DE3121527C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine, insbesonde­ re Radialkolbenpumpe, mit Stator und Rotor, der über eine an der einen Rotorstirnseite eingreifende Federkupplung mit einer in koaxialer Verlängerung des Rotors gelegenen An­ schlußwelle 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 aus­ reichender Drehmomentübertragung eine gute Dämpfung der im Betrieb auftretenden Geräusche zu erzielen, die durch Schwin­ gungen einzelner Bauteile infolge Druckpulsation erzeugt wer­ den. Durch die Vorspannkraft der Druckfeder wird auf den Ro­ tor eine Axialkraft ausgeübt, die durch einen Bund eines ge­ häusefesten Bauteils aufgenommen wird, wobei Rotor und ge­ häusefestes Bauteil in metallischer Berührung stehen und da­ mit Reibungsverluste im Betrieb auftreten, die insbesondere bei Radialkolbenmaschinen kleinerer Leistung den Wirkungs­ grad beeinträchtigen. Insbesondere handelt es sich bei der bekannten Radialkolbenmaschine um eine nichtaufgeladene Pumpe. Sie besitzt einen Steuerzapfen mit Sackbohrung und Querbohrung, die das Ansaugverhalten der Pumpe verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Radialkolben­ maschine der eingangs genannten Art, bei der die Axiallage­ rung des Rotors verbessert ist.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mit­ tel.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 6.

Wesen der Erfindung ist die berührungsfreie Axiallage des Rotors auf der anderen Rotorstirnseite, auf der die Feder­ kupplung nicht angeordnet ist. Der Rotor wird durch den hydraulischen, bei der Maschine ohnehin im Betrieb vorhande­ nen Aufladedruck gewissermaßen einseitig schwimmend in Axialrichtung gegen die Axialkraft der Federkupplung zen­ triert. Dadurch werden Reibungsverluste vermieden, die den Wirkungsgrad der Radialkolbenmaschine entscheidend verbes­ sern. Die berührungsfreie Axiallage sorgt ferner für einen geräuscharmen Betrieb. Besonderer Vorteil ist, daß die Feder­ kupplung bei nichtbetriebener Maschine minimal durch Vor­ spannkraft beansprucht ist, insbesondere dann, wenn als Fe­ derkupplung eine Druckfeder vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben; es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Kugelpumpe,

Fig. 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 Stirn­ seite 19 geschlossenen topfartigen Gehäuse 20 gezeigt, in dem eine bauliche Einheit über elastische und abdichtende Mit­ tel 16 in Form von O-Ringen und zugeordneten Backringen dreh- und axialfest, jedoch elastisch aufgenommen ist. Die elastische Aufhängung der baulichen Einheit dient der Ge­ räuschminderung im Betrieb.

Die bauliche Einheit besteht im wesentlichen aus einem äußeren Stator mit einem einen mittigen Steuerzapfen 21 abstützenden Statorteil 3 und aus einem auf dem Steuer­ zapfen 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 geradlini­ gen Enden einer dreh- und axialelastischen Federkupplung 2 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 abdichten­ den 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 Radial­ durchgang 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 dreh­ fest mit genau berechenbarer Drehelastizität im Pumpen­ gehäuse 20 abgestützt ist.

Der Stator weist diametral zur Saugseite 9 eine Auflade­ druckseite 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 20 zugewandte Stirnwand 18 der baulichen Einheit ist in Axial­ richtung 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 umfangs­ mäßig 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 Druckbeaufschla­ gungsbereich 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 23 die mit der Radial­ bohrung 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 dargestell­ ten) Elektromotors wird der Rotor 1 durch die elastische Fe­ derkupplung in Drehung versetzt, wobei die kugelförmigen Kol­ benelemente 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 Druck­ seite 13 sich über ca. 180° des Rotors erstreckt und zwischen Rotor und Stator im Bereich der Druckseite ein Spalt gebil­ det ist, ist ein Sektorbereich der Rotorstirnseite druckmit­ telbeaufschlagt und übt einen hydraulischen Druck in Rich­ tung 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 Axial­ durchgang 14 zur Kammer 12 und von dort durch die erste In­ nenbohrung 23 des Steuerzapfens 21 in die Radialbohrung 22 eines sich auf der Saugseite befindlichen Kolbenelements 10, so daß dieses neben der Fliehkraft auch durch den er­ zeugten Pumpendruck radial an den äußeren Hubring gedrückt wird. Bei einer Drehung des Kolbenelements 10 von der Saug­ seite zur Druckseite wird das Druckmittel der Radialbohrung 22 der zweiten Innenbohrung 24 des Steuerzapfens 21 zuge­ 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 20 aufgenommen ist. Vielmehr ist die Hubkurve, die in axialer Richtung dem Querschnitt des kugelförmigen Kolben­ elements 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 Axial­ druck der Federkupplung 2 auf der Rotorstirnseite 32 aufge­ baut wird, der den Rotor 1 in axialer Richtung berührungs­ frei zum Maschinengehäuse 20 hält. Das Druckmittel der Druckseite 13 gelangt durch einen Durchgang 27 des Gehäuses 20 und eine (nicht dargestellte) Radialbohrung des Steuer­ zapfens 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 In­ nenbohrung 24 des Steuerzapfens 21 den Durchgang 27 nicht schneidet. Auch kann der Durchgang 27 außerhalb der Zeichen­ ebene der Fig. 4 angeordnet sein.

Claims (6)

1. Radialkolbenmaschine, insbesondere Radialkolbenpumpe, mit Stator und Rotor, der über eine an der einen Rotorstirn­ seite eingreifende Federkupplung mit einer in koaxialer Verlängerung des Rotors gelegenen Anschlußwelle drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der axialverschieblich in einem Gehäuse (20) aufgenommene Rotor (1) gegen die Axialkraft der Federkupplung (2) im Betrieb durch den Aufladedruck der Maschine auf der anderen Rotorstirnseite (32) beaufschlagt und in einer berührungsfreien Axiallage zum Gehäuse (20) oder Stator gehalten ist.

2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckbeaufschlagungsbereich auf der anderen Rotorstirnseite (32) durch einen Sektorbereich gebildet ist, der sich in etwa über 180° erstreckt.

3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) axialverschieblich auf einem Steuerzapfen (21) abgestützt ist, der zumindest eine erste Innenbohrung (23) aufweist, die mit einer Radialbohrung (22) des Rotors (1) zwecks Druckbeaufschla­ gung eines Radialkolbenelements (10) in der Radialbohrung verbindbar ist, wenn letzteres in einer Drehstellung im Bereich der Saugseite (9) der Maschine gelegen ist.

4. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 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 Drehstel­ lung im Bereich der Druckseite der Maschine gelegen ist.

5. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kugelförmigen Radialkolbenelement (10) ein auf dem Innenumfang mit einer Hubkurve (26) ausgebildeter Hubring vorgesehen ist, der im Statorteil (3) axialverschieblich gelagert ist.

6. Radialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem kugelförmigen Radialkolbenelement (10) ein auf dem Innenumfang mit einer Hubkurve (26) ausgebildeter Hubring vorgesehen ist, der im Gehäuse (20) axialverschieblich aufgenommen ist.