DE3928375C2

DE3928375C2 - Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE3928375C2
Application number: DE19893928375
Authority: DE
Inventors: Ludwig Budecker
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1989-08-28
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2009-08-29
Also published as: DE3928375A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Kolbenpumpe ist aus der US-PS 41 49 831 bekannt. Mit dieser bekannten Kolbenpumpe läßt sich zwar prinzipiell eine Minderung der Druckpulsationen erreichen, jedoch ist ihr Aufbau sehr kompliziert und durch die große Anzahl von Einzelteilen mit extrem hohem Montageaufwand verbunden. Durch die strömungstechnisch ungünstige Förderung eines Teils der Flüssigkeit, welche von dem Arbeitskolben mit größerem Durchmesser verdrängt wird, in den Arbeitsraum des Arbeitskolbens mit geringerem Durchmesser ist auch der Wirkungsgrad der bekannten Pumpe nicht befriedigend.

Aus der DE 34 19 775 A1 ist eine gattungsgemäße Kolbenpumpe bekannt. Der Arbeitskolben mit dem größeren Durchmesser weist an seiner Stirnfläche einen als metallische Dichtfläche ausgebilde ten Ventilsitz auf, was bei schlechten Dichteigenschaften zu einer hohen Geräuschbildung führt. Außerdem ist der Kolben schwer und weist damit einen geringen Wirkungsgrad auf.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine druckpulsationsarme Kolbenpumpe mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau mit wenigen Einzelteilen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße doppeltwirksame Kolbenpumpe kann je nach Einbaurichtung des zweiten Arbeitskolbens und nach Anordnung von Einlaß oder Auslaß der Pumpe, entweder die Druckpulsationen oder die Saugpulsationen verringert werden. In einem Fall verbessert sich in besonderem Maße das Geräuschverhalten sowie die Beanspruchung des Antriebsmotors, durch ein gleichmäßigeres Moment; im Falle der geringeren Saugpulsationen verbessert sich durch die gleichmäßigere Sauggeschwindigkeit insbesondere die Fördermenge bei tiefen Temperaturen. Der jeweils gewünschte Effekt läßt sich durch geringe Modifikationen (Anordnung von Druck- bzw. Saugventil zuordnung der Dichtfläche zwischen zweiten und ersten Arbeitskolben) festlegen. Hierdurch können jeweils fast sämtliche Einzelbauteile bei der Saug- und bei der druckpulsationsreduzierten Pumpenausführung identisch sein.

Erfindungsgemäß sind die Dichtungsmittel zum Abdichten der Trennfläche zwischen dem zweiten Arbeitskolben und der Anschlagfläche durch einen gestuften, sich axial über den zweiten Arbeitskolben erstreckenden und in eine Durchgangsbohrung des zweiten Arbeitskolbens eingesetzten Dichtring gebildet, wobei sich der dieser Dichtstelle gegenüberliegende Abschnitt des Dichtringes in Form einer Dichtlippe axial über den zweiten Arbeitskolben erstreckt und die äußere Umfangsdichtung des zweiten Arbeitskolbens bildet. Hierdurch läßt sich ein besonders leichter zweiter Arbeitskolben ausführen; gleichzeitig wird eine besonders gute Dichtheit bei geringerer Geräuschbildung erreicht.

Wird schon bei einer erfindungsgemäßen Pumpenausführung mit einem Arbeitsraum das Saug- bzw. Druckpulsationsverhalten einer Mehrkolbenpumpe erreicht, so läßt sich eine weitere Verbesserung dadurch erreichen, daß die Kolbenpumpe als Mehrkolbenpumpe mit gemeinsamen Saug- und/oder Druckanschluß ausgeführt ist.

Die Funktion sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Hierzu zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm über den Druckverlauf während eines Arbeitsspiels,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 ein Druckverlaufsdiagramm für ein Arbeitsspiel,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Zweikolbenpumpe.

Gemäß Fig. 1 weist die erfindungsgemäße Kolbenpumpe ein Gehäuse 1 mit einer Arbeitskammer 6 auf, an welche ein Sauganschluß 2 mit Saugventil 4 und ein Druckanschluß 3 mit Druckventil 5 angeschlossen sind. Die Arbeitskammer 6 wird durch eine erste Bohrung 7 gebildet, an welche sich eine konzentrische zweite Bohrung 8 anschließt, welche sich in Richtung des nicht dargestellten Antriebs (Exzenter, Kurbel oder dergleichen) erstreckt.

In der zweiten Bohrung 8 ist der erste Arbeitskolben 9 axial verschiebbar und gedichtet geführt, welcher sich in die Arbeitskammer 6 hinein erstreckt. Der erste Arbeitskolben 9 wird an seinem der Arbeitskammer 6 gegenüberliegenden Ende durch den Antrieb in Form einer oszillierenden Längsbewegung betätigt. Der erste Arbeitskolben 9 und die zweite Bohrung 8 besitzen einen geringeren Durchmesser als die erste Bohrung 7, in welcher der zweite Arbeitskolben 10 axial verschiebbar und am äußeren Umfang gedichtet geführt ist. Der zweite Arbeitskolben 10 weist eine zentrale Durchgangsbohrung 11 auf, die vom axialen Fortsatz 12 des ersten Arbeitskolbens 9 mit Umfangsspiel durchragt wird. Der axiale Fortsatz 12 ist als zylindrischer Stift aufgeführt, der im ersten Arbeitskolben 9 befestigt ist, und weist an seinem dem ersten Arbeitskolben 9 gegenüberliegenden Ende einen Anschlag 13 auf, der als radiale Erweiterung in Form einer Kugelkalotte ausgebildet ist, wobei die gewölbte Fläche dem ersten Arbeitskolben 9 zugewandt ist.

In den zweiten Arbeitskolben 10 ist ein gestufter Dichtring 14 eingesetzt, dessen Stirnseite 15 bei Anlage des zweiten Arbeitskolben am Anschlag 13 als Ventilsitz für den als Schließkörper wirkenden Anschlag 13 wirkt, wodurch in diesem Falle die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich 16 bzw. 17 der Arbeitskammer 6 unterbrochen ist. Die in die Arbeitskammer 6 ragende Stirnfläche des ersten Arbeitskolbens 9 dient als zweiter Anschlag, welcher die axiale Bewegung des zweiten Arbeitskolben relativ zum ersten Arbeitskolben begrenzt. Diese Stirnfläche ist mit radialen Durchlaßkanälen 18 versehen, so daß bei anliegenden zweiten Arbeitskolben 10 am ersten Arbeitskolben 9 eine Verbindung zwischen den beiden Teilbereichen 16 und 17 sichergestellt ist.

Der sich stufenweise radial erweiternde Dichtring 14 ist an seiner dem ersten Arbeitskolben 9 zugewandten Stirnseite in Form einer Dichtlippe 19 ausgebildet, welche für die Umfangsabdichtung des zweiten Arbeitskolbens 10 sorgt.

Wird der erste Arbeitskolben 9 durch den Antrieb in die Arbeitskammer 6 hineinverschoben, so wirkt er als Tauchkolben; die verdrängte Flüssigkeit wird in den dem ersten Teilbereich 16 der Arbeitskammer 6 zugeordneten Druckanschluß 3 gefördert. Bei der Einwärtsbewegung des ersten Arbeitskolben 9 ist die Verbindung zwischen dem ersten Teilbereich 16 und dem zweiten Teilbereich 17 geöffnet. Dadurch strömt Fluid vom zweiten Teilbereich 17 in den ersten Teilbereich 16. Wird der erste Arbeitskolben anschließend in die entgegengesetzte Richtung bewegt, so legt sich der Anschlag 13 dichtend an die Stirnseite 15 des Dichtringes 14 an und nimmt den zweiten Arbeitskolben 10 zwangsläufig gemäß der Bewegung des ersten Arbeitskolbens 9 mit. Dadurch verkleinert sich der erste Teilbereich 16, wodurch Flüssigkeit in den Druckanschluß 3 gefördert wird; gleichzeitig vergrößert sich der Teilbereich 17, wodurch Flüssigkeit über das Saugventil 4 und den Sauganschluß 2 nachgesaugt wird.

Es wird also beim Herausbewegen des ersten Arbeitskolbens 9 aus der Arbeitskammer 6 das gesamte Flüssigkeitsvolumen für ein Arbeitsspiel angesaugt und eine Teilmenge in den Druckanschluß 3 gefördert; beim Einwärtsbewegen des ersten Arbeitskolbens 9 in die Arbeitskammer 6 wird nicht angesaugt sondern lediglich die zweite Teilmenge gefördert. Dieser Sachverhalt ist - beginnend mit dem oberen Totpunkt des ersten Arbeitskolbens 9 - in Fig. 2 für ein Arbeitsspiel durch gestrichelte Linien dargestellt. Dieses Diagramm macht die geringere Pulsation im Druckanschluß bei einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe nach Fig. 1 deutlich.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei welcher die Saugpulsationen vermindert sind. Im Folgenden werden füreinander entsprechende Teile die Bezugszeichen gemäß Fig. 1 benutzt.

Die erste Bohrung 7, die zweite Bohrung 8, der erste Arbeitskolben 9 mit axialem Fortsatz 12 sowie der letzteren mit Spiel umgebende zweite Arbeitskolben 10 sind im Wesentlichen entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 angeordnet. Allerdings ist der zweite Arbeitskolben 10 mit eingebauten Dichtring 14 um 180° um seine Radialachse verdreht in die erste Bohrung 7 eingebaut, so daß die Dichtlippe 19 vom ersten Arbeitskolben 9 wegweist. Die Stirnseite 15 kleineren Durchmessers des Dichtringes 14 zeigt zum ersten Arbeitskolben 9, dessen Stirnseite kalottenförmig ausgebildet ist, so daß sie dichtend an die. Stirnseite 15 anlegbar ist.

An den vom erstem Arbeitskolben 9 abgewandten Ende des axialen Fortsatzes 12 ist der Anschlag 13 in Form eines mehrere Durchlaßkanäle bildenden und in einer Umfangsnut am axialen Fortsatz eingreifenden Ringelementes ausgebildet. Der den ersten Arbeitskolben 9 umgebende erste Teilbereich 16 der Arbeitskammer 6 ist in diesem Falle mit dem Sauganschluß 2 und dem Saugventil 4 verbunden, während der der zweiten Bohrung 8 gegenüberliegende Teilbereich 17 an den Druckanschluß 3 mit Druckventil 5 angeschlossen ist.

Wird der erste Arbeitskolben 9 vom unteren Totpunkt UT in den oberen Totpunkt OT verschoben, so liegt seine Stirnseite dichtend an der Stirnseite 15 des Dichtringes 14 an, so daß die Verbindung zwischen dem ersten Teilbereich 16 und dem zweiten Teilbereich 17 der Arbeitskammer 6 unterbrochen ist. Während dieser Bewegung wird der zweite Teilbereich 17 verkleinert und das darin befindliche Fluid in den Druckanschluß verdrängt. Gleichzeitig wird der erste Teilbereich 16 vergrößert, wodurch eine Teilmenge Flüssigkeit aus dem Sauganschluß 2 nachgesaugt wird. Wird der erste Arbeitskolben 9 vom oberen Totpunkt in den unteren Totpunkt zurückbewegt, so wird die Verbindung zwischen dem ersten Teilbereich 16 und dem zweiten Teilbereich 17 wieder geöffnet, der zweite Arbeitskolben 10 liegt am Anschlag 13 an und durch das herausbewegen des ersten Arbeitskolbens 9 aus der Arbeitskammer 6 vergrößert sich ihr freies Volumen, so daß während dieser Bewegung eine weitere Teilmenge Flüssigkeit aus dem Sauganschluß 2 nachgesaugt wird.

Vom unteren Totpunkt des ersten Arbeitskolbens 9 ausgehend ist dieser Sachverhalt in Fig. 4 dargestellt, welche die Verringerung der Saugpulsationen verdeutlicht.

Fig. 5 zeigt eine Erfindungsausführung als Radialkolbenpumpe, wobei zwei Kolbeneinheiten welche funktionsmäßig der Ausführung nach Fig. 1 entsprechen, von einem gemeinsamen Exzenter 20 angetrieben werden. Die beiden sich gegenüberliegenden Kolbeneinheiten sind über einen Kuppelring 21 verbunden, welcher den einen ersten Arbeitskolben 9 radial nach innen zieht, wenn der ihm gegenüberliegende erste Arbeitskolben der anderen Kolbeneinheit radial nach außen bewegt wird. Die Radialkolbenpumpe ist symmetrisch zur Längsachse der Antriebswelle 22 ausgeführt. Die ersten Arbeitskolben 9 weisen wiederum axiale Fortsätze 12 auf, welche mit Umfangsspiel vom zweiten Arbeitskolben 10 umgeben sind. Der axiale Fortsatz 12 ist mit einem Anschlag 13 versehen, welcher dichtend an den zweiten Arbeitskolben 10 anlegbar ist, die Stirnseite des Arbeitskolbens ist mit Durchlaßkanälen 18 versehen und der erste Arbeitskolben 9 weist einen geringeren Durchmesser als der zweite Arbeitskolben 10 auf. An den den ersten Arbeitskolben 9 umgebenden ersten Teilbereich 16 des Arbeitsraumes ist der Druckanschluß und das Druckventil 3 angeschlossen, während sich an den zweiten Teilbereich 17 das Saugventil 4 anschließt.

Da die Funktionsweise dieser Radialkolbenpumpe derjenigen von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist, läßt sich auch der Druckverlauf während eines Arbeitsspiels im Diagramm der Fig. 2 darstellen. Wird eine Kolbeneinheit vom unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt verschoben so verschiebt sich die im gegenüberliegende entsprechende Kolbeneinheit vom oberen Totpunkt in den unteren Totpunkt; somit überlagern sich die Pulsationen wie in Fig. 2 dargestellt, wobei der Druckverlauf der einen Kolbeneinheit gestrichelt und derjenige der anderen Kolbeneinheit punktiert dargestellt ist.

Entsprechend läßt sich auch eine Radialkolbenpumpe mit Saugpulsationsverminderung gemäß Fig. 3 darstellen, auf deren zeichnerische Darstellung hier jedoch verzichtet wird. Bei einer derartigen Anordnung würden sich dann entsprechende Überlagerungen allerdings mit der Fördercharakteristik von Fig. 4 ergeben.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Sauganschluß
3 Druckanschluß
4 Saugventil
5 Druckventil
6 Arbeitskammer
7 Erste Bohrung
8 Zweite Bohrung
9 Erster Arbeitskolben
10 Zweiter Arbeitskolben
11 Durchgangsbohrung
12 Axialer Fortsatz
13 Anschlag
14 Dichtring
15 Stirnseite
16 Erster Teilbereich
17 Zweiter Teilbereich
18 Durchlaßkanal
19 Dichtlippe
20 Exzenter
21 Kuppelring
22 Antriebsachse

Claims

1. Kolbenpumpe mit einem Gehäuse und mindestens einem Arbeitsraum, in welchem zwei Arbeitskolben mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind, die durch einen gemeinsamen Antrieb betätigbar sind, wobei der erste Arbeitskolben (9) einen axialen Fortsatz (12) aufweist, auf dem der zweite Arbeitskolben (10), welcher einen größeren Durchmesser als der erste Arbeitskolben (9) aufweist, axial begrenzt verschiebbar gelagert ist, wobei der zweite Arbeitskolben (10) an einen von zwei Anschlägen (9, 13) dichtend anlegbar ist, während in Anlage an den anderen Anschlag ein Durchlaßkanal (18) zwischen diesem Anschlag und dem zweiten Arbeitskolben (10) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmittel (14, 15) zum Abdichten der Trennfläche zwischen dem zweiten Arbeitskolben (10) und dem Anschlag (9, 13) durch einen gestuften sich axial über den zweiten Arbeitskolben erstreckenden und in eine Durchgangsbohrung (11) des zweiten Arbeitskolbens (10) eingesetzten Dichtring (14) gebildet sind.

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßkanal (18) durch Umfangsspiel zwischen dem axialen Fortsatz (12) und dem zweiten Arbeitskolben (10) gebildet ist.

3. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dichtenden Anschlagmittel (15) des zweiten Arbeitskolbens (10) an den Anschlag (9, 13) dem Einlaßraum (16 oder 17) der Pumpe zugeordnet sind.

4. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zwischen dem Pumpeneinlaß (2) als auch zwischen dem Pumpenauslaß (3) und der Arbeitskammer (6) jeweils ein Rückschlagventil (4 bzw. 5) vorgesehen ist.

5. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der der Dichtstelle (15) zwischen dem zweiten Arbeitskolben (10) und dem Anschlag (9, 13) gegenüberliegende Abschnitt des Dichtringes (14) in Form einer Dichtlippe (19) axial über den zweiten Arbeitskolben (10) erstreckt und die äußere Umfangsdichtung des zweiten Arbeitskolbens (10) bildet.

6. Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Mehrkolbenpumpe mit gemeinsamen Saug- und/oder Druckanschluß (2, 3) ausgeführt ist.