DE4213815A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Radialkolbenpumpe, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist.

Es sind Radialkolbenpumpen bekannt, bei denen eine Antriebsachse mit einem Exzenter versehen ist, der eine kreisförmige äußere Fläche besitzt, dessen Mittelachse jedoch zu der Achse der An­ triebswelle, die der Drehachse entspricht, einen Abstand hat, dessen Größe das Maß für die Exzentrizität ist. Auf dem Exzenter kann ein Hubring gelagert sein, an dem die vorhandenen Radial­ kolben unter der Wirkung einer Rückstellfeder mit ihren inneren Stirnflächen anliegen. Der Hubring muß nicht mit dem Exzenter rotieren, sondern wird von diesem lediglich entsprechend der Po­ sition der Mittelachse des Exzenters bezüglich der Drehachse verlagert. Entsprechend gering ist die relative Bewegung zwi­ schen dem Hubring und jedem Radialkolben. Außerdem kann der Hubring ebene Flächen aufweisen, an denen die Radialkolben an­ liegen.

Es sind auch Radialkolbenpumpen bekannt (DE-OS 21 57 020), bei denen die Radialkolben direkt an einem rotierend antreibbaren Exzenter anliegen. Dann gleiten die Radialkolben mit ihren inne­ ren Stirnflächen dem gesamten Umfang des Exzenters entlang. Bei allen bekannten Radialkolbenpumpen mit einem Exzenter führt ein Radialkolben während einer Umdrehung der Antriebswelle einen einzigen vollständigen Hub aus, bewegt sich also innerhalb der Bohrung des Zylinderblocks einmal auf und ab.

Aus der DE-OS 35 29 278 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt, bei der nicht ein rotierend antreibbarer Exzenter mit einer kreis­ förmigen Hubkurve, sondern ein rotierend antreibbarer Nocken mit einer von der Kreisform abweichenden Hubkurve die Bewegung der Radialkolben steuert. Die Hubkurve ist dabei so gestaltet, daß jeder Radialkolben während einer Umdrehung der Antriebswelle ebenfalls nur einen einzigen Hub ausführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 so wei­ terzuentwickeln, daß mit geringem baulichem Aufwand ein hohes Fördervolumen erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Radialkolbenpumpe gelöst, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist und bei der der Abstand der Hubkurve von der Achse des Nockens zumindest zwei peripher voneinander beabstandete Maxima hat. Dies bedeutet, daß ein Radialkolben, der an der Hubkurve anliegt, während einer Umdrehung des Nockens mindestens zwei Hübe macht. Auf diese Weise kann das pro Zeiteinheit von der Ra­ dialkolbenpumpe geförderte Volumen gegenüber einer Radialkolben­ pumpe, deren Radialkolben während einer Umdrehung des Nockens nur einen Hub ausführen, selbst dann noch erhöht werden, wenn die Hubhöhe geringer ist. Dieses größere Fördervolumen wird er­ halten, ohne daß die Anzahl der Radialkolben vergrößert werden muß, was mit einem beträchtlich erhöhten Aufwand und beträcht­ lich höheren Kosten verbunden wäre.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Radialkol­ benpumpe kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So wird die Radialkolbenpumpe in einer Ausführung bevorzugt, bei der sich gemäß Anspruch 2 der Abstand der Hubkurve von der Achse des Nockens in peripherer Richtung fortschreitend dauernd ändert. Dabei wird der gesamte Umfang des Nockens für die Hubbe­ wegungen des Radialkolbens ausgenutzt, so daß seine Bewegungsge­ schwindigkeit nicht unnötig erhöht und der Förderstrom nicht un­ nötigerweise ungleichmäßig gemacht ist. Zu dieser Vergleichmäßi­ gung der Geschwindigkeit der Radialkolben und des Förderstromes trägt auch bei, wenn die Hubkurve gemäß Anspruch 3 bei einer An­ zahl von n Maxima und n Minima n-zählig symmetrisch bezüglich der Achse des Nockes ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Hubkurve so gestaltet ist, daß ein an ihr anlie­ gender Radialkolben eine harmonische Bewegung ausführt, er sich also mit einer ganz bestimmten Frequenz sinus- bzw. kosinusför­ mig auf und ab bewegt. In diesem Fall ist das Federelement, un­ ter dessen Wirkung der Radialkolben mit seiner inneren Stirnflä­ che an der Hubkurve anliegt lediglich auf diese Frequenz abzu­ stimmen. Würde sich der Radialkolben so bewegen, daß einer Grundfrequenz noch Oberwellen überlagert wären, so müßte das Fe­ derelement stärker ausgebildet sein, was mit Wirkungsgradverlu­ sten verbunden wäre.

In der bevorzugten Ausführung nach Anspruch 5 ist die Hubkurve ohne Wendepunkte ausgebildet und die innere Stirnfläche jedes Radialkolbens ist eben. Eine ebene Stirnfläche eines Radialkol­ bens läßt sich leicht herstellen. Außerdem liegt eine ebene Stirnfläche jeweils linienförmig auf der Hubkurve auf, so daß die Flächenpressung gering ist. Hätte die Hubkurve Wendepunkte, so müßte die innere Stirnfläche eines Radialkolbens, der sich um seine eigene Achse drehen kann, ballig sein, damit der Radial­ kolben überall der Hubkurve folgen kann. Der Radialkolben würde dann punktförmig auf der Hubkurve aufliegen. Um unter der Prä­ misse, daß die Hubkurve keine Wendepunkte hat, eine möglichst große Hubhöhe eines Radialkolbens zu erhalten, hat die Hubkurve gemäß Anspruch 6 vorteilhafterweise in den Minima die Krümmung null.

Ein gleichmäßiger Förderstrom wird insbesondere durch die Aus­ bildung gemäß Anspruch 7 erzielt. Danach ist die Anzahl der Ma­ xima und der Minima der Hubkurve ungeradzahlig, liegen sich je­ weils ein Maximum und ein Minimum bezüglich der Achse des Nockens diametral gegenüber und sind zwei Radialkolben bezüglich der Achse des Nockens diametral gegenüberliegend im Zylinder­ block angeordnet. Bei einer solchen Konstruktion bewegen sich die zwei Radialkolben jeweils gegenläufig. Während der eine nach innen wandert, bewegt sich der andere nach außen, so daß die beiden Radialkolben abwechselnd Druckmedium fördern.

Als besonders günstig hat sich eine Ausbildung gemäß Anspruch 8 herausgestellt. Danach weist die Hubkurve genau drei Maxima und drei Minima angeordnet in dreizähliger Symmetrie bezüglich der Achse des Nockens auf und im Zylinderblock sind genau zwei Radi­ alkolben geführt, die sich bezüglich der Achse des Nockens dia­ metral gegenüberliegen. Soll ein Radialkolben mehr als drei Hübe pro Umdrehung des Nockens ausführen, so reicht die Vergrößerung der Anzahl der Hübe nicht mehr aus, den Verlust an Hubhöhe, der eintritt, wenn die Hubkurve nach wie vor ohne Wendepunkte ge­ staltet sein soll, auszugleichen. Zwei Hübe wiederum pro Umdre­ hung des Nockens bringen bei Verwendung von nur zwei Radialkol­ ben ebenfalls nicht das gewünschte Fördervolumen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radialkolben­ pumpe ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt in einer Ebene, in der die beiden Radialkolben des Ausführungsbeispiels angeordnet sind, und

Fig. 2 eine Ansicht des Nockens des Ausführungsbeispiels in axialer Richtung.

Der Zylinderblock 11 der in Fig. 1 dargestellten Radialkolben­ pumpe bietet in einer axialen Ansicht das Bild einer kreisförmi­ gen Scheibe und besitzt eine Mittelachse 12, die mit der Drehachse einer Antriebswelle 13 zusammenfällt. Der Zylinder­ block 11 setzt sich aus zwei identischen Hälften 14 zusammen, deren Trennebene eine Axialebene ist, die senkrecht auf der Zei­ chenebene der Fig. 1 steht und in der die Mittelachse 12 liegt. In einer weiteren auf dieser Axialebene senkrecht stehenden Ebene besitzt der Zylinderblock zwei Zylinderbohrungen 15, die sich bezüglich der Mittelachse 12 diametral gegenüberliegen und nach innen hin zu einer zentralen Kammer 16 des Zylinderblocks 11 offen sind. Die zentrale Kammer wird in axialer Richtung beidseits durch nach innen ragende Flansche 17 begrenzt. Zwi­ schen diesen ist in der zentralen Kammer 16 ein Nocken 18 aufge­ nommen, der verdrehsicher auf der Antriebswelle 13 sitzt. Der Nocken 18 kann einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Nocken 18 mit Pressung auf die Antriebswelle 13 aufzuschieben.

Radial außen trägt der Nocken 18 eine Hubkurve 25, deren Form deutlich aus Fig. 2 hervorgeht. Die Hubkurve 25 weist drei Ma­ xima 26 auf, in denen ihr Abstand von der Mittelachse des Nockens 18, die mit der Mittelachse 12 zusammenfällt, jeweils den gleichen größten Wert annimmt. Mitten zwischen zwei Maxima 26 befindet sich jeweils ein Minimum 27 der Hubkurve 25. In allen Minima hat die Hubkurve 25 den gleichen kleinsten Abstand von der Mittelachse 12. Die Übergänge von den Maxima 26 zu den Mi­ nima 27 sind jeweils gleich, so daß die Hubkurve 25 insgesamt dreizählig symmetrisch bezüglich der Mittelachse 12 des Nockens 18 ist. Die geschilderte Konfiguration bringt es auch mit sich, daß sich jeweils ein Maximum 26 und ein Minimum 27 der Hubkurve 25 bezüglich der Mittelachse 12 diametral gegenüberliegen.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel läßt sich die Abhängigkeit des Abstands a der Hubkurve 25 von der Mittelachse 12 vom Winkel durch folgende Formel angeben:
a = R + e cos (3ϕ).

Dabei ist der Nullpunkt auf einen Radiusstrahl gelegt, der durch ein Maximum 26 der Hubkurve 25 geht. R ist der Radius eines mittleren Kreises 24, von dem die Maxima 26 und die Minima 27 den gleichen Abstand haben. e gibt den Wert dieses Abstandes der Maxima 26 und der Minima 27 von dem mittleren Kreis 24, der in Fig. 2 strichpunktiert eingezeichnet ist, an. Der Wert von e ist so gewählt, daß die Hubkurve 25 keine Wendepunkte und in den Minima 27 eine Krümmung von null hat.

Von jeder Zylinderbohrung 15 des Zylinderblocks 11 ist ein Radi­ alkolben 28 aufgenommen, der von einer sich in der Bohrung 15 befindlichen Schraubendruckfeder 29, die sich an dem Radialkol­ ben 28 und dem radial außenliegenden Boden 30 der Bohrung 15 ab­ stützt, gegen die Hubkurve 25 gedrückt wird. Die Stirnfläche 31 jedes der beiden Radialkolben 28, mit der diese an der Hubkurve 25 anliegen, ist eben, so daß die Herstellung der Kolben nicht erschwert wird. Die ebene Stirnfläche ist möglich, weil die Hub­ kurve 25 ohne Wendepunkte ausgebildet ist. Die Anordnung der Ma­ xima 26 und der Minima 27 auf der Hubkurve 25 sowie die Anord­ nung der Bohrungen 15 und damit der Radialkolben 28 bezüglich der Mittelachse 12 einander gegenüberliegend bringt es mit sich, daß sich die Radialkolben 28 in ihren Bohrungen 15 jeweils ge­ genläufig bewegen. Wenn sich der eine Radialkolben 28 radial nach innen bewegt, bewegt sich also der andere radial nach außen. Dabei bleibt der Abstand zwischen den beiden Radialkolben weitgehend konstant. Eine geringe Änderung im Abstand ist darauf zurückzuführen, daß die Stirnflächen 31 der Radialkolben 28 eine endliche Ausdehnung haben und sich die Lage der Berührungslinie zwischen der Hubkurve 25 und der Stirnfläche 31 an dieser Stirn­ fläche während der Rotation des Nockens 18 etwas ändert. Die Entwicklung der Hubkurve 25 nach der angegebenen Formel bringt es mit sich, daß die Radialkolben 28 eine rein harmonische Bewe­ gung ausführen, so daß keine größeren Kräfte auf die Radialkol­ ben einwirken, die von den Schraubendruckfedern 29 aufgefangen werden müssen. Letztere können deshalb relativ schwach ausgebil­ det sein. Die Verlagerung der Berührungslinie an der Stirnfläche 31 eines Radialkolbens 28 stört die rein harmonische Bewegung natürlich etwas. In erster Näherung kann man jedoch von einer rein harmonischen Bewegung sprechen.

Der Zylinderblock 11 ist in ein Gehäuse 35 eingesetzt, das sich im wesentlichen auf einer Seite des Zylinderblocks 11 befindet, jedoch mit einem Bund 36 den Zylinderblock 11 radial außen über­ greift. Der Bund deckt eine Ringnut 37 ab, die sich in der Außenfläche des Zylinderblocks 11 befindet und in die beim Förder­ hub eines Radialkolbens 28 Druckmedium durch ein Druckventil 38 gelangt, das sich hinter jeder Bohrung 15 befindet. Angesaugt wird das Druckmedium im Saughub eines Radialkolbens 28 durch eine Saugbohrung 39, die sich in einer Seitenwand einer jeden Zylinderbohrung 15 befindet und sich zur von dem Gehäuse 35 ab­ gedeckten Stirnseite des Zylinderblocks 11 hin öffnet.

Claims (8)

1. Radialkolbenpumpe mit mindestens einem verschiebbar ge­ führten Radialkolben (28), mit einem Zylinderblock (11) mit ei­ ner radialen Bohrung (15) zur Aufnahme eines Radialkolbens (28) und mit einem rotierend antreibbaren Nocken (18) mit einer Hub­ kurve (25), an der der Radialkolben (28) unter der Wirkung eines Federelements (29) mit seiner inneren Stirnfläche (31) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Hubkurve (29) von der Achse (12) des Nockens (18) zumindest zwei peripher vonein­ ander beabstandete Maxima (26) hat.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der Abstand der Hubkurve (25) von der Achse (12) des Nockens (18) in peripherer Richtung fortschreitend dauernd ändert.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hubkurve (25) bei einer Anzahl von n Ma­ xima (26) und n Minima (27) n-zählig symmetrisch bezüglich der Achse (12) des Nockens (18) ausgebildet ist.

4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hubkurve (25) so gestaltet ist, daß ein an ihr an­ liegender Radialkolben (28) eine harmonische Bewegung ausführt.

5. Radialkolbenpumpe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkurve (25) ohne Wendepunkte ausgebildet ist und daß die innere Stirnfläche (31) jedes vor­ handenen Radialkolbens (28) eben ist.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hubkurve (25) in den Minima (27) die Krümmung null hat.

7. Radialkolbenpumpe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Maxima (26) und der Minima (27) der Hubkurve (25) ungeradzahlig ist, daß sich je­ weils ein Maximum (26) und ein Minimum (27) bezüglich der Achse (12) des Nockens (18) diametral gegenüberliegen und daß zwei Ra­ dialkolben (28) bezüglich der Achse (12) des Nockens (18) diame­ tral gegenüberliegend im Zylinderblock (11) angeordnet sind.

8. Radialkolbenpumpe nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkurve (25) genau drei Maxima (26) und drei Minima (27) angeordnet in dreizähliger Symmetrie bezüglich der Achse (12) des Nockens (18) aufweist und daß im Zylinderblock (11) genau zwei Radialkolben (28) geführt sind, die sich bezüglich der Achse (12) des Nockens (18) diametral ge­ genüberliegen.