DE102023004369A1

DE102023004369A1 - Pumpenvorrichtung

Info

Publication number: DE102023004369A1
Application number: DE102023004369.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Giera
Original assignee: Bieri Hydraulik AG
Current assignee: Bieri Hydraulik AG
Priority date: 2023-10-31
Filing date: 2023-10-31
Publication date: 2025-04-30
Also published as: WO2025093473A1

Abstract

Pumpenvorrichtung mit einer Vielzahl von einzelnen Kolben (10), die in zwei Gruppen (14, 16) unterteilt sind und die für eine gegenläufige Kolbenbewegung einander gegenüberliegend sowie in Reihen hintereinander angeordnet jeweils in einer Kolbenaufnahme (20) längsverfahrbar geführt sind, und mit einem antreibbaren Steuermittel (24), das mit jeweils einer Steuerfläche (26) die einzelnen Kolben (10) einer jeden Gruppe (14, 16) in Hintereinanderfolge von einem Saughub in einen Druckhub und umgekehrt ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerflächen (26) des Steuermittels (24) zwischen den beiden Gruppen (14, 16) von Kolben (10) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenvorrichtung mit einer Vielzahl von einzelnen Kolben, die in zwei Gruppen unterteilt sind und die für eine gegenläufige Kolbenbewegung einander gegenüberliegend sowie in Reihen hintereinander angeordnet jeweils in einer Kolbenaufnahme längsverfahrbar geführt sind, und mit einem antreibbaren Steuermittel, das mit jeweils einer Steuerfläche die einzelnen Kolben einer jeden Gruppe in Hintereinanderfolge von einem Saughub in einen Druckhub und umgekehrt ansteuert.
Durch DE 10 2013 008 679 A1 ist eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauart bekannt, insbesondere für Hydrauliksysteme, mit einer in einem Pumpengehäuse um eine Achse rotierend antreibbaren Zylindertrommel, in der Kolben in einer Reihe hintereinander axial bewegbar angeordnet sind, die sich mit ihrem außerhalb der Zylindertrommel zugänglichen Betätigungsende an einer Schrägscheibe zumindest mittelbar abstützen, die zur Einstellung des Hubes der Kolben und damit des durch diese erzeugten Fluid-Systemdrucks in gewünschte Neigungswinkel relativ zur Achse schwenkbar ist, wobei die Schrägscheibe für ihre Schwenkbewegungen über eine Schrägscheibenlagerung am Pumpengehäuse gelagert ist und wobei eine Zufuhreinrichtung vorgesehen ist, mittels deren unter Systemdruck stehendes Fluid zumindest zur Schrägscheibenlagerung gelangt. Ferner kann eine die Schrägscheibe in Anlage an der Schrägscheibenlagerung haltende Andrückeinrichtung vorgesehen sein. Dergestalt kann auch bei einem Langzeitbetrieb mit einer großen Anzahl von Verstellzyklen und/oder mit hoher Frequenz stattfindenden Schwenkbewegungen der Schrägscheibe eine einwandfreie Lagerung und eine entsprechende hohe Betriebssicherheit gewährleistet werden.
Durch DE 10 2013 008 676 A1 ist eine weitere Axialkolbenpumpe bekannt, insbesondere für den Einsatz innerhalb von Hydrauliksystemen, mit einer in einem Pumpengehäuse um eine Achse rotierend antreibbaren Zylindertrommel, in der Kolben-Zylinder-Einheiten auf einem Kreis versetzt angeordnet sind, wobei die Kolben sich mit ihrem außerhalb der Zylindertrommel zugänglichen Betätigungsende zumindest mittelbar an einer Schrägscheibe abstützen und wobei zwischen den Hubräumen der Kolben-Zylinder-Einheiten und einem stationären Fluidzufluss und einem stationären Fluidabfluss der Anschlussplatte eine Steuereinrichtung angeordnet ist, die Fluidkanäle zur gezielten Überleitung von Fluid vom Fluidzufluss in die Hubräume und von den Hubräumen zum Fluidabfluss aufweist, wobei in der Steuereinrichtung zwischen den Fluidkanälen zumindest ein Druckausgleichskanal zum gezielten Aufbauen oder Ablassen von Fluiddruck in den Hubräumen vorgesehen ist. Dergestalt eröffnet sich die Möglichkeit, auftretende Druckstöße beim Überlaufen der Steuerkanten zwischen Zylindern und den druckseitigen und saugseitigen Fluidkanälen dadurch zu minimieren, dass vor Erreichen eines druckseitigen Fluidkanals ein entsprechender Druckaufbau über einen Druckausgleichskanal oder vor Erreichen eines saugseitigen Fluidkanals ein Druckabbau über einen Ausgleichskanal eingeleitet wird. Hierdurch erfolgt ein Druckaufbau im Bereich der Umsteuerung von Saugseite zu Druckseite auf sanfte Art und Weise.
Durch DE 10 2004 060 954 A1 ist eine gattungsgemäße hydraulische Kolbenmaschine respektive Pumpenvorrichtung bekannt, die in der Art einer sogenannten Doppeltaumelscheibenpumpe konzipiert ist, mit einer Vielzahl von Kolben, die in Reihe hintereinander angeordnet in einem Zylinder verschiebbar geführt sind und die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen, in den Druckmittel über ein am Kolben angeordnetes Saugventil zuführbar und aus dem Druckmittel über ein Druckventil abführbar ist, wobei der Kolben von einem Druckausgleichs-Druckmittelströmungspfad durchsetzt ist, der zumindest abschnittsweise durch ein in den Kolben eingesetztes Kapillarrohr begrenzt ist. Durch Verwendung eines derartigen Kapillarrohres mit gleichbleibendem Kapillardurchmesser entfällt bei der bekannten Lösung die Notwendigkeit, eine zusätzliche Düsenbohrung ausbilden zu müssen, was einem hemmnisfreien Betrieb entgegenkommt.
Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik betreffend eine Doppeltaumelscheibenpumpe liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den genannten Stand der Technik zu verbessern.
Eine dahingehende Aufgabe löst eine Pumpenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Steuerflächen des Steuermittels zwischen den beiden Gruppen von Kolben angeordnet sind, wirken die einzelnen Kolben respektive Pumpenkolben von beiden Seiten gleichermaßen auf das Steuermittel ein, so dass sich die gegenseitig wirkenden Kolbenkräfte aufheben. Insoweit ist auch eine Entlastung für die Lagerung einer Antriebswelle erreicht, die das Steuermittel in der Art einer Taumelscheibe mit den jeweiligen Steuerflächen umlaufend antreibt.
Die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung mit der angesprochenen Kraftkompensation lässt sich insbesondere für das Fördern von Fluiden bei sehr hohen Drücken einsetzen, regelmäßig im Bereich von mehreren 100 bar. Insbesondere kann die Pumpenvorrichtung dafür eingesetzt werden, ein fluidisches Medium in einen mit Wasserstoff gefüllten zentralen Tank zu pumpen, um dergestalt den Wasserstoff zu verdrängen, so dass der derart verdrängte Wasserstoff aus dem Tank zur weiteren Verwendung, beispielsweise im Rahmen eines Fahrzeug-Betankungsvorganges, entnommen werden kann. Es versteht sich, dass die Pumpenvorrichtung aber auch für andere technische Anwendungen ohne Weiteres eingesetzt werden kann, insbesondere im Niederdruckbereich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass die beiden Steuerflächen des Steuermittels Bestandteil einer Steuerscheibe sind, die auf einer Antriebswelle gelagert mittels dieser umlaufend antreibbar ist, und dass die Steuerflächen gegenüber der Antriebswelle aufeinander zugeneigt sind. Dergestalt ist in besonders vorteilhafter Weise platzsparend eine Kraftkompensation im Betrieb der Pumpenvorrichtung erreicht.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Kolben einer jeden Gruppe, vorzugsweise baugleich ausgeführt, paarweise einander gegenüberliegend zu der Steuerscheibe in ihrem jeweiligen Kolbenraum aufgenommen sind. Demgemäß wirken die Kolben einer jeden Gruppe paarweise in einer gemeinsamen Betätigungsebene liegend auf die Steuerflächen der Steuerscheibe ein, die in diesem Pumpenwirkbereich mit derselben Neigung versehen sind, so dass ein vollständiger, gegenseitiger Kräfteausgleich erreicht ist, was einem hemmnis- und verschleißfreien Betrieb zugutekommt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerflächen bei gleicher Neigung in einer fiktiven Verlängerung einen Steuerkonus miteinander begrenzen, dessen Konuswinkel kleiner 30° ist, bevorzugt kleiner oder gleich 20° ist. Durch die Wahl eines konstanten Winkels für den Steuerkonus lässt sich das Verdrängungsvolumen pro Hub für die Pumpenvorrichtung entsprechend mit vorgeben und während des Betriebs konstant halten. Die Pumpenleistung ergibt sich aus Volumenstrom und Druck.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerscheibe mittels eines Mitnehmers drehfest auf der Antriebwelle gelagert ist und axial verschiebbar auf der Antriebswelle geführt mittels einer Zentriereinrichtung in eine Mittenposition zwischen den beiden Gruppen von Kolben positioniert ist. Als Mitnehmer kommen dabei, insbesondere Verbindungen zwischen der Antriebswelle und der Steuerscheibe zum Einsatz, wie eine Verbindung mittels einer Passfeder oder einer Keilwellenverzahnung. Dergestalt ist ein selbstzentrierendes System geschaffen, das etwaige Unebenheiten in der Materialpaarung zwischen Steuerscheibe und Pumpenkolben mittels der Zentriereinrichtung ausgleichen kann, so dass ein reibungsarmer, langandauernder Betrieb mit der Pumpenvorrichtung gewährleistet ist.
Hierzu trägt auch mit bei, wenn in vorteilhafter Weise alle Kolben mit jeweils einem Kolbenende in einer zugehörigen Gleitführung geführt sind, die sich mittels einer Vorspanneinrichtung mit einer vorgebbaren Vorspannung in jeder Stellung der Steuerscheibe an der benachbarten Steuerfläche abstützt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass alle Kolben mit jeweils einem weiteren Kolbenende einen Fluidraum mit veränderlichem Volumen begrenzen, der mittels einer Ventileinrichtung in einem Saughub des jeweiligen Kolbens das Einströmen von Fluid von der Saugseite in den Fluidraum und in einem Druckhub des jeweiligen Kolbens unter Absperrung der Saugseite das Ausströmen von Fluid unter Druck aus dem Fluidraum auf die Druckseite der Pumpenvorrichtung ermöglicht. Dergestalt ist ein kontinuierlicher Pumpenbetrieb mit der Pumpenvorrichtung erreicht.
Dabei weist in vorteilhafter Weise die Ventileinrichtung jedem Fluidraum zugeordnet zwei Rückschlagventile auf, die während des Kolbenbetriebs in jeder Verfahrstellung eines Kolbens die Saug- von der Druckseite separieren. Dergestalt lässt sich auf funktionssichere und kostengünstige Weise ein Pumpenbetrieb realisieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerscheibe in einem Steuerraum innerhalb eines Pumpengehäuses drehbar geführt ist, der mit Anschlussstellen im Pumpengehäuse versehen, einen Ablauf von Lecköl ermöglicht, der aus dem Pumpenbetrieb mit den Kolben resultiert. Unabhängig davon, ob die Pumpenvorrichtung für Hochdruck- oder Niederdruckanwendungen zum Einsatz kommt sowie gegebenenfalls für Anwendungen in einem mittleren Druckbereich, ist eine Leckölabfuhr bei einem demgegenüber deutlich niederen Abgabedruck erreicht.
Für einen effizienten Betrieb der Pumpenvorrichtung ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Saugseite und die Druckseite jeweils in einen Ringraum im Pumpengehäuse ausmünden, an den die Fluidräume aller Kolben angeschlossen sind. Die beiden genannten Ringräume sind demgemäß für einen konstanten Druckverlauf vom Volumen her gleich ausgebildet.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

1 teilweise im Längsschnitt, teilweise in Ansicht die Pumpenvorrichtung als Ganzes; und
2 in vergrößerter Darstellung einen einzelnen Pumpenkolben mit Gleitschuhführung, wie er in der Pumpenvorrichtung nach der 1 verwendet ist.

Die in 1 gezeigte Pumpenvorrichtung weist eine Vielzahl von einzelnen Kolben 10 gleicher Bauart auf, die in Mehrfachanordnung sich konzentrisch um eine Längsachse 12 der Pumpenvorrichtung herum gruppieren. Die Kolben 10 lassen sich in zwei Gruppen 14, 16 unterteilen, wobei jeder Gruppe 14 oder 16 im Rahmen der Mehrfachanordnung bevorzugt mindestens fünf einzelne Kolben 10 oder vorzugsweise mehr zugehörig sind. Für die erfindungsgemäße Lösung genügt aber bereits ein Kolben 10 pro Gruppe 14 oder 16. Die Anzahl der eingesetzten Kolben 10 richtet sich letztendlich nach der angestrebten Pumpenleistung mit der Vorrichtung. Wie sich weiter aus der 1 ergibt, liegen für eine gegenläufige Kolbenbewegung die einzelnen Kolben 10 paarweise einander gegenüber in einer gemeinsamen Achse 18, die parallel zur Längsachse 12 verläuft. Ferner sind die Kolben 10 einer jeden Gruppe 14, 16 in Reihen hintereinander quer zur Längsachse 12 angeordnet, wobei eine Reihe beispielsweise die fünf genannten Kolben 10 einer Gruppe 14 oder 16 gemeinsam aufweist. Die Kolben 10 sind jeweils in einer Kolbenaufnahme 20 im Vorrichtungsgehäuse 22 passgenau geführt und die Verfahrrichtung eines jeden Kolbens 10 in der Kolbenaufnahme 20 erfolgt parallel zu der genannten Längsachse 12.
Ferner ist in 1 ein antreibbares, umlaufendes Steuermittel 24 gezeigt, das mit jeweils einer Steuerfläche 26 die einzelnen Kolben 10 einer jeden Gruppe 14, 16 in Hintereinanderfolge von einem Saughub in einen Druckhub und umgekehrt ansteuert. Dergestalt sind die beiden Steuerflächen 26 des Steuermittels 24 zwischen den beiden Gruppen 14, 16 von Kolben 10 angeordnet. In Blickrichtung auf die 1 gesehen, ist das zuunterst in einer Ebene angeordnete Kolbenpaar 10 bedingt durch die Position des Steuermittels 24 für einen Saughub in der maximal ausgelenkten vorderen Stellung und das zuoberst dargestellte Kolbenpaar 10 befindet sich wiederum bedingt durch das Steuermittel 24 in seiner hintersten eingefahrenen Stellung, bei der ein Druckhub bereits abgeschlossen ist. Die in einer Reihe dazwischen liegenden Kolben 10 nehmen eine dazwischen liegende Kolbenstellung (nicht dargestellt) für jede Reihe einer Gruppe 14, 16 ein.
Wie sich weiter aus der 1 ergibt, sind die beiden einander gegenüberliegenden Steuerflächen 26 des Steuermittels 24 Bestandteil einer Steuerscheibe 28, die auf einer Antriebswelle 30 gelagert mittels dieser umlaufend antreibbar ist, wobei die Steuerflächen 26 gegenüber der Antriebswelle 30, die sich koaxial zur Längsachse 12 erstreckt, aufeinander zugeneigt sind. Die Antriebswelle 30 ist in Blickrichtung auf die 1 gesehen auf ihrer rechten Seite aus dem Vorrichtungsgehäuse 22 herausgeführt und für den Angriff einer Antriebseinrichtung, wie einem Pumpenmotor, mit einer Feder-Nut-Verbindung 32, versehen. Jeder Kolben 10 einer jeden Gruppe 14, 16 ist paarweise einander gegenüberliegend zu der Steuerscheibe 28 jeweils in einem gleich ausgebildeten Kolbenraum 34 aufgenommen, so dass alle Kolbenräume 34 das gleiche Volumen aufweisen.
Die Steuerscheibe 28 ist in der Längsschnittdarstellung nach der 1 als Keil ausgebildet, wobei die Steuerflächen 26 bei gleicher Neigung bezogen auf die Längsachse 12 in einer fiktiven Verlängerung einen Steuerkonus miteinander begrenzen, dessen Konuswinkel kleiner 30° ist, bevorzugt kleiner oder gleich 20° ist. Es versteht sich, dass in Blickrichtung auf die 1 gesehen bei einer Umlaufbewegung der Steuerscheibe 28 um die Längsachse 12 mittels der Antriebswelle 30 um 180°, die engste Stelle der Steuerscheibe 28 mit dem fiktiven Steuerkonus dann oben liegt und die breiteste Stelle unten. Dadurch, dass die Steuerscheibe 28 mittels der Antriebswelle 30 umlaufend angetrieben wird, werden alle Kolben 10 einer jeden Gruppe 14, 16 der Reihe nach hintereinander von einem maximalen Saughub in einen maximalen Druckhub umgesteuert und von dort aus wieder zurück in einen maximalen Saughub.
Die Steuerscheibe 28 ist mittels eines Mitnehmers 36 in Form einer Passfeder drehfest auf der Antriebswelle 30 gelagert und mittels einer als Ganzes mit 38 bezeichneten Zentriereinrichtung pro Seite in eine Mittenposition zwischen den beiden Gruppen 14, 16 von Kolben 10 positioniert. Hierfür weist die Zentriereinrichtung 38 zwei einander gegenüberliegende Zentrierhülsen 40 gleicher Bauart auf, die sich jeweils mit ihrem einen freien Ende an der Steuerscheibe 28 abstützen und mit ihrem anderen freien Ende an einem Energiespeicher in Form einer Druckfeder 42 mit gleicher Federkraft. Die jeweilige Druckfeder 42 stützt sich dabei mit ihrem einen freien Ende an einer innenseitigen Flanschverbreiterung der Zentrierhülse 40 ab und mit ihrem anderen Ende an einer Festlagerstelle in Form eines Festlegeringes 44. Sowohl die Zentrierhülsen 40 als auch die Druckfedern 42 sowie die Festlegeringe 44 erstrecken sich in koaxialer Weise entlang der Längsachse 12 und umfassen dabei die Antriebswelle 30. Ferner ist die jeweilige Druckfeder 42 ringförmig auf dem Außenumfang der Antriebswelle 30 gelagert und wird nach außen hin von der jeweiligen Zentrierhülse 40 umfasst, die jeweils benachbart zu der anderen Zentrierhülse 40 an ihrer freien Stirnseite in eine Führungsmitnahme 46 in der Steuerscheibe 28 eingreift.
Die Antriebswelle 30 ist innerhalb des Vorrichtungsgehäuses 22 mittels mehrerer Gleitlager 48 gelagert und im Rahmen des Durchgriffs nach außen, innerhalb einer Gehäuseplatte 50 an der freien Stirnseite des Vorrichtungsgehäuses 22, in einer Aufnahmebuchse 52 in abgedichteter Weise geführt.
Alle Kolben 10 sind mit jeweils einem freien, vorderen Kolbenende in einer zugehörigen Gleitführung geführt, die man fachsprachlich auch als Gleitschuh 54 bezeichnet. Die jeweilige Gleitführung stützt sich dabei mittels einer Vorspanneinrichtung 56 mit einer vorgebbaren Vorspannung in jeder Stellung der Steuerscheibe 28 an der zugehörigen benachbarten Steuerfläche 26 ab. Die Details einer solchen Kolben-Gleitschuh-Paarung 10, 54 für die in 1 gezeigte Axialkolbenmaschine, insbesondere in Form einer Schrägscheibenmaschine, ist in 2 näher dargestellt. Die angesprochene Paarung 10, 54 weist jeweils den Kolben 10 auf, der endseitig eines Kolbenschaftes 58 einen kugeligen Gelenkkopf 60 aufweist, der von einer Kugelpfanne 62 des Gleitschuhs 54 zumindest teilweise aufgenommen ist. Der angesprochene Gelenkkopf 60 weist entlang seines größten Außenumfanges jedenfalls einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Kolbenschaftes 58 entlang seines größten Außenumfanges, wobei der jeweilige Durchmesser quer zur Verschiebebewegung des Kolbens 10 bestimmt ist.
An der Übergangsstelle zwischen Gelenkkopf 60 und Kolbenschaft 58 ist eine Einschnürung 64 vorhanden, die gegenüber dem jeweils benachbart angrenzenden Gelenkkopf 60 sowie dem Kolbenschaft 58 im Durchmesser reduziert ist, wobei sich die dahingehende Einschnürung 64 insbesondere aus der Fertigung des Kolbens 10 heraus ergibt. Neben einer Materialverfestigung hat die Einschnürung 64 auch die Aufgabe in der Art eines Anschlags die freie Schwenkbewegung des Gleitschuhs 54 auf dem Gelenkkopf 60 zu begrenzen. Der Kolben 10 weist ferner einen Längskanal 66 auf, der im Wesentlichen mit gleichem Innendurchmesser den Kolben 10 durchgehend durchgreift, wobei der Längskanal 66 endseitig des Kolbens 10 über trichterförmige Erweiterungen 68 in die Umgebung austritt.
Insgesamt weist der Gleitschuh 54 zwei Schuhteile 70, 72 auf, die in Zusammenwirken mit dem Gelenkkopf 60 die Kugelpfanne 62 bilden, wobei dahingehend jeder Schuhteil 70, 72 dahingehend eine lagernde Auflage für Teile des Gelenkkopfes 60 des Kolbens 10 ausbildet. Das eine Schuhteil 70 umschließt mit einer Durchmesserverringerung 74 in der Art einer Presspassung den Gelenkkopf 60 des Kolbens 10 derart bündig, dass für den Kolben 10 und/oder den Gleitschuh 54 ausschließlich rotatorische Bewegungen ermöglicht sind und zwar um alle Achsen. Insoweit bildet das eine Schuhteil 70 mit seiner Auflage eine Art linienförmige umlaufende Lagerstelle 76 für den Außenumfang des Gelenkkopfes 60 aus. Das andere Schuhteil 72 hingegen stützt mit seiner Auflage gemäß der Darstellung nach der 2 den Gelenkkopf 60 axial ab und bildet insoweit mit diesem eine schalenförmige weitere Lagerstelle 78 aus.
Des Weiteren weist das eine Schalenteil 70 eine Mittenausnehmung 80 auf, die von dem Gelenkkopf 60 mit seiner freien Stirnseite sowie von dem anderen Schuhteil 72 jeweils zumindest teilweise durchgriffen ist, wobei die Mittenausnehmung 80 mit einer innenzylindrischen Führungsfläche 82 eine Längsführung für den zylindrischen Außenumfang des anderen Schuhteils 72 ausbildet.
Wie bereits dargelegt, ist der Kolben 10 in Längsrichtung gesehen hin und her bewegbar in einer zugeordneten Kolbenaufnahme 20 im Vorrichtungsgehäuse 22 geführt und über seinen Gelenkkopf 60 ist ein Verschwenken des Gleitschuhs 54 mit seinen beiden Schuhteilen 70, 72 ermöglicht, wobei dabei das eine Schuhteil 70 über seine Führungsfläche 82 das andere Schuhteil 72 mitnimmt und umgekehrt. Ferner ist das andere Schuhteil 72 ausgehend von seiner freien Stirnseite von einer Art Düsenkanal 84 durchgriffen, der in einen Fluidraum 86 zwischen dem Schuhteil 72 und dem Kolbenkopf 60 ausmündet, wobei der Fluidraum 86 wiederum fluidführend mit dem Längskanal 66 des Kolbens 10 verbunden ist. Derart lässt sich das mittels der Pumpenvorrichtung zu fördernde Fluid als Schmiermittel über den jeweiligen Kolbenraum 34 und den Längskanal 66 mit den trichterförmigen Erweiterungen 68 in den Fluidraum 86 verbringen und von dort ist eine Versorgung der vorderen, freien Stirnseite 88 des Schuhteils 72 über den Düsenkanal 84 sichergestellt. Für einen verbesserten Schmiermittelauftrag zwischen der freien Stirnseite 88 des Schuhteils 72 und der benachbarten Steuerfläche 26 der Steuerscheibe 28 ist eine kreiszylindrische Vertiefung 90 in die freie Stirnseite 88 des Schuhteils 72 eingebracht, die in direkt medienführender Verbindung mit der Fluidversorgung über den Düsenkanal 84 steht. Dergestalt ist ein hemmnisfreier, verschleißarmer Betrieb durch die genannte interne Schmiermittelzufuhr mit dem zu fördernden Fluid respektive Medium erreicht.
Wie sich des Weiteren aus der 2 ergibt, weist das eine Schuhteil 70 eine ringförmige, flanschartige Verbreiterung 92 auf, die in jedem Verfahrzustand eines Kolbens 10, bedingt durch die Steuerscheibe 28, in Anlage ist mit einem Steuerring 94, der sich an einem Anlagekonus 96 der Vorspanneinrichtung 56 abstützt, der insoweit von einem Energiespeicher in Form einer weiteren Druckfeder 98 vorgespannt ist, die sich mit ihrem einen freien Ende an Teilen des Vorrichtungsgehäuses 22 stationär abstützt und mit ihrem anderen freien Ende in bewegbarer Anlage mit dem Anlagekonus 96 ist (Steuerring 94, Anlagekonus 96 und Druckfeder 98 sind in 1 nur einmal bezeichnet). Für beide Gruppen 14, 16 ist die dahingehende Vorspanneinrichtung 56 gleich aufgebaut. Jedenfalls stellt die jeweilige Vorspanneinrichtung 56 sicher, dass über die auf den Anlagekonus 96 wirkende Druckfeder 98 der dabei mitgenommene Steuerring 94 derart angestellt wird, dass der eine Schuhteil 70 mit seiner Verbreiterung 92 um den Gelenkkopf 60 derart gekippt respektive verschwenkt wird, dass die freie Stirnseite 88 des insoweit in der Bewegung mitgenommenen weiteren Schuhteils 72 in Anlage mit der benachbarten Steuerfläche 26 der Steuerscheibe 28 bleibt. Hierfür sind die einander gegenüberliegenden Flächen von jeweiligem Steuerring 94 in Anlage mit der flanschartigen Verbreiterung 92 und insoweit umfasst der Steuerring 94 das eine Schuhteil 70. Dergestalt kann unmittelbar die Steuerscheibe 28 bei ihrer umlaufenden Drehbewegung, die hieraus resultierende Kraft auf den Kolben 10 für eine Förderbewegung übertragen. Die dahingehend erfolgende Krafteinleitung über den federbelasteten Anlagekonus 96 auf den Steuerring 94 und die Verbreiterung 92 des einen Schuhteils 70 ist in 2 mit Pfeilen angedeutet.
Wie sich weiter aus der 1 ergibt, begrenzt ein quer verlaufender Boden eines jeden Kolbenschaftes 58 den Kolbenraum 34 mit veränderlichem Volumen. Für eine Fluidversorgung ist der jeweilige Kolbenraum 34 über einen Stichkanal 100 mit einem umlaufenden kanalartigen Ringraum 102 im Vorrichtungsgehäuse 22 verbunden. Während der jeweilige Stichkanal 100 parallel zur Längsachse 12 im Pumpen- oder Vorrichtungsgehäuse 22 verläuft, ist eine Fluidanschlussstelle 104 für die Fluid- oder Medienversorgung der Pumpenvorrichtung als Ganzes quer zur Längsachse 12 in das Vorrichtungsgehäuse 22 eingebracht. Über die jeweilige Fluidanschlussstelle 104 kann ein Fluid mit einem sehr hohen Druck, beispielsweise im Bereich über 900 bar der Pumpenvorrichtung zugeführt werden. In der 1 sind in stark vereinfachter Form zwei Rückschlagventile 106, 108 eingezeichnet, einmal auf der Saugseite der Pumpenvorrichtung und einmal auf der Druckseite. Ist die Pumpenvorrichtung nach der 1 in Betrieb, bewegt mit sich drehender Steuerscheibe 28 das zuoberst liegende Paar von Kolben 10 aufeinander zu, wobei die beiden Rückschlagventile 106 öffnen und die Rückschlagventile 108 bleiben saugbedingt in ihrer gezeigten geschlossenen Stellung. Dergestalt strömt Fluid hohen Druckes über die jeweilige Fluidanschlussstelle 104 in den Ringraum 102 und von dort über den Stichkanal 100 in den Kolbenraum 34 ein, wobei sich das Volumen des Kolbenraumes 34 durch die Bewegung des Kolbens 10 dabei zwangsläufig vergrößert. In einer maximalen Ansaugstellung nehmen dabei die Kolben 10 ihre zuunterste Stellung nach der 1 ein.
Anschließend wird bei weiterer Drehung der Steuerscheibe 28 wieder die in 1 gezeigte Position für das obere Kolbenpaar eingenommen mit der Folge, dass der jeweilige Kolben 10 in seine rückwärtige Stellung gelangt bei Verringerung des Kolbenraumes 34. Bei der dahingehenden Ausstoßbewegung von Fluid, schließt das Rückschlagventil 106 und das Ventil 108 öffnet, so dass im Druckhub bei geöffnetem Ventil 108 Fluid unter dem Druckniveau auf der Eingangsseite in Richtung einer Ausgangsseite ausgestoßen wird, über jeweils eine weitere Fluidanschlussstelle 110 im Vorrichtungsgehäuse 22. Für die dahingehende Fluidversorgung der weiteren Fluidanschlussstellen 110 bei geöffnetem Rückschlagventil 108 mündet ein stichförmiger Querkanal, der von der Kugel des Rückschlagventiles 108 blockierbar ist, in einen Ringkanal 112 aus (in 1 nur einmal bezeichnet), in den die jeweilige weitere Fluidanschlussstelle 110 für jede Gruppe 14, 16 einmündet. Bei dem dahingehenden Druckhub ist bei geöffneten Rückschlagventilen 108 das die Saugseite beeinflussende Rückschlagventil 106 geschlossen. Nach Abschluss des Druckhubes überfährt der Kolben 10 den stichförmigen Querkanal mit dem Rückschlagventil 108 und nimmt seine in der 1 vollständig eingefahrene Stellung ein, bevor erneut ein Saughub bei geöffnetem Ventil 106 stattfindet.
Es versteht sich, dass dabei nur die Steuerscheibe 28 im Rahmen der Fluidförderung radial umläuft und die Kolben 10 stationär in ihren Kolbenaufnahmen 20 im Aufnahmezylinder aufgenommen dabei nur hin und her verfahren werden in Richtungen parallel zur Längsachse 12. In jedem Fall kann die Saugseite maximal den gleichen Druck wie die Druckseite haben (Saug < = Druck). Wie sich weiter aus der 1 ergibt, ist die Steuerscheibe 28 in einem sogenannten Steuerraum innerhalb des Vorrichtungsgehäuses 22 drehbar geführt, der mit gegenüberliegenden Anschlussstellen 116, 118 im Vorrichtungsgehäuse 22 versehen ist. Aufgabe der zwei Bohrungen 116, 118 ist der Ablauf von Lecköl und ein aktives Durchspülen als Kühleffekt durchzuführen. Fluid kann von Anschluss 116 zu 118 oder umgekehrt fließen. Der Druck im Gehäuse kann sowohl größer als auch kleiner als der Umgebungsdruck sein. Mit der erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung lassen sich Förderströme unter sehr hohem Druck realisieren, wobei die Vorrichtung als Ganzes weitgehend kräfteausgeglichen ist respektive die auftretenden Kräfte kompensiert werden, so dass ein langandauernder, verschleißfreier Betrieb gewährleistet ist, was so keine Entsprechung im Stand der Technik hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10 2013 008 679 A1 [0002]
DE 10 2013 008 676 A1 [0003]
DE 10 2004 060 954 A1 [0004]

Claims

Pumpenvorrichtung mit einer Vielzahl von einzelnen Kolben (10), die in zwei Gruppen (14, 16) unterteilt sind und die für eine gegenläufige Kolbenbewegung einander gegenüberliegend sowie in Reihen hintereinander angeordnet jeweils in einer Kolbenaufnahme (20) längsverfahrbar geführt sind, und mit einem antreibbaren Steuermittel (24), das mit jeweils einer Steuerfläche (26) die einzelnen Kolben (10) einer jeden Gruppe (14, 16) in Hintereinanderfolge von einem Saughub in einen Druckhub und umgekehrt ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerflächen (26) des Steuermittels (24) zwischen den beiden Gruppen (14, 16) von Kolben (10) angeordnet sind.
Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerflächen (26) des Steuermittels (24) Bestandteil einer Steuerscheibe (28) sind, die auf einer Antriebswelle (30) gelagert mittels dieser umlaufend antreibbar ist, und dass die Steuerflächen (26) gegenüber der Antriebswelle (30) aufeinander zugeneigt sind.
Pumpenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (10) einer jeden Gruppe (14, 16), vorzugsweise baugleich ausgeführt, paarweise einander gegenüberliegend zu der Steuerscheibe (28) in ihrem jeweiligen Kolbenraum (34) aufgenommen sind.
Pumpenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerflächen (26) bei gleicher Neigung in einer fiktiven Verlängerung einen Steuerkonus miteinander begrenzen, dessen Konuswinkel kleiner 30° ist, bevorzugt kleiner oder gleich 20° ist.
Pumpenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe (28) mittels eines Mitnehmers (36) drehfest auf der Antriebwelle (30) gelagert ist und axial verschiebbar auf der Antriebswelle (30) geführt mittels einer Zentriereinrichtung (38) in eine Mittenposition zwischen den beiden Gruppen (14, 16) von Kolben (10) positioniert ist.
Pumpenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kolben (10) mit jeweils einem Kolbenende (60) in einer zugehörigen Gleitführung (54) geführt sind, die sich mittels einer Vorspanneinrichtung (56) mit einer vorgebbaren Vorspannung in jeder Stellung der Steuerscheibe (28) an der benachbarten Steuerfläche (26) abstützt.
Pumpenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kolben (10) mit jeweils einem weiteren Kolbenende einen Kolbenraum (34) mit veränderlichem Volumen begrenzen, der mittels einer Ventileinrichtung (106, 108) in einem Saughub des jeweiligen Kolbens (10) das Einströmen von Fluid von der Saugseite in den jeweiligen Kolbenraum (34) und in einem Druckhub des jeweiligen Kolbens (10) unter Absperrung der Saugseite das Ausströmen von Fluid unter Druck aus dem jeweiligen Kolbenraum (34) auf die Druckseite der Pumpenvorrichtung ermöglicht.
Pumpenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung jedem Kolben raum (34) zugeordnet zwei Rückschlagventile (106, 108) aufweist, die während des Kolbenbetriebs in jeder Verfahrstellung eines Kolbens (10) die Saug- von der Druckseite separieren.
Pumpenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe (28) in einem Steuerraum innerhalb des Pumpenvorrichtungsgehäuses (22) drehbar geführt ist, der mit Anschlussstellen (116, 118) im Vorrichtungsgehäuse (22) versehen, einen Ablauf von Lecköl ermöglicht, der aus dem Förderbetrieb mit den Kolben (10) resultiert und ein aktives Durchspülen des Vorrichtungsgehäuses (22) ermöglicht, um einen zusätzlichen Kühleffekt zu erlangen.
Pumpenvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite und die Druckseite jeweils in einen Ringraum (102, 112) im Vorrichtungsgehäuse (22) ausmünden, an dem die Kolbenräume (34) aller Kolben (10) angeschlossen sind.