EP1213478A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

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EP1213478A1
EP1213478A1 EP00204414A EP00204414A EP1213478A1 EP 1213478 A1 EP1213478 A1 EP 1213478A1 EP 00204414 A EP00204414 A EP 00204414A EP 00204414 A EP00204414 A EP 00204414A EP 1213478 A1 EP1213478 A1 EP 1213478A1
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EP
European Patent Office
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drive shaft
pistons
pump according
piston pump
radial
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00204414A
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English (en)
French (fr)
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Seneca-Holding SA
Original Assignee
Seneca-Holding SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Seneca-Holding SA filed Critical Seneca-Holding SA
Priority to EP00204414A priority Critical patent/EP1213478A1/de
Priority to AU2002224928A priority patent/AU2002224928A1/en
Priority to PCT/EP2001/014645 priority patent/WO2002048548A1/de
Priority to EP01994781A priority patent/EP1342010A1/de
Publication of EP1213478A1 publication Critical patent/EP1213478A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/053—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders
    • F04B1/0536—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders with two or more serially arranged radial piston-cylinder units
    • F04B1/0538—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders with two or more serially arranged radial piston-cylinder units located side-by-side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/06—Control
    • F04B1/07—Control by varying the relative eccentricity between two members, e.g. a cam and a drive shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/12—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members
    • F04B49/123—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members by changing the eccentricity of one element relative to another element
    • F04B49/125—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by varying the length of stroke of the working members by changing the eccentricity of one element relative to another element by changing the eccentricity of the actuation means, e.g. cams or cranks, relative to the driving means, e.g. driving shafts

Definitions

  • the present invention relates to a radial piston pump for Displacement of liquids axially in a pump housing mounted rotatable drive shaft that is eccentric with respect to the axis or has cam-shaped actuators in the circumferential direction and with several radially in a respective one with respect to the drive shaft Cylinder chamber stored and with the respective actuator interacting pistons that when turning the drive shaft in their cylinder space can be moved back and forth in the radial direction with liquid inlet and outlet openings arranged in the pump housing and with check valves on the suction side and the pressure side of the respective cylinder spaces, which with the liquid inlet or. -Outlet openings are connected.
  • the invention relates in particular to a pump for supplying fuel the engines of an airplane.
  • the invention is however, not limited to this preferred application, but can also in other areas for the transport or displacement of Liquids are used.
  • the conventional pumps for the fuel supply of an aircraft engine are powered directly by the engines. Since these engines, with the exception of the landing process, with constant Running speed, the pumps are also at constant speed operated so that the delivery volume of the fuel is constant over time is and must be calculated so that it has the highest fuel consumption can meet. However, this fuel consumption depends depends on the flight conditions and is essentially determined by the pilot determined via the control lever.
  • This control lever acts on a downstream of the fuel pump Control device, which the performance and fuel consumption certainly. Except for the mechanical regulation by the Control levers the control device also experiences a sensor-controlled hydraulic control depending on various flight parameters such as height, pressure, etc., as well as an electrical scheme for refinement hydraulic control.
  • the control device accordingly receives a constant in time Fuel quantity and feeds the associated engine with a smaller one amount of fuel that changes over time. The difference or excess The amount of fuel is branched off from the control device and returned to the fuel tank.
  • the present invention is therefore based on the object to create a rotary piston pump that only uses as much fuel transported as consumed by the associated engine.
  • the rotary piston pump according to the invention has the features provided in the main claim. Further embodiments of the invention result from the subclaims.
  • the pump according to the invention is accordingly a volumetric, controllable construction.
  • the one needed Volume flow is arranged by radially arranged on two levels Displacement piston brought to the required pressure level.
  • the Pistons are divided by two on one according to the two levels common drive shaft arranged actuators with variable Eccentricity driven by the device be forced.
  • the two actuators are offset from one another by 180 ° and via an integrated mechanism arranged in the drive shaft slidable against each other, which makes the volume flow even can enlarge or reduce.
  • the inlet and outlet control of the individual pistons is controlled by Automatically operated valves controlled, which reduces the hydraulic pressure of the medium is reached.
  • the entire pump housing is fuel flows through, so that the lubrication and cooling by the transported fuel take place. This results in a maintenance-free and low-wear operation.
  • the pilot regulates the output via the mechanical control lever, in addition the electromechanical Regulation is possible.
  • the further required control option i.e. e.g. variable volume flow at constant pressure and constant speed, is indicated by an in actuator installed in the pump (e.g. piston), which is controlled by the System pressure independently hydraulically by shifting the eccentric adjusts the volume flow, reached.
  • an in actuator installed in the pump (e.g. piston), which is controlled by the System pressure independently hydraulically by shifting the eccentric adjusts the volume flow, reached.
  • Fig. 1 shows an axial section through a rotary piston pump according to the invention along the section line Il-Il in Figure 2 for the left (on Figure 1 referred) piston group and along the section line Ir-Ir for the right Piston group.
  • Fig. 2 is a diagonal section through the left piston group of the figure 1.
  • Fig. 4 is an axial section through the cam along the Section line IV-IV in Figure 3.
  • Fig. 5 is an axial plan view of the eccentric ring.
  • Fig. 6 is a part of the drive shaft in axial section along the section line Il-Il in Figure 2.
  • Fig. 7 is an axial section through the drive shaft along the section line VII-VII in Figure 6.
  • FIGS 1 and 2 show a preferred embodiment a rotary piston pump according to the invention for supplying a Aircraft engine with fuel.
  • the pump is one in one Pump housing 10 rotatably mounted in roller or ball bearings 12 Drive shaft 14.
  • the shaft 14 is by means not shown from Engine with a constant speed of e.g. 3,000 rpm driven.
  • the pump housing comprises at least one fuel inlet opening 16 and a fuel outlet opening 18 which mates with the associated one Engine is connected.
  • the Radial piston pump in the housing 10 there are a number arranged in a star shape Cylinder chambers in which there are radially moving pistons.
  • the Radial piston pump according to the invention at least two piston groups 20l and 20r in two axially separated parallel planes.
  • the left piston group 20l consists of the individual pistons 22l, which are in the move respective cylinder spaces 24l and the right piston group 20r consists of the individual pistons 22r, which are located in the respective Move cylinder chambers 24r.
  • each Piston group 20l, 20r from five pistons 22l or 22r.
  • the number of pistons can also be larger, e.g. seven, nine, etc., or smaller his. The pump runs more smoothly the greater the number Piston is. It is important that the pistons of one group are angular are offset from the pistons of the other group. In the present Example with five pistons, the pistons 22r are 36 ° from the Piston 22l offset, i.e. that if a piston 22l of group 20l, as in Figure 2 is shown, is oriented to the north, is a corresponding Piston 22r of piston group 20r oriented to the south.
  • Each piston 22l, 22r is in its cylinder space 24l or 24r, substitutedicht.
  • This seal is shown in Figure 2, for example by a simple O-ring seal 26 shown.
  • Each cylinder chamber 24l, 24r is on the intake side via a check valve 28 with the inlet opening 16 and on the pressure side via a check valve 30 connected to the outlet opening 18. To control this The hydraulic pressure of the fuel is sufficient for valves. Through the Hinund Movement of the individual pistons is accordingly in itself known fuel sucked in from the inlet opening 16 and displaced through the outlet opening 18.
  • the stroke of the individual pistons is linear adjustable between a maximum value and a minimum value.
  • the individual pistons 22l, 22r via the in the Figures 3 and 4 shown cam 32 actuated, one each Cam disk 32l or 32r is provided for each piston group 20l, 20r is.
  • the cam disk 32 is horseshoe-shaped with a circular outer circumference and parallel inner sides 34, 36 between the two legs.
  • the drive shaft 14 has two opposite sides in the middle of each piston group 20l, 20r corresponding flats 38, 40, the spacing of the distance between the inner side surfaces 34, 36 of the cam disk 32 corresponds, so that they are rotatably stuck on the drive shaft can. It should be mentioned here that those assigned to the two groups Cam disks 32l, 32r from opposite sides (see FIG. 1 and 6) are pushed onto the drive shaft 14.
  • Each cam disk 32 has between the a cylindrical socket 42 on both inner side surfaces 34, 36, which through a corresponding opening 44l or 44r in the drive shaft 14 penetrates when the cam 32 is pushed onto the shaft 14 becomes.
  • the top surface of the nozzle 42 is designed as an inclined ramp 46, which has a certain inclination with respect to the drive shaft 14.
  • the drive shaft 14 includes an axial bore 48 in which a control shaft 50 is axially movable.
  • a control shaft 50 In the bore 48 is the control shaft 50 exposed to the force of a compression spring 52.
  • the control shaft 50 In the area of the piston groups 20l, 20r, the control shaft 50 each comprises an inclined ramp 54l, 54r with one of the inclinations of the ramps 46 of the cam disks 32l, 32r corresponding inclination so that the ramps belonging together 46l, 54l or 46r, 54r can work together.
  • Each cam disk 32 is seated in a circular shape shown in FIG. 5 Eccentric ring 56, which at 59 rotatably with the cam 32 is screwed.
  • Eccentric ring 56 which at 59 rotatably with the cam 32 is screwed.
  • a compression spring 58 which is on the outside of the drive shaft 14 and the inside of the Eccentric rings 56 supports. This spring accordingly ensures that the interacting ramps 46l, 54l and 46r, 54r each with each other are in contact.
  • each cam is seated 32l, 32r with their ramp 46l, 46r under the action of spring 58 on the sole of the associated ramp 54l, 54r of the control shaft 50.
  • the drive shaft 14 In this position are the drive shaft 14, the cam disks 32 and the Eccentric rings 56 coaxial, i.e. that when the drive shaft rotates 14 the individual pistons 22 are not in their cylinder spaces 24 move, i.e. the pump is not working.
  • the drive shaft 50 turns to the left against the force of the spring 52 shifted, the inclined ramps 54l, 54r press the cam discs 32 with their eccentric rings 56 while compressing the spring 58 radially outwards.
  • the axes of the cam disks 32 and Eccentric rings 56 are no longer on the axis of the drive shaft 14 and are no longer coaxial.
  • each eccentric ring 56 accordingly experiences an eccentric circular movement through the cam disk 32 and presses the individual pistons 22 one after the other outwards, so that it is in the cylinder rooms located fuel through the check valves 30 over 180 ° Rotary movement is displaced into the outlet opening 18 and continues 28 new fuel is sucked in through the check valves through 180 ° becomes.
  • the inward movement of the individual pistons can vary Species. There are two possibilities in FIGS. 1 and 2 shown, using either one or the other comes.
  • the simplest possibility is a compression spring 60, which in each cylinder chamber 24 is arranged on the head side and the pistons presses inward into contact with the eccentric ring 56.
  • the springs 60 but can also by forced guidance of the individual pistons 22nd be replaced.
  • This forced operation can e.g. of two non-rotatable ones radially movable circular rings 62 are made with a Outer diameter of the eccentric ring 56 corresponding inner diameter, so that the eccentric ring 58 rotate 62 in this positive guide can and can take them outside and inside.
  • the single ones Pistons 22 then only need to be attached to the outside of the ring 62 to become. As shown, this can be done, for example, by the Outside of the rings 62 rail-shaped with a T-shaped cross section is formed and in corresponding side grooves of the individual Piston engages. To enable assembly, the ring 62 consist of two separate parts, which are separated by an expansion ring be held together.
  • Figure 1 also shows an embodiment for operating the Pump, especially for adjusting the control shaft, i.e. for regulation of the funding volume.
  • an actuating disc 64 is arranged at the right end of the control shaft 50 at the right end of the control shaft 50 at the right end of the control shaft 50 at the right end of the control shaft 50 at the right end of the control shaft 50 at the right end of the control shaft 50 at the right end of the control shaft 50 at the right end of the control shaft 50 is by a suitable thrust bearing an actuating disc 64 is arranged.
  • At 66 is schematically a pivotable about an axis 68 and by the pilot actuated control lever. If the control lever 66 after is tilted to the right, the control shaft 50 is axially to the left against the force the spring 52 shifted so that the displaced fuel volume can be increased according to the procedure described above.
  • This mechanical control is still controlled by an automatic sensor hydraulic drive, which is indicated schematically at 70 is added.
  • This hydraulic control is also experienced a motor-electric fine adjustment, e
  • the rotary piston pump according to the invention is not required the control device, which is required in conventional pumps was the volume of fuel delivered by the pump throttling mechanical, hydraulic and electrical controls. These controls now act directly on those according to the invention Rotary piston pump and are able to handle the amount of fuel delivered linearly increase or decrease. This results in not only a significant energy saving, but also and in particular the elimination of a major risk factor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffversorgung der Triebwerke eines Flugzeuges. Die einzelnen sternförmig angeordneten Kolben (22) sind in zwei Gruppen angeordnet, welche in axial getrennten Ebenen nebeneinander liegen. Die Kolben (22) jeder Gruppe werden durch ein auf einer Antriebswelle (14) angeordnetes exzentrisches Betätigungsorgan in ihren jeweiligen Zylinderräumen (24) axial verschoben. In der Antriebswelle (14) befindet sich eine axial verschiebbare Regelwelle (50) mit welcher die Exzentrizität der Betätigungsorgane verstellbar ist. Hierdurch kann die beförderte Kraftstoffmenge linear zwischen einen Maximalwert und einem Minimalwert verändert werden. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Verdrängung von Flüssigkeiten mit einer in einem Pumpengehäuse axial gelagerten drehbaren Antriebswelle, die in bezug zur Achse exzentrische oder in Umfangrichtung nockenartig ausgebildete Betätigungsorgane aufweist und mit mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum gelagerten und mit dem jeweiligen Betätigungsorgan zusammenwirkenden Kolben, die beim Umdrehen der Antriebswelle in ihrem Zylinderraum in radialer Richtung hin- und her bewegbar sind, mit im Pumpengehäuse angeordneten Flüssigkeitseintritts- und -austrittsöffnungen und mit Rückschlagventilen auf der Ansaugseite und der Druckseite der jeweiligen Zylinderräume, welche mit den Flüssigkeitseintrittsbzw. -austrittsöffnungen in Verbindung stehen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Pumpe zur Kraftstoffversorgung der Triebwerke eines Flugzeuges. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese bevorzugte Anwendung begrenzt, sondern kann auch auf anderen Gebieten zur Beförderung oder Verdrängung von Flüssigkeiten eingesetzt werden.
Die herkömmlichen Pumpen zur Brennstoffversorgung eines Flugzeugtriebwerkes werden unmittelbar von den Triebwerken angetrieben. Da diese Triebwerke, mit Ausnahme beim Landevorgang, mit konstanter Drehzahl laufen, werden die Pumpen ebenfalls mit konstanter Drehzahl betrieben, so dass das Fördervolumen des Brennstoffes zeitlich konstant ist und so berechnet sein muss, dass es dem höchsten Brennstoffverbrauch nachkommen kann. Dieser Brennstoffverbrauch hängt jedoch von den Flugbedingungen ab und wird im wesentlichen durch den Piloten über den Steuerhebel bestimmt.
Dieser Steuerhebel wirkt auf eine der Brennstoffpumpe nachgeschaltete Regelvorrichtung, welche die Leistung und den Brennstoffverbrauch bestimmt. Ausser der mechanischen Regelung durch den Steuerhebel erfährt die Regelvorrichtung auch noch eine sensorgesteuerte hydraulische Regelung in Abhängigkeit verschiedener Flugparameter wie Höhe, Druck, usw., so wie eine elektrische Regelung zur Verfeinerung der hydraulischen Regelung.
Die Regelvorrichtung erhält demgemäss eine zeitlich konstante Brennstoffmenge und speist das zugehörige Triebwerk mit einer kleineren zeitlich veränderlichen Brennstoffmenge. Die Differenz oder überschüssige Brennstoffmenge wird von der Regelvorrichtung abgezweigt und in den Brennstofftank zurückgeführt.
Die Tatsache, dass die herkömmlichen Pumpen unter den meisten Bedingungen mehr Brennstoff befördern als tatsächlich verlangt ist, bedeutet einen doppelten Energieverlust. Einerseits muss die Pumpenergie aufgebracht werden zur Beförderung einer nicht benutzten Brennstoffmenge. Andererseits verlangt die zwangsläufige Rückführung eines Teil des Brennstoffs eine Abkühlung, weil durch die zwangsläufige Rückführung eine Druckerhöhung und eine Erwärmung des Brennstoffs und des Systems entsteht. In anderen Worten, es wird nicht nur Energie aufgebracht, die nicht verwendet wird, sondern diese Energie muss auch noch vernichtet werden.
Der schlimmste Nachteil dieser bekannten Pumpen mit einer Überbeförderung von Brennstoff ist jedoch die Gefahr, insbesondere die Explosionsgefahr. Die Untersuchungen nach den Ursachen eines Flugzeugabsturzes vor einigen Jahren haben nämlich ergeben, dass eine ausser Kontrolle geratene Erhitzung in der Rückführleitung des Brennstoffs zu einer Explosion des Brennstofftanks und zum Absturz der Maschine geführt hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Rotationskolbenpumpe zu schaffen, welche nur so viel Brennstoff befördert, wie vom zugehörigen Triebwerk verbraucht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemässe Rotationskolbenpumpe, die im Hauptanspruch vorgesehenen Merkmale auf. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemässen Pumpe handelt es sich demgemäss um eine volumetrisch arbeitende regelbare Konstruktion. Der benötigte Volumenstrom wird durch auf zwei Ebenen verteilte radial angeordnete Verdrängungskolben auf das geforderte Druckniveau gebracht. Die Kolben werden entsprechend den zwei Ebenen durch zwei auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnete Betätigungsorgane mit variabler Exzentrizität angetrieben, wobei diese durch die Vorrichtung zwangsgeführt werden.
Die beiden Betätigungsorgane sind um 180° zu einander versetzt und über einen integrierten in der Antriebswelle angeordneten Mechanismus gegeneinander verschiebbar, wodurch sich der Volumenstrom gleichmässig vergrössern oder verkleinern lässt. Durch diese Konstruktion heben sich sowohl die Massenkräfte als auch die Kompressionskräfte innerhalb der Pumpe bei jeder Fördermengeneinstellung auf und gewährleisten einen vibrationsarmen Lauf.
Gleichzeitig wird die Belastung der Antriebswellenhauptlager erheblich minimiert, was geringen Verschleiss und dadurch eine längere wartungsfreie Laufzeit zur Folge hat.
Durch die verhältnismässig grosse Anzahl Verdrängerkolben wird eine wesentlich geringere Pulsation des Fördermediums erreicht, wodurch eine wesentlich geringere mechanische Belastung aller kraftstoffführenden Teile, wie Rohre und Schläuche erreicht wird.
Die Ein- und Auslaßsteuerung der einzelnen Kolben wird durch selbsttätig arbeitende Ventile gesteuert, wodurch der hydraulische Druck des Mediums erreicht wird. Des gesamte Pumpgehäuse wird vom Brennstoff durchströmt, so dass die Schmierung und Kühlung durch den beförderten Brennstoff erfolgen. Hieraus ergibt sich ein wartungsfreier und verschleissarmer Betrieb.
Die Leistungsregelung erfolgt durch den Flugzeugführer über den mechanischen Steuerhebel, wobei zusätzlich die elektromechanische Regelung möglich ist.
Die weiter geforderte Regelmöglichkeit, d.h. z.B. variabler Volumenstrom bei konstantem Druck und konstanter Drehzahl, wird durch ein in der Pumpe eingebautes Stellglied (z.B. Kolben), welches durch den Systemdruck selbständig hydraulisch über die Verschiebung der Excenter den Volumenstrom anpasst, erreicht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemässe Rotationskolbenpumpe längs der Schnittlinie Il-Il in Figur 2 für die linke (auf Figur 1 bezogen) Kolbengruppe und längs der Schnittlinie Ir-Ir für die rechte Kolbengruppe.
Fig. 2 ist ein Diagonalschnitt durch die linke Kolbengruppe der Figur 1.
Fig. 3 ist eine axiale Draufsicht auf die verstellbare Nockenscheibe.
Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch die Nockenscheibe längs der Schnittlinie IV-IV in Figur 3.
Fig. 5 ist eine axiale Draufsicht auf den Exzenterring.
Fig. 6 ist ein Teil der Antriebswelle im Axialschnitt längs der Schnittlinie Il-Il in Figur 2.
Fig. 7 ist ein Axialschnitt durch die Antriebswelle längs der Schnittlinie VII-VII in Figur 6.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Rotationskolbenpumpe zur Versorgung eines Flugzeugtriebwerkes mit Brennstoff. Die Pumpe umfasst eine in einem Pumpgehäuse 10 in Rollen- oder Kugellagern 12 drehbar gelagerte Antriebswelle 14. Die Welle 14 wird über nicht gezeigte Mitteln vom Triebwerk mit einer konstanten Drehzahl von z.B. 3 000 Upm angetrieben. Das Pumpgehäuse umfasst wenigstens eine Brennstoffeintrittsöffnung 16 und eine Brennstoffaustrittsöffnung 18, welche mit dem zugehörigen Triebwerk verbunden ist.
Im Gehäuse 10 befindet sich eine Anzahl sternförmig angeordnete Zylinderräume, worin sich radial bewegende Kolben befinden. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Radialkolbenpumpen umfasst die erfindungsgemäss Radialkolbenpumpe wenigstens zwei Kolbengruppen 20l und 20r in zwei axial getrennten parallelen Ebenen. Die linke Kolbengruppe 20l besteht aus den einzelnen Kolben 22l, welche sich in den jeweiligen Zylinderräumen 24l bewegen und die rechte Kolbengruppe 20r besteht aus den einzelnen Kolben 22r, welche sich in den jeweiligen Zylinderräumen 24r bewegen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel (Siehe Figur 2) besteht jede Kolbengruppe 20l, 20r aus fünf Kolben 22l, bzw. 22r. Die Anzahl Kolben kann jedoch auch grösser wie z.B. sieben, neun, usw., oder auch kleiner sein. Die Laufruhe der Pumpe ist umso grösser, je grösser die Anzahl Kolben ist. Wichtig ist, dass die Kolben der einen Gruppe winkelmässig gegenüber den Kolben der anderen Gruppe versetzt sind. Im vorliegenden Beispiel mit fünf Kolben, sind die Kolben 22r um 36° gegenüber den Kolben 22l versetzt, d.h. dass, wenn ein Kolben 22l der Gruppe 20l, wie in Figur 2 gezeigt ist, nach Norden orientiert ist, ist ein entsprechender Kolben 22r der Kolbengruppe 20r nach Süden orientiert.
Jeder Kolben 22l, 22r ist in seinem Zylinderraum 24l, bzw. 24r, abgedicht. Diese Dichtung ist in Figur 2 beispielsweise durch eine einfache O-Ringdichtung 26 dargestellt.
Jeder Zylinderraum 24l, 24r ist ansaugseitig über ein Rückschlagventil 28 mit der Eintrittsöffnung 16 und druckseitig über ein Rückschlagventil 30 mit der Austrittsöffnung 18 verbunden. Zur Steuerung dieser Ventile reicht der hydraulische Druck des Brennstoffs aus. Durch die Hinund Herbewegung der einzelnen Kolben wird demgemäss in an sich bekannter Weise Brennstoff aus der Eintrittsöffnung 16 angesaugt und durch die Austrittsöffnung 18 verdrängt.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Rotationskolbenpumpen ist bei der erfindungsgemässen Pumpe der Hub der einzelnen Kolben linear zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert einstellbar. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Kolben 22l, 22r über die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Nockenscheibe 32 betätigt, wobei jeweils eine Nockenscheibe 32l bzw. 32r für jede Kolbengruppe 20l, 20r vorgesehen ist. Die Nockenscheibe 32 ist hufeisenförmig ausgebildet mit einem kreisrunden äusseren Umfang und parallel verlaufenden Innenseiten 34, 36 zwischen den beiden Schenkeln. Die Antriebswelle 14 weist auf zwei gegenüberliegenden Seiten in der Mitte jeder Kolbengruppe 20l, 20r entsprechende Abflachungen 38, 40 auf, deren Abstand dem Abstand zwischen den inneren Seitenflächen 34, 36 der Nockenscheibe 32 entspricht, so dass diese drehfest auf die Antriebswelle gestochen werden kann. Hierbei ist zu erwähnen, dass die den beiden Gruppen zugeordneten Nockenscheiben 32l, 32r von entgegengesetzten Seiten (Siehe Figur 1 und 6) auf die Antriebswelle 14 geschoben werden.
Jede Nockenscheibe 32 weist im Öffnungsboden zwischen den beiden inneren Seitenflächen 34, 36 einen zylindrischen Stutzen 42 auf, welcher durch eine entsprechende Öffnung 44l bzw. 44r in der Antriebswelle 14 dringt, wenn die Nockenscheibe 32 auf die Welle 14 geschoben wird. Die Kopffläche des Stutzens 42 ist als schiefe Rampe 46 ausgebildet, welche eine gewisse Neigung gegenüber der Antriebswelle 14 hat.
Die Antriebswelle 14 umfasst eine axiale Bohrung 48 in welcher eine Regelwelle 50 axial beweglich ist. In der Bohrung 48 ist die Regelwelle 50 der Kraft einer Druckfeder 52 ausgesetzt. Im Bereich der Kolbengruppen 20l, 20r umfasst die Regelwelle 50 jeweils eine schiefe Rampe 54l, 54r mit einer der Neigung der Rampen 46 der Nockenscheiben 32l, 32r entsprechenden Neigung so, dass die zueinander gehörigen Rampen 46l, 54l bzw. 46r, 54r zusammenwirken können.
Jede Nockenscheibe 32 sitzt in einem kreisrunden in Figur 5 gezeigten Exzenterring 56, welcher bei 59 drehschlüssig mit der Nockenscheibe 32 verschraubt ist. In der Öffnung zwischen den beiden Schenkeln den Nockenscheibe 32 befindet sich eine Druckfeder 58, welche sich auf der Aussenseite der Antriebswelle 14 und der Innenseite des Exzenterrings 56 abstützt. Diese Feder sorgt demgemäss dafür, dass die zusammenwirkenden Rampen 46l, 54l, bzw. 46r, 54r jeweils miteinander in Kontakt sind.
Die Arbeitsweise der Pumpe ergibt sich bereits aus der obigen Beschreibung. Wenn die Regelwelle 50 sich unter der Wirkung der Druckfeder 52 in der extremen rechten Stellung befindet sitzt jede Nockenscheibe 32l, 32r mit ihrer Rampe 46l, 46r unter der Wirkung der Feder 58 auf der Sohle der zugehörigen Rampe 54l, 54r der Regelwelle 50. In dieser Stellung sind die Antriebswelle 14, die Nockenscheiben 32 und die Exzenterringe 56 koaxial, d.h. dass bei einer Drehung der Antriebswelle 14 die einzelnen Kolben 22 sich nicht in ihren Zylinderräumen 24 bewegen, d.h. die Pumpe arbeitet nicht.
Wird die Antriebswelle 50 gegen die Kraft der Feder 52 nach links verschoben, drücken die schiefen Rampen 54l, 54r die Nockenscheiben 32 mit ihren Exzenterringen 56 unter Zusammendrücken der Feder 58 radial nach aussen. Die Achsen der Nockenscheiben 32 und des Exzenterrings 56 liegen jetzt nicht mehr auf der Achse der Antriebswelle 14 und sind nicht mehr koaxial. Bei einer Drehung der Antriebswelle 14 erfährt jeder Exzenterring 56 demgemäss eine exzentrische Kreisbewegung durch die Nockenscheibe 32 und drückt die einzelnen Kolben 22 nacheinander nach aussen, so dass der sich in den Zylinderräumen befindliche Brennstoff durch die Rückschlagventile 30 über 180° Drehbewegung in die Austrittsöffnung 18 verdrängt wird und weiterhin über 180° durch die Rückschlagventile 28 neuer Brennstoff angesaugt wird.
Durch eine axiale Verstellung der Regelwelle wird somit eine lineare Vergrösserung oder Verkleinerung des Hubes der einzelnen Kolben, d.h. des Fördervolumens der Pumpe möglich. Wichtig ist, dass die Längen und Steigungen der beiden schiefen Rampen 54l, 54r einander genau identisch sind. Die Steigungen und Längen der Rampen können jedoch den Pumpbedingungen angepasst sein. Eine lange und leichte Steigung ermöglicht eine genauere Dosierung des Brennstoffs als eine kurze und steile Steigung.
Die Einwärtsbewegung der einzelnen Kolben kann auf verschiedenen Arten erfolgen. In den Figuren 1 und 2 sind zwei Möglichkeiten gezeigt, wobei jedoch entweder die eine oder die andere zur Anwendung kommt. Die einfachste Möglichkeit besteht in einer Druckfeder 60, welche in jedem Zylinderraum 24 auf der Kopfseite angeordnet ist und die Kolben nach innen in Kontakt mit dem Exzenterring 56 drückt. Die Federn 60 können aber auch durch eine Zwangsführung der einzelnen Kolben 22 ersetzt werden. Diese Zwangsführung kann z.B. aus zwei nicht drehbaren radial beweglichen kreisrunden Ringen 62 bestehen mit einem dem Aussendurchmesser des Exzenterringes 56 entsprechenden Innendurchmesser, damit der Exzenterring 58 in dieser Zwangsführung 62 drehen kann und sie nach aussen und nach innen mitnehmen kann. Die einzelnen Kolben 22 brauchen dann nur an der Aussenseite des Ringes 62 befestigt zu werden. Dies kann z.B., wie gezeigt, dadurch erfolgen, dass die Aussenseite der Ringe 62 schienenförmig mit einem T-förmigen Querschnitt ausgebildet ist und in entsprechende Seitenrillen der einzelnen Kolben eingreift. Um den Zusammenbau zu ermöglichen, kann der Ring 62 aus zwei separaten Teilen bestehen, welche durch einen Spreizring zusammengehalten werden.
Figur 1 zeigt ebenfalls ein Ausführungsbeispiel zur Betätigung der Pumpe, insbesondere zum Einstellen der Regelwelle, d.h. zur Regelung des Fördervolumens. Am rechten Ende der Regelwelle 50 ist durch ein geeignetes Axiallager eine Betätigungsscheibe 64 angeordnet. Mit 66 ist schematisch ein um eine Achse 68 schwenkbarer und vom Piloten betätigbaren Steuerhebel bezeichnet. Wenn der Steuerhebel 66 nach rechts gekippt wird, wird die Regelwelle 50 axial nach links gegen die Kraft der Feder 52 verschoben, so dass das vedrängte Brennstoffvolumen gemäss oben beschriebenem Vorgang erhöht werden kann. Diese mechanische Steuerung wird noch durch einen automatischen sensorgesteuerten hydraulischen Antrieb, welcher schematisch mit 70 angedeutet ist, ergänzt. Diese hydraulische Steuerung erfährt zusätzlich noch eine motor-elektrische Feineinstellung, z.B. indem die Achse 68 des Steuerhebels 66 als Exzenter ausgebildet ist und gedreht werden kann.
Bei der erfindungsgemässen Rotationskolbenpumpe enfällt demgemäss die Regelvorrichtung, welche bei den herkömmlichen Pumpen erforderlich war, um das von der Pumpe geförderte Brennstoffvolumen durch mechanische, hydraulische und elektrische Steuerungen zu drosseln. Diese Steuerungen wirken nun unmittelbar auf die erfindungsgemässe Rotationskolbenpumpe und sind in der Lage die geförderte Brennstoffmenge linear zu vergrössern oder zu verkleinern. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine wesentliche Energieeinsparung, sondern auch und insbesondere die Beseitigung eines grossen Risikofaktors.

Claims (11)

  1. Radialkolbenpumpe zur Verdrängung von Flüssigkeiten mit einer in einem Pumpengehäuse (10) axial gelagerten drehbaren Antriebswelle (14), die in bezug zur Achse exzentrische oder in Umfangrichtung nockenartig ausgebildete Betätigungsorgane aufweist und mit mehreren bezüglich der Antriebswelle (14) radial in einem jeweiligen Zylinderraum (24) gelagerten und mit dem jeweiligen Betätigungsorgan zusammenwirkenden Kolben (22), die beim Umdrehen der Antriebswelle (14) in ihrem Zylinderraum (24) in radialer Richtung hin- und her bewegbar sind, mit im Pumpengehäuse (10) angeordneten Flüssigkeitseintritts- und -austrittsöffnungen (16, 18) und mit Rückschlagventilen (28, 30) auf der Ansaugseite und der Druckseite der jeweiligen Zylinderräume (24), welche mit den Flüssigkeitseintritts- bzw. -austrittsöffnungen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kolben (22) in wenigstens zwei separaten axial getrennten Kolbengruppen (20l, 20r) angeordnet sind und dass der radiale Hub der einzelnen Kolben (22) linear zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert verstellbar ist.
  2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen sternförmig angeordneten Kolben (22) einer Kolbengruppe (20l) gegenüber den Kolben (2) der nächsten Kolbengruppe (20r) um einen Winkel versetzt, der dem halben Winkel zwischen zwei benachbarten Kolben (22) in einer der beiden Kolbengruppen (20l, 20r) entspricht.
  3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolbengruppe (20l, 20r) ein Betätigungsorgan mit regelbarer Exzentrizität zugeordnet ist.
  4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Kolbengruppen (200l, 20r) die Betätigungsorgane um 180° zueinander winkelversetzt sind.
  5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Betätigungsorgan aus einer in einem kreisrunden Exzenterring (56) angeordneten hufeisenförmigen Nockenscheibe (32) mit zwei Schenkeln besteht, welche geradlinige innere Seiten (34, 36) aufweisen, die auf entsprechende Abflachungen (38, 40) der Antriebswelle (14) schiebbar sind, dass jede Nockenscheibe (32) einen mittleren in eine entsprechende Öffnung (44) der Antriebswelle (14) eindringbaren Stutzen (42) mit einer als schiefen Rampe (46) ausgebildeten Kopffläche aufweist, dass im Innern der Antriebswelle (14) eine axial gegen die Kraft einer Druckfeder (52) verschiebbare Regelwelle (50) vorgesehen ist und dass die Regelwelle (50) den inneren schiefen Rampen (46) der Nockenscheiben (32) entsprechende und mit letzteren zusammenwirkenden schiefen Rampen (54) aufweist, so dass durch das Zusammenwirken der jeweiligen schiefen Rampen (46, 54) eine Axialbewegung der Regelwelle (50), eine Radialbewegung der Nockenscheiben (32) und ihrer Exzenterringen (56) erzeugt.
  6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schenkeln jeder Nockenscheibe (32) eine Druckfeder (58) angeordnet ist, welche sich auf der Aussenseite der Antriebswelle (14) und auf der Innenseite des Exzenterringes (56) abstützt und dafür sorgt, dass die jeweiligen Rampenpaare (46, 54) ständig miteinander in Reibkontakt sind.
  7. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zylinderraum (24) auf der dem Betätigungsorgan entgegengesetzten Kopffläche des Kolbens (22) eine Druckfeder (60) vorgesehen ist, um den entsprechenden Kolben in Richtung Antriebswelle zu belasten.
  8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Betätigungsorgan mit dem Exzenterring (56) in einer nicht drehbaren ringförmigen Zwangsführung (62) gelagert ist und dass die jeweiligen Kolben (22) in radialer Richtung an der Zwangsführung (62) befestigt sind.
  9. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (10) von der Flüssigkeit durchströmt ist und dass sämtliche sich bewegende Teile von der Flüssigkeit geschmiert und gekühlt werden.
  10. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwelle (50) mit Hilfe von mechanisch, hydraulisch und elektrisch verstellbaren Betätigungsorganen (66, 70, 68) axial gegen die Wirkung der Druckfeder (52) verstellbar ist.
  11. Verwendung einer Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Kraftstoffversorgung der Triebwerke eines Flugzeuges.
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