DE3121527A1

DE3121527A1 - Radialkolbenmaschine, insbesondere radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE3121527A1
Application number: DE19813121527
Authority: DE
Inventors: Ludwig 6000 Frankfurt Budecker; Georg 6230 Frankfurt Obersteiner
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-23
Also published as: JPH0160677B2; FR2506854A1; US4758134A; DE3121527C2; IT8221485A0; FR2506854B1; IT1190838B; GB2099520B; GB2099520A; JPS57203880A

Description

ALFRED TEVES GMBH HK/kl

Frankfurt am Main P 5011

Budecker Obersteiner -

Radialkolbenmaschine, insbesondere Radialkolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine, insbesondere Radialkolbenpumpe, mit Stator und Rotor, der über eine an der einen Rotorstirnseite eingreifende Federkupplung mit einer in koaxialer Verlängerung des Rotors gelegenen Anschlußwelle drehbar ist.

Bei einer aus DE-AS 23 34 138 bekannten Radialkolbenmaschine der vorgenannten Bauart ist zwischen Anschlußwelle und Rotor eine Federkupplung in Form einer vorgespannten Druckfeder für einen drehelastischen Eingriff vorgesehen, um bei ausreichender Drehmomentübertragung eine gute Dämpfung der im Betrieb auftretenden Geräusche zu erzielen, die durch Schwingungen einzelner Bauteile infolge Druckpulsation erzeugt werden. Durch die Vorspannkraft

der Druckfeder wird auf den Rotor eine Axialkraft ausgeübt, die durch einen Bund eines gehäusefesten Bauteils aufgenommen wird, wobei Rotor und gehäusefestes Bauteil in metallischer Berührung stehen und damit Reibungsverluste im Betrieb auftreten, die insbesondere bei Radialkolbenmaschinen kleinerer Leistung den Wirkungsgrad beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenmaschine einfachen Aufbaus mit geringer Geräuschentwicklung während eines Betriebs zu schaffen, bei der in axialer Richtung des Rotors praktisch keine Reibungsverluste auftreten.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß der Rotor axialverschieblich in einem Gehäuse aufgenommen und zumindest im Bereich der anderen Rotorstirnseite mit dem Aufladedruck der Maschine beaufschlagt ist. Dadurch wird der Rotor in axialer Richtung von der als Feder ausgebildeten Kupplung und einem hydraulischen Druck auf der entgegengesetzten Seite so zentriert, daß in axialer Richtung keine metallischen Berührungen und damit Reibungsverluste auftreten. Dies verbessert besonders bei kleinen Leistungen den Wirkungsgrad einer Radialkolbenmaschine entscheidend und unterstützt einen geräuscharmen Betrieb. Besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß die Federkupplung bei nicht betriebener Maschine minimal durch Vorspannkraft beansprucht ist, insbesondere dann, wenn als Federkupplung eine Druckfeder vorgesehen ist.

Der Bereich der anderen Rotorstirnseite ist zweckmäßigerweise durch einen Sektorbereich gebildet, der von der Saugseite der Maschine räumlich getrennt ist.

Insbesondere beträgt der Sektorbereich des Rotors etwa 180 , der für eine Beaufschlag
Maschine zur Verfügung steht.

180 , der für eine Beaufschlagung mit dem Aufladedruck der

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Rotor zumindest zwei Radialbohrungen aufweist, in denen mit der Hubkurve des Stators in Eingriff bringbare Radialkolbenelemente geführt sind.

Insbesondere ist das Radialkolbenelement eine auf der Hubkurve des Stators abrollende Kugel, wobei die Hubkurve im Axialschnitt des Stators Konkavform entsprechend dem Kugeldurchmesser besitzt.

In alternativer Weise kann das auf der Hubkurve des Stators abrollende Radialkolbenelement walzenförmig ausgebildet sein.

Auch kann das Radialkolbenelement in einem Gleiteingriff zur Hubkurve stehen.

Der Rotor ist zweckmäßigerweise axialverschieblich auf einem Steuerzapfen abgestützt, der zumindest eine erste Innenbohrung aufweist, die mit der Radialbohrung zwecks Druckbeaufschlagung des Radialkolbenelements verbindbar ist, wenn letzteres in einer Drehstellung im Bereich der Saugseite der Maschine gelegen ist.

Ferner ist im Steuerzapfen des Rotors zumindest eine mit dem Druckanschluß der Maschine verbundene zweite Innen-

bohrung vorgesehen, die mit der Radialbohrung des Rotors verbindbar ist, wenn das Radialkolbenelement in einer Drehstellung im Bereich der Druckseite der Maschine gelegen ist.

Eine kompakte Anordnung mit geräuscharmem Betrieb ergibt sich, wenn innerer Rotor und äußerer Stator als bauliche Einheit vorgesehen sind, die über elastische und abdichtende Mittel im Gehäuse angeordnet ist, wobei der Stator dreh- und axialfest, jedoch elastisch mit dem Gehäuse verbunden ist.

Zweckmäßigerweise ist im Druckanschluß der Maschine ein Radialzwischenstück mit einem Radialdurchgang eingesetzt, durch das der Stator drehfest und elastisch gehalten ist. Insbesondere ist das Radialzwischenstück durch einen elastischen O-Ring am Stator abgedichtet, wobei sich der O-Ring an einem Backring abstützt. Die elastische Aufhängung dient insbesondere der Geräuschminderung.

Die elastischen und abdichtenden Mittel der baulichen Einheit aus Stator und Rotor sind zweckmäßigerweise ebenfalls zwei durch Backringe am Stator abgestützte O-Ringe, wobei der radiale Sauganschluß der Maschine zwischen den beiden O-Ringen angeordnet ist.

Die Hubkurve ist vorteilhafterweise der Innenumfang eines Hubrings, der in einem Statorteil eingesetzt ist. Bei einem kugelförmigen Radialkolbenelement ist der Hubring im Statorteil axialverschieblich gelagert.

In alternativer Weise kann die Hubkurve der Innenumfang eines Hubrings sein, der im Gehäuse

eingesetzt ist. Auch hier ist der Hubring im Gehäuse axialverschieblich, wenn ein kugelförmiges Radialkolbenelement vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Kugelpumpe,

Pig. 2 einen Radialschnitt der Pumpe nach Fig. 1 durch die Rotormitte,

Fig. 3 einen Radialschnitt einer weiteren Einzelheit der Pumpe nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Axialschnitt einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kugelpumpe, und

Fig. 5 einen der Fig. 2 ähnlichen Radialschnitt der Pumpe nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine Kugelpumpe mit einem auf der einen Stirnseite 19 geschlossenen topfartigen Gehäuse 20 gezeigt, in dem eine bauliche Einheit über elastische und abdichtende Mittel 16 in Form von O-Ringen und zugeordneten Backringen dreh- und axialfest, jedoch elastisch aufgenommen ist. Die elastische Aufhängung der baulichen Einheit dient der Geräuschminderung im Betrieb.

Die bauliche Einheit besteht im wesentlichen aus einem äußeren Stator mit einem einen mittigen Steuerzapfen 21

- IO -

abstützenden Statorteil 3 und aus einem auf dem Steuerzapfen 21 drehbar abgestützten axialverschieblichen Rotor 1 mit Radialbohrungen 22 zur Aufnahme von kugelförmigen Radialkolbenelementen 10, die im Betrieb auf einem äußeren, den Kugeln angepaßten feststehenden exzentrisch zum Rotor 1 angeordneten Hubring des Stators abrollen. Der Hubring ist axialverschieblich im Stator gelagert.

Die eine (gemäß Fig. 1 rechte) Stirnseite des Rotors 1 weist diametrale Sackbohrungen auf, in die die geradlinigen Enden einer dreh- und axialelastischen Federkupplung eingreifen, welche ihrerseits mit einer Anschlußwelle 30 eines Motors, z. B. Elektromotors, drehfest verbunden ist, wie dies in Fig. 1 in strichpunktierter Linie gezeigt ist. Im montiertem Zustand der Anordnung ist die Kugelpumpe mit ihrem topfartigen Gehäuse 20 am Motor angeflanscht, der die Pumpe antreibt.

Die Kugelpumpe besitzt einen Saugstutzen mit einem radialen Sauganschluß 7, der zwischen den elastischen abdichtenden Mitteln 16 über eine Radialbohrung 8 im Stator zur Saugseite der Pumpe Hydraulikmedium leitet. Der Stator besitzt in Höhe der Saugseite 9 auf der anderen Seite des Hubrings einen eingefrästen Durchgang 15, so daß die mit der Federkupplung 2 eingreifende Stirnseite des Rotors mit der Saugseite 9 der Pumpe hydraulisch verbunden ist.

Die Kugelpumpe weist ferner einen radialen Druckanschluß 25 auf, der an geeigneter Stelle auf dem Umfang der Pumpe zwischen den elastischen und abdichtenden Mitteln 16 gelegen ist. In den Druckanschluß 25 ist, wie dies im einzelnen in Fig. 3 gezeigt ist, ein Radialzwischenstück 4 mit einem Radialdurchgang 14 eingesetzt, das in eine

zugeordnete Radialaussparung des Stators mit Radialdurchgang zum zentralen Steuerzapfen 21 über einen elastischen O-Ring 5 eingreift, der sich an einem Backring 6 abstützt. Die durch O-Ring 5 und Backring 6 gebildete elastische Abstützung verhindert eine direkte metallische Berührung zwischen Stator und Zwischenstück 4 und damit eine Übertragung von Körperschall. Gleichzeitig dient sie neben den elastischen Mitteln'16 zusätzlich zur Aufnahme des im Betrieb auf den Stator ausgeübten Drehmoments und sorgt dafür, daß die bauliche Einheit insgesamt drehfest mit genau berechenbarer Drehelastizität im Pumpengehäuse 20 abgestützt ist.

Der Stator weist diametral zur Saugseite 9 eine Aufladedruckseite 13 auf, die mit einem Axialdurchgang 14 des Stators verbunden ist, welcher seinerseits zum stirnseitigen Boden des Gehäuses 20 führt. Die der Stirnseite 19 des Gehäuses zugewandte Stirnwand 18 der baulichen Einheit ist in Axialrichtung bezüglich des Gehäusebodens beabstandet, so daß eine Kammer 12 ausgebildet ist, die mit der Aufladedruckseite 13 der Pumpe in Verbindung steht.

Der Stator ist im Bereich der Aufladedruckseite 13 umfangsmäßig ausgespart in einer Weise, daß zwischen Rotor 1 und Stator ein Spalt gebildet ist, so daß ein Sektorbereich der (gemäß Fig. 1 linken) Stirnseite 32 des Rotors 1 im Betrieb durch den Aufladedruck beaufschlagbar ist. Der Druckbeaufschlagungsbereich beträgt im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 etwa 180 und umfaßt in radialer Erstreckung den gesamten Rotorring .

Der zentrale bezüglich des Stators feststehende Steuerzapfen 21 besitzt eine erste axiale Innenbohrung, die mit der Radialbohrung 22 des Rotors 1 in Verbindung steht, wenn sich das der Radialbohrung 22 zugeordnete kugelförmige Kolbenelement 10 auf der Saugseite (gemäß Fig. 2 oben) befindet. Ferner weist der Steuerzapfen 21 eine zweite axiale Innenbohrung 24 auf, die

mit der Radialbohrung 22 des Rotors verbunden ist, wenn das zugeordnete Kolbenelement 10 eine Drehstellung einnimmt, die der Druckseite der Pumpe entspricht (gemäß Fig. 2 unten). Die zweite Innenbohrung 24 ist durch einen Stopfen 17 von der Kammer 12 abgetrennt und über einen Radialanschluß mit dem Druckanschluß 25 verbunden, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Kugelpumpe beschrieben.

Bei einem Antrieb der Anschlußwelle 30 eines (nicht dargestellten Elektromotors wird der Rotor 1 durch die elastische Federkupplung in Drehung versetzt, wobei die kugelförmigen Kolbenelemente 10 unter Fliehkrafteinwirkung am äußeren Hubring abrollen. Aufgrund der Exzentrizität zwischen Rotor und Stator wird ein äußerer Arbeitsraum 11 veränderlichen Volumens gem.' Fig. 2 gebildet, so daß das Hydraulikmedium vom Sauganschluß 7 zur Saugseite 9 angesaugt, im Arbeitsraum 11 verdichtet und auf der Aufladedruckseite 13 ausgedrückt wird. Da die Druckseite 13 sich über ca. 180 des Rotors erstreckt und zwischen Rotor und Stator im Bereich der Druckseite ein Spalt gebildet ist, ist ein Sektorbereich der Rotorstirnseite druckmittelbeaufschlagt und übt einen hydraulischen Druck in Richtung Federkupplung 2 aus, so daß der auf dem Steuerzapfen axialverschiebliche Rotor 1 in axialer Richtung zentriert und berührungsfrei bezüglich des Stators gehalten wird. Infolge der in axialer Richtung berührungsfreien Lage des Rotors treten keine axialen Reibungsverluste auf, und es kann somit die Pumpe mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden. Das Druckmittel der Druckseite 13 gelangt durch den Axialdurchgang 14 zur Kammer 12 und von dort durch die erste Innenbohrung 23 des Steuerzapfens 21 in die Radialbohrung 22 eines sich auf der Saugseite befindlichen Kolbenelements lO, so daß dieses neben der Fliehkraft auch durch den erzeugten Pumpendruck radial an den äußeren Hubring gedrückt wird. Bei einer Drehung des Kolbenelements 10 von der Saugseite zur Druckseite wird das Druckmittel der Radialbohrung 22 der zweiten Innenbohrung 24 des Steuerzapfens 21 züge-

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leitet und gelangt von dort durch den Druckanschluß 25 zum Verbraucher.

Die in den Fig. 4 und 5 veranschaulichte Ausführungsform einer anderen Kugelpumpe entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau der Kugelpumpe nach den Fig. 1 bis 3. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist keine aus Stator und Rotor bestehende Einheit vorgesehen, die in elastischer Weise körperschalldämmend im Maschinengehäuse 2O aufgenommen ist. Vielmehr ist die Hubkurve, die in axialer Richtung dem Querschnitt des kugelförmigen Kolbenelements 10 angepaßt ist, axialverschieblich im Gehäuse 20 gelagert.

Im Betrieb wird das Hydraulikmedium vom Sauganschluß 7 wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 angesaugt, anschließend im Arbeitsraum 11 verdichtet und auf der Druckseite 13 ausgedrückt, wobei ein Gegendruck zum Axialdruck der Federkupplung 2 auf der Rotorstirnseite 32 aufgebaut wird, der den Rotor 1 in axialer Richtung berührungsfrei zum Maschinengehäuse 20 hält. Das Druckmittel der Druckseite 13 gelangt durch einen Durchgang 27 des Gehäuses 20 und eine (nicht dargestellte) Radialbohrung des Steuerzapfens zur ersten Innenbohrung 23 und von dort in die Radialbohrung 22 eines sich auf der Saugseite befindlichen Kolbenelements 10. Nach einer Halbdrehung des Kolbenelements 10 von der Saugseite zur Druckseite wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel das Druckmittel der Radialbohrung 22 der zweiten Innenbohrung 24 des Steuerzapfens 21 zugeleitet und anschließend zum Druckanschluß 25 des Verbrauchers geführt. Der Druckanschluß 25 liegt umfangsmäßig versetzt am Gehäuse, so daß dessen Verbindungskanal zur zweiten Innenbohrung 24 des SteuerZapfens 21 den Durchgang 27 nicht schneidet. Auch kann der Durchgang 27 außerhalb der Zeichenebene der Fig. 4 angeordnet sein.

Claims

ALFRED TEVES GMBH HK/kl

Frankfurt am Main P 5011

Budecker - 4 Obersteiner -

Patentansprüche

ί1J Radialkolbenmaschine, insbesondere Radialkolbenpumpe, mit Stator und Rotor, der über eine an der einen Rotorstirnseite eingreifende Federkupplung mit einer in koaxialer Verlängerung des Rotors gelegenen Anschlußwelle drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) axialverschieblich in einem Gehäuse (20) aufgenommen und zumindest ein Bereich der anderen Rotorstirnseite (32) mit dem Aufladedruck der Maschine beaufschlagt ist.
2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der anderen RotorStirnseite (32) durch einen Sektorbereich gebildet ist, der von der Saugseite (9) der Maschine räumlich getrennt ist.
3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sektorbereich sich in etwa über 180° erstreckt.
4. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g ekennzeichnet, daß der Rotor (1) zumindest

zwei Radialbohrungen (22) aufweist, in denen mit der Hubkurve (26) des Stators in Eingriff bringbare Radialkolbenelemente (10) geführt sind.
5. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialkolbenelement (10) eine auf der Hubkurve (26) des Stators abrollende Kugel ist, wobei die die Lauffläche der Kugel bildende Hubkurve im Axialschnitt des Stators Konkavform entsprechend dem Kugeldurchmesser besitzt.
6. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Hubkurve des Stators abrollende Radialkolbenelement walzenförmig ist.
7. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Radialkolbenelement in einem Gleiteingriff zur Hubkurve steht.
8. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) axialverschieblich auf einem Steuerzapfen (21) abgestützt ist, der zumindest eine erste Innenbohrung (23) aufweist, die mit der Radialbohrung (22) zwecks Druckbeaufschlagung des Radialkolbenelements (10) verbindbar ist, wenn letzteres in einer Drehstellung im Bereich der Saugseite (9) der Maschine gelegen ist.
9. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4 bis 8, dadurch g ekennzeichnet, daß der Steuerzapfen (21) des Rotors (1) zumindest eine mit dem Druckanschluß (25) der Maschine verbundene zweite Innenbohrung (24) aufweist, die mit der Radialbohrung (22) des Rotors (1) verbindbar

ist, wenn das Radialkolbenelement (10) in einer Drehstellung im Bereich der Druckseite der Maschine gelegen ist.
10. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennz ei chnet, daß innerer Rotor (1) und äußerer Stator als bauliche Einheit vorgesehen sind, die über elastische und abdichtende Mittel (16) im Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei der Stator dreh- und axialfest, jedoch elastisch mit dem Gehäuse (20) verbunden ist (Fig. 1, 2, 3) .
11. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch g e kennzei chnet, daß im Druckanschluß (25) ein Radialzwischenstück (4) mit einem Radialdurchgang (14) eingesetzt ist, durch das der Stator drehfest und elastisch gehalten ist.
12. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch g ekennzeichnet, daß das Radialzwischenstück

(4) durch einen elastischen O-Ring (5) am Stator abgedichtet ist, wobei sich der O-Ring an einem Backring (6) abstützt.
13. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel (16) zwei durch Backringe am Stator abgestützte O-Ringe sind, wobei der radiale Sauganschluß (7) der Maschine zwischen den beiden O-Ringen angeordnet ist.
14. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennz eichnet, daß die Hubkurve (26) der Innenumfang eines Hubrings ist, der an einem Statorteil (3) eingesetzt ist.
15. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kugelförmigen Radialkolbenelement. (10) der Hubring im Statorteil (3) axialverschieblich gelagert ist.
16. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkurve (26) der Innenumfang eines Hubrings ist, der im Gehäuse

(20) eingesetzt ist (Fig. 4, 5).
17. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kugelförmigen Radialkolbenelement (10) der Hubring im Gehäuse (20) axialverschieblich aufgenommen ist.