­ sehen, der vorzugsweise einstückig mit einem Lager­ ansatz 29 versehen ist, der das Lager 23 und damit den Wellenansatz 25 trägt.

Der Kolbenring 27 ist auf geeignete Weise, bei­ spielsweise mit Hilfe von Schrauben 31, drehfest am Grundkörper 5 befestigt. Er ist mit in radialer Richtung zur Drehachse 19 verlaufenden Bohrungen 33 versehen, in denen die Kolben 35 der Rotationskol­ benpumpe 1 in radialer Richtung verschieblich gela­ gert sind. Die Bohrungen 33 sind auf ihrer dem Ex­ zenter 21 zugewandten Seite offen und auf der ge­ genüberliegenden Seite mit einem Verschlußstopfen 37 druckdicht abgeschlossen. Auf der Innenseite des Verschlußstopfens stützt sich eine Schraubenfeder 39 ab, die gegen den Boden des innen hohlen Kolbens 35 anliegt und eine Druckkraft ausübt. Der Boden wird gegen die Oberfläche des Exzenters 21 gepreßt.

Es kann hier ein geeigneter Lagerring 41 vorgesehen sein.

Der Grundkörper 9 weist einen Ringwandbereich 43 auf, der den Kolbenring 27 umgibt. Der Innendurch­ messer des Ringwandbereichs 43 ist so auf den Außendurchmesser des Kolbenrings 27 abgestimmt, daß zumindest im Bereich der Verschlußstopfen 27 ein flüssigkeitsgefüllter Raum 45 gegeben ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Raum als durchgehender Ringraum ausgebildet, der mit einer Flüssigkeit aufgefüllt ist. Diese steht mit der von der Radialkolbenpumpe 1 angesaugten Flüssigkeit 47 in Fluidverbindung, die über einen Saugkanal 49 mit einem flüssigkeitsgefüllten Saugabschnitt 51 in Verbindung steht, der als ring­ förmiger Raum ausgebildet ist und den Exzenter um­ gibt. Aus dem Saugabschnitt 51 saugen im Betrieb der Pumpe 1 die Kolben 35 Flüssigkeit an. Sie sind dazu mit in die Seitenwand der Kolben 35 einge­ brachten Saugöffnungen 53 versehen, die mit dem Saugabschnitt 51 in Verbindung stehen, wenn die Kolben durch die Schraubenfeder in ihre Saugstel­ lung verfahren werden, in der der Boden der Kolben 35 so nahe an der Drehachse 19 angeordnet ist, daß die Saugöffnungen 53 nicht mehr von der Wandung der Bohrung 33 verschlossen werden.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 befindet sich der Kolben 33 in seiner maximal eingeschobenen Posi­ tion, wobei sein Boden den größten Abstand zur Drehachse 19 aufweist. Die durch die Saugöffnungen 53 eingesaugte Flüssigkeit wird daher unter hohem Druck in den Hochdruckbereich 55 der Pumpe ausge­ stoßen und in eine konzentrisch zur Drehachse 19 umlaufende Drucknut 57 gefördert. Die unter Druck stehende Flüssigkeit tritt über hier nicht darge­ stellte Öffnungen im Kolbenring 27 aus der Bohrung 33 in die Drucknut 57 ein, die durch eine geeignete Dichtungseinrichtung 61 abgeschlossen sind. Die Dichtungseinrichtung verhindert, daß das unter ho­ hem Druck stehende Fluid aus der Drucknut 57 in die Bohrung 33 zurückströmt.

Der Deckel 7 der Radialkolbenpumpe 1 ist mit einem Ansaugstutzen 59 versehen, über den das von der Ra­ dialkolbenpumpe 1 angesaugte Fluid, in der Regel ein Hydrauliköl, in den von dem Deckel 7 abge­ schlossenen Raum gelangt und von dort in den Saugabschnitt 51.

Aus der Querschnittdarstellung gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, daß das hier wiedergegebene Ausfüh­ rungsbeispiel der Radialkolbenpumpe 1 sechs Kolben 35 aufweist, die in Bohrungen 33 im Kolbenring 27 geführt sind. Die Bohrungen 33 sind, wie anhand von Fig. 1 erläutert, auf ihrer dem Exzenter 21 abge­ wandten Seite mit einem Verschlußstopfen 37 abge­ schlossen. Auch hier ist ersichtlich, daß der Kol­ benring 27 einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Ringwand­ bereichs 43 des Grundkörpers 5 des Pumpengehäuses 3.

Aus der Darstellung in Fig. 2 wird auch deutlich, daß der oben liegende, in einer 12-Uhr-Position an­ geordnete Kolben 35 maximal in die Bohrung 33 ein­ geschoben ist, während der sich gegenüberliegende Kolben 35 in seiner maximal ausgefahrenen Position befindet. Der Exzenter möge sich beispielsweise im Uhrzeigersinn drehen, so daß der links von dem un­ tersten Kolben liegende Kolben 35 etwas weiter ein­ geschoben ist in die Bohrung 33, als der unterste Kolben. Der im Uhrzeigersinn nachfolgende Kolben 35 ist noch weiter in die Bohrung eingeschoben, daß die im Inneren des Kolbens eingeschlossene Flüssig­ keit unter Druck steht. Dieser nimmt weiter zu, bis der Kolben die 12-Uhr-Position eingenommen hat.

Im Betrieb der Pumpe entstehen laute Geräusche, die einerseits auf Kavitation im Inneren der Bohrungen 33 beruhen und andererseits auf hohen Druckplusa­ tionen, die durch einen sehr ungleichmäßigen Volu­ menstrom hervorgerufen werden. Dieser ist bei Saug­ regelung unvermeidbar. Die Geräusche werden über die Verschlußstopfen 37 an die Umgebung abgegeben, hier an den ringförmig ausgebildeten Raum 45, der den Kolbenring 27 vollständig umgibt. Vibrationen der Verschlußstopfen 37 und damit von diesen ausge­ hende Geräusche werden durch die nicht unter Über­ druck stehende Flüssigkeit in dem ringförmigen aus­ gebildeten Raum 45 gedämpft. Da der die Befesti­ gungspunkte für die Pumpe aufweisende Ringwandbe­ reich 43 als Teil des Grundkörpers 5 relativ massiv ausgebildet ist, dämpft dieser zusätzlich die von den Kolben 35 ausgehenden Geräusche. Es ist also möglich, den Deckel 7 relativ leicht und dünnwandig und damit kostengünstig auszubilden.

Der Deckel 7 ist - wie aus Fig. 1 ersichtlich - über eine gegen Niederdruck beziehungsweise nach außen dichtende Dichtung 59 am Grundkörper 5 angebracht. Es bedarf lediglich einer weiteren Dichtung, näm­ lich der auch als Niederdruckdichtung zu bezeich­ nende, nach außen beziehungsweise gegen Niederdruck dichtende Dichtung 13 an der Welle 9, um die im In­ neren der Radialkolbenpumpe 1 vorhandene Flüssig­ keit gegenüber der Umgebung abzudichten. Flüssig­ keit, die beispielsweise im Bereich der Verschluß­ stopfen 37 aus dem Inneren der Bohrungen 33 aus­ tritt, gelangt nicht ins Freie, sondern in den Raum 45 und damit in den Saugbereich der Pumpe. Die Drucknut 57 wird vom am Grundkörper 5 fest ange­ preßten Kolbenring 27 dicht abgeschlossen. Zwischen Grundkörper 5 und Kolbenring 27 ist also eine in­ nenliegende Hochdruckdichtung gegeben, die nicht nach außen dichtet. Sollte hier Flüssigkeit austre­ ten, gelangt diese wiederum nicht nach außen in die Umgebung, sondern in den Saugbereich der Pumpe. Der Aufbau der Radialkolbenpumpe 1 ist also bezüglich der Dichtungen sehr einfach und kostengünstig re­ alisierbar. Mit dieser Ausführungsform - keine außenliegende, das heißt nach außen dichtende Hoch­ druckdichtung, nur zwei oder drei Niederdruckdich­ tungen - wird eine sehr hohe Sicherheit bezüglich der Dichtigkeit der Pumpe erreicht.

In Fig. 2 sind im übrigen Teile, die in Fig. 1 bereits erläutert wurden, mit gleichen Bezugszif­ fern versehen, so daß auf deren weitere Beschrei­ bung im Zusammenhang mit Fig. 2 verzichtet werden kann.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt, der anhand der Fig. 1 und 2 bereits erläuterten Dichtungseinrich­ tung 61, die die in die Drucknut 57 mündenden Druckauslaßöffnungen abschließt.

Die Dichtungseinrichtung 61 besteht aus einem fla­ chen Material, beispielsweise aus Metall, und ist vorzugsweise als Stanzteil ausgebildet. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein durchgehender Tragring 63 vorgesehen, der über sei­ nen Umfang verteilt mehrere im wesentlichen C-för­ mige Ausnehmungen 65 aufweist, die vorzugsweise ausgestanzt sind. In diesen Ausnehmungen 65 befin­ den sich Dichtplättchen 67, die oval ausgebildet sind und über einen schmalen Federsteg 69 mit dem Tragring 63 verbunden sind. Es ist ersichtlich, daß jedem Dichtplättchen 67 hier zwei Druckauslaßöff­ nungen 71 zugeordnet sind. Es ist auch denkbar, die Dichtplättchen 67 rund auszubilden und diese zen­ tral über einer Druckauslaßöffnung 71 anzuordnen.

Der Tragring 63 der Dichtungseinrichtung 61 wird gegen die Oberfläche angepreßt, in die die Druck­ auslaßöffnungen 71 münden. Dadurch werden die Dichtplättchen 67 aufgrund der Federkraft der Fe­ derstege 69 gegen die Druckauslaßöffnungen 71 ge­ preßt, so daß diese abgeschlossen werden und unter Druck stehende Flüssigkeit nicht in die Druckaus­ laßöffnungen 71 zurückgelangen kann. Die Dicht­ plättchen 67 wirken also quasi als Rückschlagven­ til.

Die komplette als Blechteil ausgebildete Dichtungs­ einrichtung 61 kann eben sein, vorzugsweise werden aber die Federstege 69 etwas gekrümmt oder auch leicht abgewinkelt ausgeführt. Wird das Blechteil nun zwischen Grundkörper 5 und Kolbenring 27 einge­ spannt, weisen die die Druckauslaßöffnungen 71 ver­ schließenden Federstege 69 eine Vorspannung auf.

Da das Material des Tragrings 63 und damit der Dichtplättchen 67 sehr dünn ausgebildet werden kann, ist die Masse der Dichtplättchen sehr gering. Es bedarf also eines relativ geringen Impulses, die Dichtplättchen 67 von den Druckauslaßöffnungen 71 abzuheben, so daß im Betrieb der Radialkolbenpumpe 1 sehr geringe Druckpulsationen gegeben sind.

Es ist auch ersichtlich, daß die aus den Druckaus­ laßöffnungen 71 ausströmende Flüssigkeit ungehin­ dert austreten kann und bei abgehobenen Dichtplätt­ chen 67 aus der C-förmigen Ausnehmung 65 ausströmen kann. Daher werden bei dem Ausströmen der Flüssig­ keit aus den Druckauslaßöffnungen 71 sehr wenig Wirbel induziert, so daß also die Geräuschentwick­ lung beim Ausströmen der unter hohem Druck stehen­ den Flüssigkeit minimiert ist. Auch ein Ventilklap­ pern, hervorgerufen durch ein heftiges Aufschlagen des Dichtelements auf den Sitz, was zum Beispiel bei Kugelsitzventilen sehr laut ist, tritt hier aufgrund der sehr geringen Masse nicht auf.

Daran zeigt sich, daß die Radialkolbenpumpe 1 so ausgebildet ist, daß auf der Hochdruckseite geringe Druckpulsationen induziert und eine Geräuschent­ wicklung aufgrund von Wirbeln minimiert wird.

Durch das aus Fig. 1 ersichtliche Bauprinzip der Radialkolbenpumpe 1 wird nur ein sehr geringer Teil des Pumpengehäuses 3 mit unter Hochdruck stehendem Fluid beaufschlagt. Es ist ersichtlich, daß die Drucknut 57 sehr geringe Ausmaße aufweist. Restli­ che Pulsationen im Bereich der Drucknut 57 können also pur geringe Schwingungen auf das Pumpengehäuse 3 übertragen, so daß auch hier die Geräuschentwick­ lung auf ein Minimum reduziert ist.

Die Drucknut 57 ist, wie Fig. 1 zeigt, mit einem üblichen Auslaß 73 verbunden, der, wie durch einen Pfeil angedeutet, zu einem geeigneten Verbraucher führt.

Es hat sich herausgestellt, daß die anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterte Radialkolbenpumpe 1 sich durch eine sehr geringe Geräuschentwicklung auch dann auszeichnet, wenn sie für die Förderung von Flüssigkeit herangezogen wird die unter einem sehr hohen Druck von über 100 bar, aber auch von bis zu 200 bar eingesetzt wird.

Wesentlich ist, daß der Bereich der Radialkolben­ pumpe 1 in dem unter hohem Druck stehende Flüssig­ keit vorhanden ist, also insbesondere der Kolben­ ring 27, vollständig abgekapselt im Inneren des Pumpengehäuses 3 angeordnet ist und zusätzlich von einer Flüssigkeit umgeben ist, die unter einem ge­ ringen Druck steht. Schwingungen und Geräusche vom Kolbenring 27 werden also nur zu einem sehr gerin­ gen Anteil an die Umgebung der Radialkolbenpumpe 1 abgegeben. Eine Abschirmung der Geräuschquelle der Pumpe wird auch noch dadurch bewirkt, daß der Kol­ benring 27 durch einen massiven Wandbereich des Pumpengehäuses 3, nämlich durch den Ringwandbereich 43, vollständig umschlossen wird. Zusätzlich werden die zur Befestigung des Kolbenrings 27 erforderli­ chen Kräfte im Inneren des Pumpengehäuses 3 in den Grundkörper 5 eingeleitet, so daß keine Schwingun­ gen auf freistehende Gehäusebereiche, zum Beispiel auf den Ringwandbereich 43, übertragen werden.

Entscheidend ist dabei auch, daß der Aufbau der Ra­ dialkolbenpumpe 1 einfach und kompakt ist.

Claims (16)

1. Radialkolbenpumpe mit einer in einem Pumpenge­ häuse gelagerten, einen Exzenter umfassenden Welle, mit einem feststehenden, die in radialer Richtung zur Welle angeordneten Kolben aufnehmenden, den Ex­ zenter umgebenden Kolbenring, der mit zum Exzenter offenen Bohrungen zur Aufnahme der Kolben versehen ist, die an ihren dem Exzenter abgewandten Enden mit jeweils einem Verschlußstopfen abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (27) vom Pumpengehäuse (3) so umschlossen ist, daß zumindest zwischen den Verschlußstopfen (37) und der Innenseite des Pumpengehäuses (3) ein flüssig­ keitsgefüllter Raum (45) gegeben ist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der flüssigkeitsgefüllte Raum (45) als Ringraum ausgebildet ist, der den Kolben­ ring (27) vollständig umgibt.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Raum (45) nicht oder nur unter einem geringen Überdruck steht.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig­ keit im Raum (45) mit der Saugseite der Radialkol­ benpumpe (1) in Verbindung steht.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpen­ gehäuse (3) zweiteilig ausgebildet ist.

6. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpen­ gehäuse (3) einen Grundkörper (5) aufweist, der die Lagerkräfte der Welle (9) aufnimmt.

7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolbenring (27) am Grundkör­ per (5) angebracht ist.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund­ körper (5) einen Ringwandbereich (43) aufweist, der den Kolbenring (27) umgibt.

9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpen­ gehäuse (3) einen vorzugsweise dünnwandigen Deckel (7) aufweist.

10. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben­ ring (27) Druckauslaßöffnungen (71) aufweist, denen ein vorzugsweise durchgehender Tragring (63) einer Dichtungseinrichtung (61) zugeordnet ist, der mit Dichtplättchen (67) versehen ist, die die Druckaus­ laßöffnungen (71) abschließen.

11. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicht­ plättchen (67) über Federstege (69) mit dem Trag­ ring (63) verbunden sind.

12. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (63) als Stanzteil ausgebildet ist und/oder vor­ zugsweise aus Metall besteht.

13. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpen­ gehäuse (3) so ausgebildet ist, daß die unter Hoch­ druck stehende, von der Radialkolbenpumpe (1) ge­ förderte Flüssigkeit von einer im Pumpengehäuse (3) vorgesehenen Drucknut (57) aufgenommen wird.

14. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drucknut (57) sehr viel klei­ ner ausgebildet ist als die mit der Saugseite der Radialkolbenpumpe (1) kommunizierenden Kammern im Pumpengehäuse (3).

15. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hoch­ druckdichtungen nach außen hin über Niederdruck­ dichtungen abgesichert sind und damit keine nach außen dichtende Hochdruckdichtung vorgesehen ist.

16. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder drei nach außen dichtende Dichtungen vorgesehen sind, die alle gegen Niederdruck abdichten.