DE3121528A1

DE3121528A1 - Radialkolbenmaschine, insbesondere kugelkolbenpumpe

Info

Publication number: DE3121528A1
Application number: DE19813121528
Authority: DE
Inventors: Ludwig 6000 Frankfurt Budecker; Georg 6230 Frankfurt Obersteiner
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1983-01-05
Also published as: US4555223A; IT8221367A0; GB2110770B; JPH0330579U; FR2506855B1; FR2506855A1; JPS57200677A; GB2110770A; IT1151174B

Description

ALFRED TEVES GMBH HK/kl

Frankfurt am Main P 5045

L. Budecker G. Obersteiner -

Radialkolbenmaschine, insbesondere Kugelkolbenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenmaschine mit zumindest einem Kugelkolben, insbesondere Kuge!kolbenpumpe, deren an einem äußeren Hubring oder Stator abrollbare Kugeln mit einer zylindrischen Hülse drehbar verbunden sind, die dicht in einer Radialbohrung eines auf einem feststehenden, mit Zu- und Abflußkanälen versehenen Steuerzapfen drehbaren Rotors gleitet.

Eine Kugelkolbenmaschine der vorgenannten Bauart ist aus DE-OS '29 08 Ο96 bekannt. Die in einem Paßsitz zur Rotorradialbohrung stehende verschiebliche zylindrische Hülse bewirkt eine Spaltabdichtung zwischen Rotor und Hülse , durch die Verluste in der Dichtheit in Kauf genommen werden müssen, die den Wirkungsgrad der Maschine beeinträch-

tigen, insbesondere bei höheren Drücken und/oder geringen Viskositäten des Betriebsmediums.

Aufgabe der Erfindung ist, die bekannte Kugelkolbenmaschine dahingehend zu verbessern, daß ein guter Wirkungsgrad selbst bei höheren Drücken und/oder geringen Viskositäten des Betriebsmediums gegeben ist, und zwar mit Hilfe baulich einfacher Mittel.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß das radial innere mit der Druckseite der Maschine in Verbindung bringbare Ende der Hülse eine Dichtlippe aufweist. Durch die Erfindung wird der Druck des Betriebsmediums auf der Druckseite ausgenutzt, um eine exakte Abdichtung zwischen Rotor und Stator herzustellen. Im Betrieb erweitert sich die elastische Dichtlippe in Radialrichtung' der Hülse, wobei der Spalt zwischen Hülse und Rotor verringert oder gänzlich aufgehoben wird. Die Hülse ermöglicht eine große Überdeckungslänge. Bei Anlage der Dichtlippe am Rotor im Betrieb wird eine Linienberührung geschaffen, die die Verschiebbarkeit des Kugelkolbenelements praktisch nicht beeinträchtigt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, Hülse und Dichtlippe aus gleichem Material und einstückig auszubilden. Damit ist eine einfache Fertigung des Dicht-Kolben-Elements möglich.

Insbesondere besitzt das Hülsen- und Dichtlippenmaterial einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer ist

312152

als der des Rotors. Dadurch wird bei höheren Betriebstemperaturen der Spalt zwischen Hülse und Rotor weiter verringert, so daß der (volumetrische) Wirkungsgrad selbst dann verbessert wird, wenn das Betriebsmedium eine geringe Viskosität aufweist.

Zweckmäßigerweise nimmt das radial äußere Ende der Hülse pfannenartig die Kugel des Kugelkolbens auf, wobei die Kugel im wesentlichen in einer Linienberührung mit der Hülse steht. Die Hülse ist damit im wesentlichen in Verlängerung der zugeordneten Kugel gelegen/ ohne diese zu umgreifen, wie dies beispielsweise nach DE-OS 29 08 096 der Fall ist. Damit kann das oszillierende Kugel-Hülsen-Element in der Masse weiter verringert werden, und es können beide Einzelteile nicht nur getrennt hergestellt, sondern auch nach einem Zusammenbau bei einem Defekt separat ausgewechselt werden.

Vorteilhafterweise weist die axialsymmetrische Hülse einen mittigen Axialdurchgang auf. Dadurch wird im Betrieb die Kugel direkt durch Hydraulikdruck beaufschlagt und die mechanische Berührung zwischen Kugel und Hülse entlastet, ohne die Dichtwirkung nennenswert zu beeinträchtigen.

Einfache Ausführungsformen der Erfindung sehen ein Kugelelement eines Kolbens vor, das nicht in einem Paßsitz zur Radialbohrung des Rotors steht, weil eine gut eingepaßte Kugel mit geringem Laufspiel infolge der Ausbildung des zwischehgeordneten, die Abdichtung übernehmenden Hülsenelements in vielen Anwendungsfällen nicht erforderlich ist. Bei einer besonderen Ausführungsform· ist jedoch ein Paßsitz der Kugel in der Radialbohrung des Rotors vorgesehen, wobei der Außendurchmesser der Hülse im wesentlichen

gleich dem Kugeldurchmesser ist. In diesem Fall wird eine zusätzliche Abdichtung zwischen Kugel und Rotor geschaffen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben,-es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Kugelkolbenpumpe mit der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Pumpe nach

Fig. 1 im Bereich der Achse des Kugelkolbens , und

Fig. 3 eine Einzelheit der Pumpe der Fig. 1

in einem größeren Maßstab bei schematischer Darstellung..

Die Kugelkolbenpumpe nach den Fig. 1 und 2 umfaßt ein auf der einen Stirnseite geschlossenes topfartiges Gehäuse 18 mit einem Sauganschluß 16 und einem Druckanschluß 17 auf dem Gehäuseumfang.

Im Innern des Gehäuses 18 befindet sich eine Rotor-Stator-Einheit, die über elastische abdichtende Stützkörper 5 in Form von O-Ringen am Gehäuse abgestützt ist, um einen geräuscharmen Betrieb der Pumpe zu ermöglichen. Die Rotor- · Stator-Einheit wird neben den elastischen Stützkörpern 5 in einer drehfesten Lage bezüglich des Gehäuses 18 durch ein Einsatzstück 15 gehalten, das im Druckanschluß zwischen Gehäuse und Stator 4 eingesetzt ist, wobei zwischen Ein-

satzstück 15 und Stator 4 keine metallische Berührung stattfindet, vielmehr zwischengeordnete weitere elastische Stützkörper mit Abdichtwirkung vorgesehen sind.

Die Rotor-Stator-Einheit besteht im wesentlichen aus einem äußeren Stator 4 und einem inneren Rotor 1, der drehbar auf dem einen (gemäß Fig. 1 rechten) Ende eines zentralen Steuerzapfens 8 sitzt, welcher in einer Innenbohrung des Stators 4 aufgenommen ist und einen Zuflußkanal 12 sowie einen Abflußkanal 13 zum bzw. vom Rotorinneren besitzt.

Der Rotor 1 ist mit seiner einen Stirnwand über eine axial- und drehelastische Federkupplung 2 mit dem einen Ende einer Anschlußwelle 22 eines Elektromotors 19 verbunden, wobei die Anschlußwelle in koaxialer Verlängerung des Rotors 1 liegt.

Im Innern des Rotors 1 ist eine durchgehende Radialbohrung ausgebildet, in der diametral entgegengesetzte, radialverschiebliche Kugelkolben 11 angeordnet sind, deren äußere Kugeln 9 an einem exzentrischen Hubring 10 abrollen, der am äußeren Stator 4 verschiebbar gelagert ist.

.Im Betrieb der Kugelkolbenpumpe wird Hydraulikmedium bei einer Drehung des Rotors 1 durch den Sauganschluß 16 auf der Saugseite 7 der Pumpe angesaugt, längs des Umfangraums 21 der Fig. 2 verdichtet und auf der Druckseite 6 der Pumpe über eine Längsbohrung 23 des Stators 4, eine Kammer 24, den Zuflußkanal 12 dem Saugraum 25 auf der radial inneren Seite des Kugelkolbens 11 zugeführt und nach einer weiteren Halbdrehung des Rotors 1 über den Druckraum 26, den Abflußkanal 13 des Steuerzapfens 8 und den Druckan-

Schluß 17 der Pumpe abgeleitet. Hierbei werden die Kugelkolben 11 durch Fliehkraft und den Arbeitsdruck nach außen an den Hubring gedrängt. Im Betrieb der Anordnung wird der Rotor in Axialrichtung durch den erzeugten Pumpendruck in der Kammer 6, 6a gegen die Federkupplung 2 der Anschlußwelle 22 gedrängt, wobei die Einheit in einer axialzentrierten berührungsfreien Lage zum Gehäuse gehalten wird.

In der Radialbohrung des Rotors 1 ist ein Kugelkolben angeordnet, der in größerem Maßstab in Fig. 3 schematisch gezeigt ist.

Der Kugelkolben 11 besteht aus einer äußeren Kugel 9 und einer inneren axialsymmetrischen Hülse 3 mit einem zentralen Axialdurchgang 14.

Das radial äußere Ende der Hülse 3 nimmt pfannenartig die Kugel 9 längs eines mittleren Kugeldurchmessers D₄ auf.

Das radial innere Umfangsende der Hülse begrenzt einen Teil des Druckraums 25 und ist als einstückige Dichtlippe 2O mit gewisser Elastizität zur Radialbohrung des Rotors 1 ausgebildet.

Der Durchmesser D. der Radialbohrung ist geringfügig größer als der Außendurchmesser D₃ der Hülse 3, so daß der Außenmantel 3 der Hülse außerhalb des Bereichs der Dichtlippe 20 eine Spaltabdichtung zum Rotor 1 schafft. Der Kugeldurchmesser D„ entspricht etwa dem Außendurchmesser D₃ der Hülse.

Im Betrieb der Kugelkolbenpumpe steht der Druckraum 25

unter Hydraulikdruck. Bei geringen Drücken und/oder hohen Viskositäten (niedrige Temperaturen) genügt primär die Dichtwirkung zwischen Kugeldurchmesser D„ und Kugelkolbenbohrung D-. Bei höheren Drücken wird die Dichtlippe 20 des Kolbens, der vorzugsweise aus einem gefüllten PTFE gefertigt ist, in Umfangsrichtung erweitert, so daß der Spalt zwischen Hülse 3 und Kolbenbohrung verringert und dadurch eine zusätzliche Abdichtung geschaffen Wird. Bei einer Anlage der Dichtlippe 20 an der Kolbenbohrüng und exakter Anlage der Kugel 9 an der Hülse 3 längs des Durchmessers D. wird die Dichtwirkung der Kugel 9 am Durchmesser D₀ aufgehoben. Der Kugelkolben 11 wird mit der Kraft aus

² (D 2 -If )

Druck mal Fläche F₁ = 1 gegen die Kugel dichtend

¹ 4
am Durchmesser D. gedrückt, während die Gegenkraft aus

2
Druck mal Fläche F₀ -4 an der Dichtfläche ent-

4
lastend wirkt.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Hülsenmaterials ist größer als der des umgebenden Rotors 1. Dadurch wird bei höheren Temperaturen der Spalt zwischen D und D verringert und der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe verbessert. Die Dichtung am Durchmesser D₄ ist auch dann wirksam, wenn die Hülse 3 einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat und die Pumpe höheren Betriebstemperaturen ausgesetzt ist.

Claims

ALFRED TEVES GMBH ' HK/kl

Frankfurt am Main . ρ 5045

L. Budecker G. Obersteiner -

Patentansprüche

y Radialkolbenmaschine mit zumindest einem Kugelkölben, insbesondere Kugelkolbenpumpe, deren' an einem äußeren Hubring oder Stator abrollbare Kugeln mit einer zylindrischen Hülse drehbar verbunden sind, die dicht in einer Radialbohrung eines auf einem feststehenden, mit Zu- und Abflußkanälen versehenen Steuerzapfen drehbaren Rotors gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß das radial innere mit der Druqkseite (6)der Maschine in Verbindung bringbare Ende der Hülse (3)eine Dichtlippe (2o)aufweist.
2. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hülse (3)und Dichtlippe (20) aus gleichem Material und einstückig ausgebildet sind.
3. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsen- und Dichtl'ippenmaterial einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der des Rotors.
4. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e .kennzeichnet, daß das radial äußere Ende der Hülse (3) pfannenartig die Kugel (9) auf nimmt, wobei die Kugel (9) im wesentlichen in einer Linienberührung mit der Hülse (3) steht.
5. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axialsymmetrische Hülse (3) einen mittigen Axialdurchgang (14)aufweist.
6. Radialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D-) der Hülse (3) im wesentlichen dem Kugeldurchmesser (D_) entspricht.