DE3030285A1

DE3030285A1 - Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE3030285A1
Application number: DE19803030285
Authority: DE
Inventors: Egon 8721 Dittelbrunn Pfaller; Otmar Dipl.-Ing. 8720 Schweinfurt Winkler
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-08-09
Filing date: 1980-08-09
Publication date: 1982-03-18
Also published as: JPS5752684A; IT1138872B; IT8123132A0; GB2082691B; GB2082691A; FR2488342A1; FR2488342B1; US4480529A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe mit einem koaxial zu einer Antriebswelle angeordneten, in
einem Zylinder hin- und herbeweglichen Kolben, der eine Nockenfläche trägt, die mit einer mit der Antriebswelle verbundenen und mit dieser umlaufenden Nockenfläche mit mindestens einem Nockenvorsprung in Wirkverbindung steht.

Solche Kolbenpumpen sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. Dabei ist die Nockenfläche an der Rückseite des aus Vollmaterial gefertigten Kolbens angeordnet, so daß nicht nur der Kolben ein hohes Gewicht und damit hohe zu beschleunigende Massen aufweist, sondern die gesamte Pumpe in axialer Richtung sehr lang baut.
Die axiale Baulänge wird noch dadurch vergrößert, daß
bei den bekannten Ausführungen zwischen den Nockenflächen des Kolbens und der Antriebswelle planetenartig umlaufende Wälzkörper angeordnet sind (DE-PS 1 299 189).

Daneben ist durch DE-OS 2 646 340 eine Vakuumpumpe mit einem unmittelbaren Antrieb der Pumpe von der Lichtmaschine aus bekanntgeworden, bei der das freie Ende der Welle der Lichtmaschine eine Abwinklung hat und die Exzentrizität der Abwinklung Hubgeber für ein Kolbenglied der Vakuumpumpe ist. Die Abwinklung trägt ein Kugellager, dessen Außenring zur Zusammenarbeit mit einer Druckscheibe des Kolbengliedes bestimmt ist. Das Kolbenglied ist als elastische Membran ausgebildet, so daß diese bekannte Ausführung nur einen kurzen Hub, und zwar nur einen pro Umdrehung der Antriebswelle, erlaubt und damit nur eine geringe Fördermenge erbringt. Auch ist die Abwinklung nur relativ aufwendig herzustellen und zu bearbeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die aus billig und einfach zu fertigenden Einzelteilen besteht und bei großer Leistung doch kompakt und platzsparend ist.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der Kolben aus einer ein-oder mehrteiligen einseitig geschlossenen dünnwandigen Büchse besteht und die Nockenfläche des Kolbens innerhalb der zentralen Ausnehmung der Büchse angeordnet ist.

Die einfachste Ausbildung des Kolbens besteht nach einem Merkmal der Erfindung darin, eine einzige einseitig geschlossene, d. h. topfförmige, Büchse vorzusehen.

Bei einer mehrteiligen Ausbildung des Kolbens wird dieser in zweckmäßiger Weise aus einer Büchse und zwei in der Bohrung der Büchse axial nebeneinander

angeordneten dünnwandigen Hülsen gebildet. Um die Kolbenfläche zu bilden, ist entweder die Büchse selbst einseitig geschlossen oder bei zylindrischer und beidseitig offener Ausbildung der Büchse dann mindestens eine der Hülsen einseitig geschlossen, d. h. mit einem Boden versehen, ausgebildet.

Die Nockenfläche des Kolbens kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch einen radial nach innen gerichteten Lappen gebildet werden, der vorzugsweise aus dem hülsenförmigen Abschnitt der Büchse ausgeklinkt ist.

Es ist bei einer mehrteiligen Ausbildung des Kolbens nach weiteren Merkmalen der Erfindung vorteilhaft, die in der Bohrung der Büchse axial nebeneinander eingesetzten zwei dünnwandige Hülsen mit jeweils mindestens einem radial nach innen gerichtetenLappen zu versehen, die zwischen sich einen axialen Zwischenraum bilden, in den der Rand einer die mit der Antriebswelle umlaufendenNockenflächen tragende Nockenscheibe eingreifend angeordnet ist. Vorzungsweise kann jede der Hülsen zwei diametral gegenüberliegende Lappen aufweisen.

Durch die besondere Ausbildung läßt sich der Kolben aus einfach und billig im Tiefziehverfahren oder dgl. spanlos herstellbaren Teilen aufbauen, wobei wegen der geringen Wandstärke der Teile der Kolben nicht nur einen geringen Platzbedarf, sondern auch geringes Gewicht aufweist. Letzteres ist von besonderem Vorteil, auch im Hinblick auf die Leistungsverluste des Antriebs. Es ist möglich, die beiden in der den Kolben bildenden Büchse eingesetzten Hülsen identisch auszubilden, was geringe Werkzeugkosten bedeutet und die Lagerhaltung der Einzelteile wesentlich vereinfacht. Die die Nockenfläche des Kolbens

bildenden Lappen lassen sich in einfacher Weise spanlos aus der Büchse bzw. aus den Hülsen ausstanzen bzw. aus-Klinken und umbiegen, so daß keinerlei spanabhebender Arbeitsgang oder besondere Formgebung des Ausgangsmaterials erforderlich ist.

Wenn die Lappen, wie nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, in ümfangsrichtung der Nockenscheibe gekrümmt ausgebildet sind, dann bilden sich zwischen den Lappen und den entsprechenden Nockenflachen der Nockenscheibe Schmierkeile, die die Reibung und den Verschleiß der aufeinander gleitenden Teile reduzieren.

Eine Reduzierung der Reibung läßt sich bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch dadurch erzielen, daß die Lappen und/oder die Nockenflächen der Nockenscheibe mit einer Schicht eines reibungsarmen Werkstoffes überzogen werden.

Um eine Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber dem Zylinder zu erzielen, wird nach weiteren Merkmalen der Erfindung vorgeschlagen, entweder den Kolben an der Mantelfläche oder die Bohrung des Zylinders mit mindestens einem radialen Vorsprung und die Bohrung des Zylinders oder die Mantelfläche des Kolbens mit einer entsprechenden Ausnehmung zu versehen, wobei der Vorsprung in die Ausnehmung eingreift, oder den Kolben am Mantel und die entsprechende Bohrung des Zylinders jeweils mit mindestens einer Ausnehmung zu versehen, in die Wälzkörper eingelegt werden.

Wegen der einfachen Herstellung des Kolbens im Tiefziehverfahren oder dgl. und aufgrund der Möglichkeit, die

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Zylinderbohrung durch Räumen oder dgl. zu bearbeiten, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Verdrehsicherung auch durch eine von der Kreisform abweichende Form, z. B. Ellipsenform oder dgl., des Kolbens bzw. der Zylinderbohrung erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung erlaubt es auch, die Kolbenpumpe doppeltwirkend auszubilden, wobei der zweite Hubraum durch die innere Stirnfläche der Büchse begrenzt wird. Nachdem auf diese Weise nicht der kleinstmögliche Hubraum erzielt werden kann, wird nach weiteren Merkmalen der Erfindung vorgeschlagen, den freien Rand der Büchse radial nach innen bis in den Bereich der Antriebswelle der Nockenscheibe umzulegen oder die auf der Seite der Antriebswelle der Nockenscheibe angeordnete Hülse mit einem mit einer Durchtrittsbohrung für die Antriebswelle der Nockenscheibe versehenen Boden auszuführen. Bei diesen Ausführungen wird dann zweckmäßigerweise der unvermeidliche Spalt zwischen Antriebswelle der Nockenscheibe bzw. dem ringförmigen Vorsprung der Nockenscheibe und der inneren Kante des umgelegten Randes bzw. der Durchtrittsbohrung im Boden der Hülse in geeigneter Weise abgedichtet. Eine Abdichtung des Hubraumes gegenüber der von der Antriebswelle der Nockenscheibe durchdrungenen Gehäusewand ist ebenfalls vorteilhaft.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Kolbenpumpe im Längsschnitt (nach der Linie A-A in Figur 2),

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Fig. 2 die Kolbenpumpe nach Figur 1 im Querschnitt nach der Linie B-B,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Kolben und die Nockenscheibe einer etwas abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 eine doppeltwirkende Kolbenpumpe im Längsschnitt (nach Linie C-C von Figur 5) und

Fig. 5 die Kolbenpumpe nach Figur 4 im Querschnitt nach der Linie D-D.

Die Kolbenpumpe nach Figur 1 und 2 besteht im wesentlichen aus dem Zylinder 1, der an einem Ende durch einen das Einlaßventil 2 und das Auslaßventil 3 aufnehmenden Deckel 4 und am anderen Ende durch einen eine öffnung 5 für die Antriebswelle 6 einer Nockenscheibe 7 aufweisenden Deckel 8 verschlossen ist, sowie dem koaxial zur Antriebswelle 6 in der Bohrung 9 des Zylinders 1 hin- und herbeweglich angeordneten Kolben 10. Der Kolben 10 ist aus einer einseitig geschlossenen Büchse 11 aus dünnwandigem Werkstoff sowie aus zwei in der Bohrung dieser Büchse 11 axial nebeneinander angeordneten, vor dem Zusammenbau auch identisch ausgebildeten Hülsen 12, ebenfalls aus dünnwandigem Werkstoff, zusammengesetzt. Die beiden Hülsen 12 werden nach dem Zusammenbau des Kolbens 10 durch den radial nach innen umgebogenen freien Rand 13 der Büchse 11 in dieser festgelegt.

Jede Hülse 12 weist zwei diametral gegenüberliegende Lappen 14 auf, die zwischen sich einen axialen Zwischenraum 15 bilden, in den der die Nockenflächen 16 tragen-

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de Rand der Nockenscheibe 7 eingreift. Die Nockenscheibe 7 ist, wie bereits erwähnt, mit einer in einem Lager im Deckel 8 des Zylinders 1 gelagerten Antriebswelle 6 verbunden. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 6 und der Nockenscheibe 7 bewegen die Nockenflächen 16 den über die Lappen 14 geführten Kolben 10 in der Bohrung 9 des Zylinders 1 hin und her und verändern dabei das Volumen des zwischen der Stirnfläche 18 des Kolbens 10 und dem Deckel 4 liegenden Hubraumes 19. Bei einer Bewegung des Kolbens 10 nach oben wird durch das Einlaßventil 2 ein Medium angesaugt, das bei der anschließenden Bewegung des Kolbens 10 nach unten verdichtet und beim öffnen des Auslaßventils 3 ausgepreßt wird. Je nachdem wie die Nockenscheibe 7 ausgebildet wird, können bei einer Umdrehung der Antriebswelle 6 ein oder mehrere Hübe des Kolbens 10 ausgeführt werden.

Um ein Mitdrehen des Kolbens 10 mit der Nockenscheibe zu verhindern, ist der Kolben 10 am freien Ende am Mantel mit zwei diametral gegenüberliegenden, axial verlaufenden durch Einprägen oder dgl. entstandenen Ausnehmungen 20 und die Bohrung 9 des Zylinders 1 über einen Teil Ihrer Länge mit ebenfalls diametral gegenüberliegenden und axial verlaufenden Ausnehmungen 21 versehen und in diesen Ausnehmungen 20, 21 sind Kugeln 22 eingelegt.

Während die Nockenscheibe 7 beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 aus Massivmaterial spanabhebend gefertigt ist, ist sie in Figur 3 spanlos durch Pressen oder dgl. aus einer ebenen Scheibe hergestellt. Hier ist gut zu sehen, wie die Lappen 14 in Umfangsrichtung

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gekrümmt ausgebildet sind und so keilförmige Spalte bilden, die Schmiermittel einziehen und die Reibung und den Verschleiß reduzieren.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 und 5 stellt eine doppeltwirkende Kolbenpumpe dar und weicht im wesentlichen in der Querschnittsform von Kolben und Zylinder sowie im Aufbau des Kolbens vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 ab. Wie insbesondere aus Figur 5 zu ersehen ist, weisen der Kolben 10 und die Bohrung 9 des Zylinders 1 eine elliptische Form auf, die eine Verdrehsicherung des Kolbens 10 gegenüber dem Zylinder 1 bewirkt. Der Kolben 10 besteht hier aus einer zylindrischen beidseitig offenen Büchse 11 und zwei in der Bohrung dieser Büchse 11 axial nebeneinander eingesetzten Hülsen 12, von denen die eine (untere) einseitig geschlossen ist und die Stirnfläche 18 des Kolbens 10 bildet, während die auf der Seite der Antriebswelle 6 für die Nockenscheibe 7 angeordnete (obere) Hülse 12 einen mit einer Durchtrittsbohrung 23 für die Antriebswelle 6 versehenen Boden 24 aufweist, der zusammen" mit der in einer Durchkröpfung 25 eingesetzten Dichtung 26 die zweite Stirnfläche 27 des Kolbens 10 bildet. Diese zweite Stirnfläche 27 begrenzt zusammen mit dem Deckel 8 einen weiteren Hubraum 28. Der Deckel 8 weist ähnlich wie der Deckel 4 (nicht näher dargestellte) Ein- und Auslaßventile 2, 3 auf. Die Nockenscheibe 7 ist hier weiterhin mit einem in Richtung auf das Lager 17 weisenden ringförmigen Vorsprung 29 versehen, auf dessen Mantelfläche die Dichtung 26 schleifend anliegt. Mit dieser Ausführung kann bei einer Umdrehung des Nockens gegenüber einer einhübigen Ausführung annähernd die doppelte Menge des zu fördernden Mediums gefördert, oder bei gleicher Förderleistung der Hub wesentlich verringert werden.

Claims

Patentansprüche

Kolbenpumpe mit einem koaxial zu einer Antriebswelle angeordneten, in einem Zylinder hin- und herbeweglichen Kolben, der eine Nockenfläche trägt, die mit einer mit der Antriebswelle verbundenen und mit dieser umlaufenden Nockenfläche mit mindestens einem Nockenvorprung in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) aus einer ein- oder mehrteiligen einseitig geschlossen, dünnwandigen Büchse (11, 12) besteht und die Nockenfläche (14) des Kolbens (10) innerhalb der zentralen Ausnehmung der Büchse (11) angeordnet ist.
2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) aus einer einzigen einseitig geschlossenen Büchse (11) besteht.
3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) aus einer Büchse (11) und aus zwei in der Bohrung dieser Büchse (11) axial nebeneinander angeordneten dünnwandige Hülsen besteht. ,
4. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (11) einseitig geschlossen ausgebildet ist.

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5. Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (11) zylindrisch und beiseitig offen und mindestens eine der Hülsen (12) einseitig geschlossen ausgebildet sind.
6. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche des Kolbens (10) durch einen radial nach innen gerichteten Lappen (14) gebildet ist.
7. Kolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lappen (14) aus dem hülsenförmigen Abschnitt der Büchse (11) ausgeklinkt ist.
8. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) an den einander zugekehrten Stirnseiten jeweils mindestens einen ra dial nach innen gerichteten Lappen (14) aufweisen, wobei die Lappen (14) der beiden Hülsen (12) zwischen sich einen axialen Zwischenraum (15) bilden, in den der Rand einer die mit der Antriebswelle (6) umlaufenden Nockenflächen (16) tragenden Nocken-Scheibe (7) eingreifend angeordnet ist.
9. Kolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (12) jeweils zwei diametral gegen-* überliegende, radial nach innen gerichtete Lappen (14) aufweisen.
10. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (14) in Umfangsrichtung der Nockenscheibe (7) gekrümmt ausgebildet sind.

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11. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (14) und/oder die Nockenflächen (16) der Nockenscheibe (7) mit einer Schicht eines reibungsarmen Werkstoffes überzogen sind.
12. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) an der Mantelfläche oder der Zylinder (1) in der Bohrung

(9) mit mindestens einem radialen Vorsprung und der Zylinder (1) in der Bohrung (9) oder der Kolben (10) an der Mantelfläche mit einer entsprechenden Ausnehmung versehen sind, wobei zur Verdrehsicherung des Kolbens (10) gegenüber dem Zylinder (1) der Vorsprung in die Ausnehmung eingreift.
13. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) am Mantel und die entsprechende Bohrung (9) des Zylinders (1) jeweils mit mindestens einer axial verlaufenden Ausnehmung (20, 21) versehen sind, in denen zur Verdrehsicherung des Kolbens (10) gegenüber dem Zylinder (1) Wälzkörper (22) eingelegt sind.
14. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) und die Bohrung (9) des Zylinders (1) zur Verdrehsicherung eine von der Kreisform abweichende Form, z. B. Ellipsenform oder dgl., aufweisen.

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15. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der der Antriebswelle (6) der Nockenscheibe (7) zugekehrte freie Rand (13) der Büchse (11) radial nach innen bis in den Bereich der Antriebswelle (6) der Nockenscheibe (7) umgelegt ist.
16. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Seite der Antriebswelle (6) der Nockenscheibe (7) angeordnete Hülse (12) einen mit einer Durchtrittsbohrung (23) für die Antriebswelle (6) der Nockenscheibe (7) versehenen Boden (24) aufweist.
17. Kolbenpumpe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen der inneren Kante des umgelegten Randes (13) der Büchse (11) bzw der Durchtrittsbohrung (23) der Hülse (12) und der Mantelfläche der Antriebswelle (6) bzw. eines ringförmigen Vorsprungs (29) der Nockenscheibe (7) durch eine Dichtung verschlossen ist.