DE10300774A1

DE10300774A1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE10300774A1
Application number: DE2003100774
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl.-Ing. Willared; Klaus Scharinger
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-01-11
Filing date: 2003-01-11
Publication date: 2004-07-22

Abstract

Ein Exzenterlager (5) einer rotierenden Pumpenwelle (1) einer Radialkolbenpumpe, an dem sich in einem Pumpengehäuse (3) angeordnete Pumpenplunger (12) abstützen, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen einer Stirnseite des exzentrisch versetzten Wellenzapfens (4) und dem Boden (7) ein Axialwälzlager angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe mit einer rotierenden Pumpenwelle, deren Endabschnitt einen exzentrisch zu einer Längsmittelachse der Pumpenwelle verlaufenden Wellenzapfen aufweist, wobei auf dem Wellenzapfen ein Radiallager angeordnet ist, dessen Außenring mit einem Boden verschlossen ist und Pumpenplunger beaufschlagt, die sternenförmig in einem Pumpengehäuse radial zur Pumpenwelle angeordnet sind.

Bei hohen Radiallasten durch die Pumpenplunger entsteht im Exzenterlager in Richtung Motor, d.h. in Richtung Pumpenwelle, ein Axialschub, der zum Verschleiß der Exzenterlageranordnung führen kann. Dieser Verschleiß entsteht durch Anlage des Bodens der Nadelbüchse an der Stirnseite des exzentrischen Wellenzapfens. Dabei entsteht metallischer Abrieb, der in das Schmierfett des Exzenterlagers gelangt und dessen Konsistenz verändert, d.h., dieses austrocknet. Die Folge ist eine Verkürzung der Lebensdauer des Exzenterlagers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, an einer Radialkolbenpumpe der gattungsgemäßen Art die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Wälzlageranordnung auf dem exzentrischen Wellenabschnitt zu schaffen, bei der auftretende Axialkräfte verschleißfrei aufgenommen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass zwischen einer Stirnseite des Wellenzapfens und dem Boden ein Axialwälzlager angeordnet ist.

Durch dieses zwischengeschaltete Axialwälzlager wird die gleitende Reibung zwischen der Stirnseite des Wellenzapfens und dem Boden durch rollende Reibung ersetzt. Axiale Kräfte werden auf diese Art mit einem geringeren Reibungsverlust und ohne metallischen Abrieb sicher aufgenommen, so dass die Lebensdauer der Exzenterlagerung erhöht werden kann. Anders ausgedrückt, das Exzenterlager ist im Sinne der Erfindung als ein kombiniertes Radial-Axiallager ausgebildet, dessen Radialteil die radial wirkenden Kräfte und dessen Axialteil die axial wirkenden Kräfte der Pumpenplunger aufnehmen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 beschrieben.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung geht aus Anspruch 2 hervor. Danach soll der Außenring des Radiallagers als eine spanlos geformte mit einem Boden verschlossene Nadelbüchse ausgebildet sein, deren in einem Käfig geführte Lagernadeln auf einer Mantelfläche des Wellenzapfens abrollen, wobei zwischen der Stirnseite des Käfigs und dem Boden das Axialwälzlager angeordnet ist.

Nach den Ansprüchen 3 und 4 vorgesehen, dass das zwischengeschaltete Axialwälzlager entweder ein Nadellager oder ein Kugellager ist, wobei beide alternative Möglichkeiten gleichberechtigt nebeneinander stehen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Axialwälzlagers geht aus Anspruch 5 hervor. Danach soll zwischen dem Käfig und dem Boden eine dem Durchmesser der Nadelbüchse angepaßte einzelne Lagernadel angeordnet sein, die in ihrem Durchmesser eine Abstufung aufweist und auf einer Rotationsachse einen Lagermittelpunkt umkreist. Die Abstufung der Lagernadel sorgt dafür, dass ein Teil von deren Mantelfläche den Kontakt mit den zugehörigen Laufbahnen verliert. Auf diese Weise überwiegt die Rollreibung, so dass ein Abwälzen der Lagernadel erst überhaupt ermöglicht wird. Bei einer nicht abgestuften Lagernadel würden nämlich deren untere Hälfte in Drehrichtung und deren obere Hälfte entgegengesetzt zur Drehrichtung rotieren, so dass zwei gleich große einander entgegen gerichtete Drehmomente deren Rotation verhindern würden.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, dass die Stirnseiten der Lagernadel kalottenförmig ausgebildet sein sollen. Durch diese Abstimmung der Stirnflächen der Lagernadel mit der Aufnahmebohrung der Nadelbüchse entsteht zwischen Stirnfläche und Aufnahmebohrung ein keilförmiger Spalt, der mit Schmiermittel gefüllt die Reibung zwischen Lagernadel und Wandung der Nadelbüchse verringert.

Nach einem weiteren anderen zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 7 soll der Käfig an seinem in Richtung Axiallager weisenden Ende mit einem Boden verschlossen sein. Durch diesen Boden des Käfigs wird der Fettraum der einzelnen Lagernadel abgedichtet.

Aus Anspruch 8 geht hervor, dass der Boden der Nadelbüchse mit einer zentrischen Freistellung versehen ist. Diese zentrische Freistellung sorgt dafür, dass nochmals eine Reibungsverminderung eintritt, weil der Kontakt der einzelnen Lagernadel mit der Bodenfläche nochmals verringert ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung ist in Anspruch 9 beschrieben. Danach ist vorgesehen, dass zwischen dem Käfig und dem Boden der Nadelbüchse zwei auf einer gemeinsamen Rotationsachse liegende Lagernadeln angeordnet sind, die einen Lagermittelpunkt umkreisen.

Ist das erfindungsgemäß zwischen Stirnseite des Käfigs und dem Boden der Nadelbüchse angeordnete Axialwälzlager als ein Kugellager ausgebildet, so sind verschiedene Varianten denkbar.

Nach Anspruch 10 ist in diesem Fall vorgesehen, dass der Boden der Nadelbüchse wenigstens mit drei in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten kreisförmigen Kugellaufbahnen versehen ist, in denen je eine Lagerkugel angeordnet ist, deren andere Laufbahnen von einem geschlossenen Boden des Käfigs gebildet sind.

Eine andere Variante eines Axialwälzlagers in Kugelform geht aus Anspruch 11 hervor. Danach ist vorgesehen, dass der Boden der Nadelbüchse mit einer eine Vielzahl von Lagerkugeln aufnehmenden zentrisch angeordneten Kugelaufnahmerille versehen ist, deren andere Laufbahnen von einer Scheibe gebildet sind.

Nach Anspruch 12 ist es auch möglich, dass der Boden der Nadelbüchse nahezu über seine gesamte Fläche mit einer Vielzahl von Lagerkugeln bedeckt ist, deren andere Laufbahnen von einer Scheibe gebildet sind.

Schließlich sollen nach einem letzten erfindungsgemäßen Merkmal gemäß Anspruch 13 die Wälzkörper des Axiallagers in einem Käfig geführt sein.

Die Erfindung wird an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Teillängsschnitt durch eine Radialkolbenpumpe mit einem auf einem exzentrischen Wellenzapfen einer Pumpenwelle angeordneten Exzenterlager nach dem bisherigen Stand der Technik,
2, 3, 4, 5, 8, 9 und 11 einen Längsschnitt durch unterschiedliche Varianten erfindungsgemäßer Exzenterlager,
6, 10 und 12 einen Querschnitt durch Exzenterlager entsprechenden den Linien VI-VI, X-X, XII-XII in den 2, 9 und 11,
und 7 eine Draufsicht auf ein Axialteil.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der in 1 gezeigte Ausschnitt einer Radialkolbenpumpe läßt eine Pumpenwelle 1 erkennen, die über ein Kugellager 2 in deren Gehäuse 3 gehalten ist. Die Welle 1 weist an ihrem Endabschnitt einen Wellenzapfen 4 auf, der exzentrisch zur Längsmittelachse der Pumpenwelle 1 angeordnet ist. Auf diesem Wellenzapfen 4 ist ein Exzenterlager in Form eines Nadellagers 5 angeordnet, dessen Nadelbüchse 6 einen Boden 7 aufweist, der wiederum eine Erhebung 8 besitzt, die in Richtung Stirnfläche des Wellenzapfens 4 gerichtet ist. Die Nadelbüchse 6 ist linksseitig mit einem radial nach innen gerichteten Bord 9 versehen, so dass in einem Käfig 10 geführte Lagernadeln 11 in axialer Richtung durch den Bord 9 und den Boden 7 gehalten sind. Am Außenmantel der spanlos geformten Nadelbüchse 6 sind mehrere Pumpenplunger 12 ge führt, von denen in der Schnittdarstellung nur einer sichtbar ist. Diese Pumpenplunger 12 verlaufen radial und sternenförmig zur Nadelbüchse 6 des Nadellagers 5. Bei hohen Drehzahlen entsteht durch die Last der Pumpenplunger 12 ein Axialschub, der die Nadelbüchse 6 des Nadellagers 5 in Richtung der Pumpenwelle 1 nach links verschiebt. Dabei läuft die Erhebung 8 des Bodens 7 der Nadelbüchse 6 an der Stirnfläche des Wellenzapfens 4 gleitend an. Dadurch entsteht eine hohe Reibung und es kann metallischer Abrieb gebildet werden, der sich negativ auf die Lebensdauer des Exzenterlagers auswirkt.
Wie die 2, 3, 4 und 6 erkennen lassen, ist zwischen dem Käfig 10 und dem Boden 7 der Nadelbüchse 6 eine als Axiallager wirkende einzelne Lagernadel 13 angeordnet, deren Länge so bemessen ist, dass sie über ihre Stirnseiten durch die Innenwandung der Nadelbüchse 6 geführt ist. Dies hat den Vorteil, dass zur Führung kein zusätzlicher Käfig erforderlich ist. Die Lagernadel 13 weist über ihre axiale Länge einen abgestuften Durchmesser auf, der in seiner räumlichen Ausdehnung kleiner als der unabgestufte Teil ist. Wie insbesondere 6 zeigt, weist die Lagernadel 13 eine Rotationsachse 14 auf, mit der sie den Lagermittelpunkt 15 umkreist. Zur Verringerung der Gleitreibung ist der Boden 7 der Nadelbüchse 6 mit einer zentrischen Freistellung 16 versehen. Auf diese Weise ist ein kombiniertes Radial-Axiallager gebildet, wobei dessen Radialteil aus im Käfig 10 geführte Lagernadeln 11 und dessen Axialteil aus der abgestuften Lagernadel 13 besteht. Wie die 2 und 3 weiter zeigen, ist der Käfig 10 des radialen Lagerteils mit einem Boden 10.1 versehen, so dass der nicht dargestellte Wellenzapfen 4 mit seiner Stirnfläche an diesem Boden 10.1 anliegt. Dieser Boden des Käfigs 10 fehlt in 4, so dass der Wellenzapfen 4 mit seiner Stirnfläche direkt an der abgestuften Lagernadel 13 anliegt. Wie die 6 auch zeigt, ist die abgestufte Lagernadel 13 an ihren beiden stirnseitigen Enden kalottenförmig ausgebildet, so dass die Reibung zwischen Lagernadel 13 und Innenwandung der Nadelbüchse 6 nochmals verringert ist. Ein wesentlicher Vorteil dieser Lagervariante ist darin zu sehen, dass diese aufgrund der Verwendung von nur einer Lagernadel 13 sehr kostengünstig ist. Es ist weiter von Vorteil, dass im Bereich des Axialteils des kombinierten Lagers ein Freiraum gebildet ist, der als Schmiermittelvorratsraum nutzbar ist.
In 5 ist die in Anspruch 9 erfindungsgemäß beschriebene Variante dargestellt. Danach wird der axiale Lagerteil durch zwei Lagernadeln 17, 18 gebildet, die zwischen dem Käfigboden 10.1 des Käfigs 10 und dem Boden 7 der Nadelbüchse 6 angeordnet sind. Diese beiden Lagernadeln 17, 18 liegen auf der gemeinsamen Rotationsachse 14 und umkreisen wiederum den Lagermittelpunkt 15. Da die beiden Lagernadeln 17, 18 eine axiale Länge aufweisen, die geringer als der Innenradius der Nadelbüchse 6 ist, müssen diese im Käfig 19 angeordnet sein, damit sie wiederum den Lagermittelpunkt 15 mit der gemeinsamen Rotationsachse 14 umkreisen können.
Der in 8 gezeigte Axiallagerteil des kombinierten Radial-Axiallagers ist als ein Kugellager ausgebildet und zeichnet sich dadurch aus, dass der Boden 7 der Nadelbüchse 6 mit wenigstens drei in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten kreisförmigen Kugellaufbahnen 20 versehen ist, in denen je eine Lagerkugel 21 angeordnet ist. Die andere Laufbahn der drei Lagerkugeln 21 wird vom Boden 10.1 des Käfigs 10 des Radiallagers gebildet.
Der in den 9 und 10 dargestellte Axiallagerteil des kombinierten Radial-Axiallagers ist ebenfalls als ein Kugellager ausgebildet und zeichnet sich dadurch aus, dass der Boden 7 der Nadelbüchse 6 mit einer zentrisch angeordneten Kugelaufnahmerille 22 versehen ist, in der eine Vielzahl von Lagerkugeln 23 angeordnet sind. Die zugehörige andere Laufbahn dieser Lagerkugeln 23 wird von einer Scheibe 24 gebildet, die sich am rechtsseitigen Ende des Käfigs 10 des Radiallagers 5 anschließt und die Querschnitt gemäß 9 aber nicht gezeigt ist. Wie die 10 erkennen lässt, sind die Lagerkugeln 23 von der Kugelaufnahmerille 22 ohne Käfig, dass heißt einander berührend aufgenommen. Diese könnten alternativ auch durch einen Käfig geführt sein.
In den 11 und 12 ist eine weitere erfindungsgemäße Variante gezeigt, bei der der axiale Lagerteil wiederum als ein Kugellager ausgebildet ist. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass der Boden 7 der Nadelbüchse 6 nahezu vollständig mit Lagerkugeln 23 bedeckt ist. Die andere Laufbahn wird durch die Scheibe 24 gestellt, die sich an den Käfig 10 des radialen Nadellagers 5 anschließt, aber in der Schnittdarstellung gemäß 12 wiederum nicht dargestellt ist.

1: Pumpenwelle
2: Kugellager
3: Gehäuse
4: Wellenzapfen
5: Radiallager
6: Nadelbüchse
7: Boden
8: Erhebung
9: Bord
10: Käfig
10.1: Boden
11: Lagernadel
12: Pumpenplunger
13: Lagernadel
14: Rotationsachse
15: Lagermittelpunkt
16: Freistellung
17: Lagernadel
18: Lagernadel
19: Käfig
20: Kugellaufbahn
21: Lagerkugel
22: Kugelaufnahmerille
23: Lagerkugel
24: Scheibe

Claims

Radialkolbenpumpe mit einer rotierenden Pumpenwelle (1 ), deren Endabschnitt einen exzentrisch zu einer Längsmittelachse der Pumpenwelle (1) verlaufenden Wellenzapfen (4) aufweist, wobei auf dem Wellenzapfen (4) ein Radiallager (5) angeordnet ist, dessen Außenring mit einem Boden (7) verschlossen ist und Pumpenplunger (12) beaufschlagt, die sternenförmig in einem Pumpengehäuse (3) radial zur Pumpenwelle (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Stirnseite des Wellenzapfens (4) und dem Boden (7) ein Axialwälzlager angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring des Radiallagers (5) als eine spanlos geformte mit dem Boden (3) verschlossene Nadelbüchse (6) ausgebildet ist, deren in einem Käfig (10) geführte Lagernadeln (11) auf einer Mantelfläche des Wellenzapfens (4) abrollen, wobei zwischen der Stirnseite des Käfigs (10) und dem Boden (3) das Axialwälzlager angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialwälzlager ein Nadellager ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialwälzlager ein Kugellager ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Käfig (10) und dem Boden (7) eine dem inneren Durchmesser der Nadelbüchse (6) angepaßte einzelne Lagernadel (13) angeordnet ist, die in ihrem Durchmesser eine Abstufung aufweist und auf einer Rotationsachse (14) einen Lagermittelpunkt (15) umkreist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten der Lagernadel (13) kalottenförmig ausgebildet sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (10) an seinem in Richtung Axiallager weisenden Ende mit einem Boden (10.1) verschlossen ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (7) der Nadelbüchse (6) mit einer zentrischen Freistellung (16) versehen ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Käfig (10) und dem Boden (7) der Nadelbüchse (6) zwei auf einer gemeinsamen Rotationsachse (14) liegende Lagernadeln (17,18) angeordnet sind, die einen Lagermittelpunkt (15) umkreisen.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (7) der Nadelbüchse (6) wenigstens mit drei in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten kreisförmigen Kugellaufbahnen (20) versehen ist, in denen je eine Lagerkugel (21) angeordnet ist, deren andere Laufbahnen von einem geschlossenen Boden (10.1) des Käfigs (10) gebildet sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (7) der Nadelbüchse (6) mit einer eine Vielzahl von Lagerkugeln (23) aufnehmenden zentrisch angeordneten Kugelaufnahmerille (22) versehen ist, deren andere Laufbahn von einer Scheibe (24) gebildet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (7) der Nadelbüchse (6) nahezu über seine gesamte Fläche mit einer Vielzahl von Lagerkugeln (23) bedeckt ist, deren andere Laufbahn von einer Scheibe (24) gebildet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (17,18) des Axiallagers in einem Käfig (19) geführt sind.