NL9400911A - Radiale plunjerpomp - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Radiale plunjerpomp.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een radiale plunjerpomp voor hydraulische vloeistof, omvattende een huis met daarin gevormde radiale cilinders, waarin telkens een plunjer door een excentrische rotor heen en weer beweegbaar is, waarbij elke cilinder een zuigpoort en een perspoort omvat, waarbij de zuigpoort zijdelings in de cilinder uitmondt en de perspoort is begrensd door een om het radiaal buitenste einde van de cilinder gelegen zitting en afsluitbaar is door een in de richting van de zitting veerbelaste persklep.

Een dergelijke radiale plunjerpomp met meerdere stervormig geplaatste radiale cilinders voor het onder druk verpompen van hydraulische olie is algemeen bekend.

De bekende radiale plunjerpomp heeft het nadeel dat deze hinderlijk veel lawaai produceert. Dit aspect is met name van belang voor de toepassing van een radiale plunjerpomp in personenvoertuigen met hydraulische bedienende onderdelen, zoals een hydraulisch bediend cabrioletdak.

Om de lawaaiproduktie van de pomp te reduceren stelt de onderhavige uitvinding voor de radiale plunjerpomp volgens de aanhef zodanig uit te voeren dat de plunjer in zijn radiaal buitenste stand de persklep op een afstand van de zitting houdt. Met andere woorden is de radiale plunjerpomp volgens de onderhavige uitvinding zodanig gedimensioneerd dat de plunjer in zijn radiaal buitenste stand belet dat de persklep onder invloed van de daarop inwerkende veerbelasting tegen zijn zitting kan worden gedrukt. Een dergelijke uitvoering van de radiale plunjerpomp impliceert een contact tussen de plunjer en de persklep, die beiden in het vakgebied van de hydrauliek in de regel uit metaal zijn vervaardigd. De vakman heeft tot op heden deze uitvoering juist vermeden in de veronderstelling dat het contact tussen de plunjer en de persklep een toename van de lawaaiproduktie en een ongewenst grote slijtage van de persklep en de plunjer teweeg zou brengen. Uit proeven met de radiale plunjerpomp volgens de uitvinding is echter het tegendeel gebleken. Een verklaring voor de geconstateerde geringere lawaaiproduktie van de pomp volgens de uitvinding ten opzichte van de bekende radiale plunjerpomp is de volgende.

Bij de pomp volgens de uitvinding wordt tijdens de persslag van de plunjer de persklep van zijn zitting gedrukt door de door de plunjer verplaatste vloeistof. De pomp is zodanig uitgevoerd dat de naar buiten bewegende plunjer de plaats passeert waar de plunjer tegen de persklep zou komen indien de persklep tegen zijn zitting zou liggen. Op dit punt vindt echter nog geen contact tussen de plunjer en de persklep plaatst omdat tussen de plunjer en de persklep een vloeistofkolom aanwezig is. Door het steeds verder af nemen van de bewegingssnel-heid van de plunjer bij het naderen van het buitenste omkeerpunt van zijn beweging wordt de vloeistofkolom tussen de plunjer en de persklep geleidelijk kleiner om uiteindelijk volledig te zijn verdwenen. Contact tussen de persklep en de plunjer geschiedt derhalve pas op een moment dat de bewegingssnelheid van de plunjer, omdat deze zich in de buurt van het buitenste omkeerpunt van zijn beweging bevindt, gering is. Bij de daaropvolgende beweging van de plunjer naar binnen volgt de persklep de beweging van de plunjer, zodat de persklep als het ware door de plunjer gecontroleerd op zijn zitting wordt gelegd bij een lage snelheid.

In tegenstelling tot de radiale plunjerpomp volgens de onderhavige uitvinding beweegt een plunjer van een bekende radiale plunjerpomp tijdens de persslag zover naar buiten dat de plunjer in zijn radiaal buitenste stand net niet tegen de persklep aan zou komen indien de persklep afdichtend tegen de bijbehorende zitting aan zou liggen. Ook bij de bekende pomp drukt de tijdens de persslag door de plunjer verplaatste hydraulische vloeistof de persklep tegen de veerbelasting in van zijn zitting. Bij het naderen van het buitenste omkeerpunt van de beweging van de plunjer neemt de hoeveelheid door de plunjer voortgestuwde vloeistof echter snel af, terwijl direkt na het passeren van het buitenste omkeerpunt door de plunjer een onderdruk onder de persklep wordt veroorzaakt. Dit heeft tot gevolg dat bij de bekende pomp de persklep mede onder invloed van de veerbelasting met een stoot tegen zijn zitting slaat.

Uit de voorgaande analyse kan derhalve worden afgeleid dat bij de pomp volgens de uitvinding het door de plunjerbeweging gecontroleerd op zijn zitting plaatsen van de persklep leidt tot de beoogde reductie van het lawaai van de pomp. Verder is duidelijk dat het contact tussen de plunjer en de persklep bij een lage snelheid geschiedt, waardoor de slijtage van de beide onderdelen niet problematisch is.

Bij voorkeur zijn de vlakken van de kop van de plunjer en van het in het verlengde daarvan gelegen deel van de persklep identiek gevormd, zodat bij onderling aanliggen van deze vlakken van de persklep en van de plunjer geen tussenruimte aanwezig is. Uit de hierboven beschreven verklaring blijkt dat de persklep tegen de plunjer aanligt op het moment dat de persklep bij de naar binnen gerichte beweging van de plunjer wordt tegengehouden door de zitting. Door het op elkaar passen van de samenwerkende vlakken van beide onderdelen ontstaat bij het verder naar binnen bewegen van de plunjer in de pompruimte tussen de op zijn zitting liggende persklep en de plunjer praktisch een vacuum. Zodra de plunjer de zuigpoort vrijgeeft, bewerkstelligt dit vacuum een zeer snel en volledig vullen van de pompruimte tussen de plunjer en de persklep. Door het op de hier beschreven wijze volledig uitsluiten van de mogelijkheid dat zich reeds hydraulische vloeistof in de cilinder bevindt voordat de zuigpoort wordt vrijgegeven, wordt de beschikbare pompruimte optimaal benut.

De radiale plunjerpomp volgens de onderhavige uitvinding heeft een hoger rendement dan de eerder beschreven pomp volgens de stand van de techniek. Dit kan enerzijds worden verklaard doordat bij de bekende plunjerpomp de plunjerbeweging zodanig is gedimensioneerd dat tussen de op zijn zitting liggende persklep en de plunjer in zijn radiaal buitenste stand altijd een vloeistofvolume aanwezig is om contact tussen beide onderdelen te vermijden. Dit achtergebleven vloeistofvolume verkleint de effectief beschikbare pompruimte in de cilinder. Verder valt het sluiten van de persklep van de bekende radiale plunjerpomp, zoals hierboven is beschreven, deels samen met de ingaande zuigslag van de plunjer, zodat tussen de persklep en de kop van de plunjer aanwezige vloeistof mee naar binnen in de cilinder wordt genomen. Dit leidt tot een onvolledige benutting van de pompruimte en tevens tot een geringere onderdruk in de pompruimte op het moment dat de zuigpoort wordt vrijgegeven. Dit laatste heeft een nadelige invloed op het vullen van de pompruimte.

In een voordelige uitvoeringsvorm mondt de cilinder aan zijn radiaal buitenste einde uit in een kamer met grotere diameter, waarbij de overgang tussen de cilinder en de kamer de zitting vormt voor de persklep. Deze uitvoering is eenvoudig te realiseren en heeft tevens het voordeel dat de uitstroming van de door de plunjer voortgestuwde vloeistof niet wordt gehinderd door een zitting met kleinere doorlaat dan de cilinder.

Met voordeel is de persklep een schijflichaam. Het schijflichaam vormt in feite de eenvoudigste en lichtste uitvoering van de persklep voor het afsluiten van de cilinder aan zijn buitenste radiale einde. In combinatie met de hiervoor beschreven kamer kan het schijflichaam in de richting van de langsas van de cilinder verschuifbaar in de kamer worden geplaatst. De persklep heeft bij voorkeur een enigzins kleinere diameter dan de kamer waarin de klep kan verschuiven, zodat de weggeperste vloeistof om de klep heen kan passeren.

In een voordelige uitvoeringsvorm is de persklep van metaal en aan zijn naar de plunjer gekeerde zijde voorzien van een op het metaal gevulcaniseerde rubberlaag. De rubberlaag bewerkstelligt een goede afdichting van de persklep op de zitting en reduceert het lawaai nog verder. In een andere uitvoeringsvorm kan het schijflichaam uit kunststof zijn vervaardigd.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de radiale plunjerpomp volgens de uitvinding. Daarbij toont: fig. 1 een axiale doorsnede door een radiale plunjerpomp volgens de uitvinding over de lijn I-I in fig. 2, fig. 2 een doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1, fig. 3 op grotere schaal het linker onderste deel van de pomp volgens fig. 1, waarbij de plunjer zich in zijn radiaal binnenste stand bevindt, en fig. 4 een aanzicht overeenkomstig fig. 3, waarbij de plunjer zich in zijn radiaal buitenste stand bevindt.

De in fig. 1 getoonde radiale plunjerpomp volgens de uitvinding omvat een cilinderschijfvormig metalen pomphuis 1, dat omgeven is door een metalen mantelring 2. In het pomphuis 1 zijn drie radiaal gerichte cilinders 3 gevormd, waarbij in elke cilinder 3 een cilindrische plunjer 4 heen en weer beweegbaar is. Uiteraard is ook een ander aantal cilinders 3 mogelijk, bijvoorbeeld 5 of 8.

Het pomphuis 1 omgeeft een centrale ruimte 5, waarin de radiaal binnenste, van kopvormige verdikkingen 6 voorziene einden van de plunjers 4 steken en waarin verder het excentrische gedeelte 8 van de met 7 aangeduide rotor is gelegen. De centrale ruimte 5 wordt aan het ene einde afgesloten door een deksel 10, terwijl zich in en op enige afstand van dit deksel 10 binnen het pomphuis 1 kogellagers ll en 12 bevinden, waarin het centrische gedeelte 9, 9a van de rotor 7 draaibaar is gelagerd.

Met 13 is een bijvoorbeeld uit kunststof bestaande verbindingsas aangegeven, die enerzijds in een centrale boring 14 in het centrische gedeelte van de rotor 7 steekt en daarin tegen draaiing geborgd is en anderzijds tegen draaiing geborgd op aandrijfas 15 van een elektrische pompmotor 16 is gestoken.

De ruimte tussen het pomphuis 1 en het huis van de pompmotor 16 wordt naar buiten toe begrensd door een de voortzetting van de mantelring 2 vormende mantel 17, die daarmee de buitenwand vormt van een reservoir 18 voor de te verpompen vloeistof. Vanuit het reservoir 18 kan via een filter 19 vloeistof in een door een betrekkelijk diepe omtreksgroef gevormd aanzuigkanaal 30 treden en via aanzuigpoorten 20 naar elk van de cilinders 3 stromen.

De cilinders 3 monden aan hun radiaal buitenste einden uit in een in de omtrekswand van het pomphuis 1 aangebracht omtrekskanaal 21. De uitmondingen van de cilinders 3 in het omtrekskanaal 21 worden gevormd door kamers 22, die een grotere diameter hebben dan de doorlaat van de cilinders 3. In elke kamer 22 bevindt zich een in de richting van de langsas van de cilinder 3 beweegbare en schijf vormig uitgevoerde persklep 23. De schoudervormige overgang tussen een cilinder 3 en de in het verlengde daarvan gelegen kamer 22 vormt de zitting 23a voor de bijbehorende persklep 23. De perskleppen 23 hebben een kleinere daimeter dan de kamers 22, zodat de door een plunjer 4 weggeperste vloeistof langs klep 23 kan passeren. De perskleppen 23 zijn veerbelast door een in het omtrekskanaal 21 gelegen gemeenschappelijk elastisch sluitorgaan in de vorm van een in tangentiële richting voorgespannen rubberen O-ring 24, die door zijn tangentiële voorspanning een radiaal naar binnen gerichte sluitkracht op elk van de perskleppen 23 uitoefent.

Het omtrekskanaal 21 wordt naar buiten toe afgesloten door een uit kunststof vervaardigde afdichtring 31. Het plaatsen van een afdichtring in het omtrekskanaal 21 heeft het voordeel dat de in het omtrekskanaal 21 heersende persdruk alleen over het oppervlak van het omtrekskanaal 21 tegen de ringmantel 2 drukt. Hierdoor wordt de ringmantel 2 minimaal belast. Het omtrekskanaal 21 staat via een betrekkelijk willekeurig te kiezen radiaal verbindingskanaal 28 in verbinding met een aan de kopse zijde van het pomphuis uistekende aansluitnippel 29 voor een persleiding.

De met hun binnenste einden tegen een excentrisch bewegende ring 25 aanliggende plunjers 4 worden bij het draaien van de rotor 7 in hun cilinders 3 harmonisch heen en weer bewogen. Een kunststof meeneemring 26 bewerkstelligt dat de kopvormig verdikte plunjereinden 6 tegen de ring 25 van het excentrische rotordeel 8 worden gehouden.

Uit fig. 3 blijkt duidelijk dat de afmetingen van de onderdelen van de radiale plunjerpomp zodanig zijn de zuigpoort 20 nagenoeg volledig open is als de plunjer 4 zich in zijn radiaal binnenste stand bevindt. Uiteraard komt deze stand overeen met het binnenste omkeerpunt van de harmonische beweging die de plunjer 4 in de cilinder 3 uitvoert. In deze stand ligt de schijf vormige persklep 23 onder invloed van de voorgespannen O-ring 24 afdichtend tegen zijn zitting 23a.

Fig. 4 toont de plunjer 4 in zijn radiaal buitenste stand.

Het is duidelijk dat de slaglengte van de plunjer 4 zodanig groot is dat de kop van de plunjer over een geringe afstand voorbij het door de zitting 23a gedefinieerde vlak steekt. Dit betekent dat de plunjer 4 in dit buitenste omkeerpunt een aanliggen van de persklep 23 tegen zijn zitting 23a verhindert. Omdat de plunjer 4 aan het einde van zijn persslag vrijwel geen hydraulische vloeistof meer verplaatst, zal de persklep 23 onder invloed van de O-ring 24 naar binnen bewegen en tegen het kopvlak van de plunjer 4 komen te liggen. Op het moment van aanliggen van de persklep 23 tegen de plunjer 4 staat de plunjer 4 nagenoeg stil omdat deze zich nabij zijn omkeerpunt van de beweging bevindt. Bij het weer naar binnen bewegen van de plunjer 4 legt de plunjer 4, die op kleine afstand na het passeren van het omkeerpunt slechts een geringe snelheid heeft bij een harmonische beweging, de persklep 23 behoedzaam op de zitting 23a. Duidelijk is dat door het bij lage snelheid plaatsvindende contact van de persklep 23 met de plunjer 4 en vervolgens van de persklep 23 met zijn zitting 23a weinig geluid wordt voortgebracht terwijl door de lage contactsnelheid de optredende slijtage gering is.

Uit fig. 3 en 4 blijkt verder duidelijk dat de vorm van de vlakken van de kop van de plunjer 4 en de persklep 23 zodanig zijn dat bij een tegen elkaar liggen van beide vlakken geen vloeistof tussen hen aanwezig kan zijn. Dit heeft tot gevolg dat bij het verder naar binnen bewegen van de plunjer 4 in de pompruimte die ontstaat tussen de af dichtend tegen de zitting 23a liggende persklep 23 en de kop van de plunjer 4 praktisch een vacuum wordt bewerkstelligt. Dit betekent niet alleen dat de voor het verpompen van vloeistof in de cilinder 3 beschikbare ruimte optimaal wordt benut maar ook dat de vulling bij het openen van de zuigpoort 20 zeer voordelig plaatsvindt.

Verrasenderwijs is gebleken dat bij de beschreven pomp volgens de onderhavige uitvinding een volumetrisch rendement kan worden behaald dat groter is dan het theoretisch maximum van 100%. De theoretisch maximale pompruimte van een cilinder 3 is begrensd door de persklep 23 in zijn gesloten stand en de plunjer 4 in de stand dat deze de bijbehorende aanzuigpoort 20 juist afsluit. Op het moment dat de plunjer vanuit zijn in fig. 3 getoonde stand weer met hoge snelheid in de richting van de persklep 23 beweegt, zal deze de tussen de kop van de plunjer en de gesloten persklep aanwezige vloeistof kolom voor zich uit stoten en, met name bij een relatief lage druk in het omtrekskanaal 21, de persklep 23 van zijn zitting 23a lichten. De persklep 23 opent dus op een moment dat de zuigpoort 20 ook nog geopend is, waardoor de door de gunstige aanzuiging van vloeistof veroorzaakte stroming nog even gehandhaafd blijft en er dus een groter volume per slag wordt verpompt dan het theoretisch maximum.

Claims (5)

1. Radiale plunjerpomp voor hydraulische vloeistof, omvattende een huis met daarin gevormde radiale cilinders, waarin telkens een plunjer door een excentrische rotor heen en weer beweegbaar is, waarbij elke cilinder een zuigpoort en een perspoort omvat, waarbij de zuigpoort zijdelings in de cilinder uitmondt en de perspoort is begrensd door een om het radiaal buitenste einde van de cilinder gelegen zitting en afsluitbaar is door een in de richting van de zitting veerbelaste persklep, met het kenmerk, dat de plunjerpomp zodanig is uitgevoerd dat de plunjer in zijn radiaal buitenste stand de persklep op een afstand van de zitting houdt.

2. Radiale plunjerpomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vlakken van de kop van de plunjer en van het in het verlengde daarvan gelegen deel van de persklep identiek zijn gevormd, zodat bij onderling aanliggen van de persklep en de plunjer geen tussenruimte aanwezig is.

3. Radiale plunjerpomp volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de cilinder aan zijn radiaal buitenste einde uitmondt in een kamer met grotere diameter, waarbij de overgang tussen de cilinder en de kamer de zitting vormt voor de persklep.

4. Radiale plunjerpomp volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de persklep een schijflichaam is.

5. Radiale plunjerpomp volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de persklep van metaal is en aan zijn naar de plunjer gekeerde zijde is voorzien van een op het metaal gevulcaniseerde rubberlaag.