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Die Erfindung bezieht sich auf Pumpenaggregate mit mindestens einer Kolbenpumpe und einem Elektromotor, von dessen wenigstens eine Stirnwand des Motorgehäuses durchsetzender Welle der Kolben der Pumpe über einen Exzenter antreibbar ist.
Pumpen, deren Kolben von einem Exzenter angetrieben wird (z. B. USA-Patentschriften Nr. 2, 253, 152, Nr. 3, 062, 600 und franz. Patentschriften Nr. 1. 074. 110 und Nr. 1. 259. 853), sowie Pumpenaggregate mit Kolbenpumpe und elektromotorischen Antrieb über einen Exzenter bzw. eine Kurbelwelle sind bekannt (z. B. brit. Patentschrift Nr. 10, 554 A. D. 1905 und USA-Patentschriften Nr. 3, 066, 610 und Nr. 3, 103, 180).
Sämtliche dieser Aggregate sind mit Nachteilen behaftet, u. zw. handelt es sich in allen Fällen um sehr spezielle, meist mit Zwischenwellen ausgestattete Konstruktionen, die als Gesamtheit konzipiert sind und nicht mit einem der handelsüblichen Elektromotoren ausgerüstet werden können.
Ziel der Erfindung ist ein Pumpenaggregat möglichst einfachen Aufbaues, das trotzdem betriebssicher ist, einen handelsüblichen Elektromotor enthält und dessen Preis demnach nicht mit den Kosten aufwendiger Spezialbestandteile belastet ist. Dieses Ziel ist mit einem Pumpenaggregat des eingangs umrissenen Aufbaues erreichbar, bei welchem erfindungsgemäss die Gehäuse der Kolbenpumpen an der von der Motorwelle durchsetzten Stirnwand des Motorgehäuses mit die Wellenachse senkrecht schneidender oder kreuzender Achse des Pumpenkolbens befestigt sind und der die Kolben sämtlicher Pumpen unmittelbar oder über je einen mit dem betreffenden Kolben koaxialen Stössel antreibenden Exzenter auf den Wellenstummel des Motors aufgesetzt und vorzugsweise an diesem Exzenter in an sich bekannter Weise ein z.
B. als einreihiges, starres und abgedichtetes Kugellager ausgebildetes Wälzlager befestigt ist. Bei dieser Konstruktion ist jede Zwischenwelle zwischen Motor und Pumpe vermieden und hiedurch der Aufbau vereinfacht. Überdies entfallen sowohl die Kosten als auch der Platzbedarf, die aus der Anordnung und Lagerung einer Zwischenwelle entspringen. Der Exzenter kann als einfache Manschette ausgebildet und mit dem Wellenstummel ausschliesslich mittels Madenschrauben drehfest und in Axialrichtung verstellbar verbunden sein. Es bedarf also nur eines in jeder kleinen Werkstätte herstellbaren Bestandteiles, um jeden Elektromotor für den Gebrauch in einem erfindungsgemässen Pumpenaggregat zu adaptieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Pumpengehäuse an der dem Motor zugewendeten Seite eine konkave, auf die Stirnwand des Motorgehäuses passende, zylindrische Stützfläche auf, und an dem Pumpengehäuse sind zwei je mit einem Loch für eine Befestigungsschraube versehene Lappen angesetzt.
Es ist also eine an handelsüblichen, serienmässigen Motoren bereits vorhandene, genügend genau hergestellte Fläche, nämlich der Rand der das Motorgehäuse abdeckenden Stirnwand, zum Aufsetzen der Pumpe ausgenutzt.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die den Hub des Pumpenkolbens bestimmende Exzentrizität des Exzenters etwa gleich dem Zweieinhalbfachen des Verhältnisses des Motoranlaufdrehmomentes zu der Radialkraft ist, die für das dem Exzenter benachbarte Wälzlager der Motorwelle zulässig ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigt Fig. l eine Teildarstellung eines erfindungsgemässen Pumpenaggregates teils in Ansicht, teils im Schnitt, Fig. 2 eine Stirnansicht dieses Aggregates mit Blickrichtung auf die Pumpe bzw. den Exzenter, Fig. 3 eine Stirnansicht der Pumpe bei um 150 gedrehter Blickrichtung, Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines Pumpenaggregates nach der Erfindung, Fig. 5 eine Stirnansicht entsprechend Fig. 2 zur Erläuterung des Zusammenbaues von Pumpe und Elektromotor, Fig. 6 ein Pumpenaggregat mit zwei Pumpen und Fig. 7 eine schematische Darstellung, in welche die auf die Motorwelle und das exzenterseitige Motorlager wirkenden Kräfte eingetragen sind.
Bei dem in Fig. l dargestellten Pumpenaggregat weist die Pumpe ein Gehäuse--l--auf, in welchem ein
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--3-- angeordnet- -9-- übertrifft, sind in die Gehäusebohrung, in welcher sich der Zylinder --3-- befindet, von einer Seite eingebracht. An dieser Seite ist die Bohrung mittels eines Schraubnippels--15--abgeschlossen, der von dem Auslasskanal durchsetzt ist. Erfindungsgemässe Pumpenaggregate können vorteilhaft eingesetzt werden, wenn Flüssigkeit auf verhältnismässig hohe Drücke, z. B. über 100 Kp/cm2, insbesondere 200 bis 300 Kp/cm2 gebracht werden sollen. Für solche Fülle empfiehlt es sich, in dem Zylinder--3--einen Ringkanal--19--
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einer Ausdrehung--23--des Kolbens--5--gebildet ist.
Die diesem Ringkanal zugeführte Druckflüssigkeit, z. B. die mit der Pumpe geförderte Flüssigkeit (s. franz. Patentschrift Nr. 1. 074. 110) stellt eine zusätzliche Dichtung dar, die eine Entlastung der Dichtungsringe zwischen dem Gehäuse und dem Zylinder bzw. Kolben bewirkt.
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das zumindest an einer Seite mit einer Stirnwand--27--abgedeckt ist. An der dem Motor zugewendeten Seite des Pumpengehäuses ist eine zylindrische Stützfläche --37-- ausgebildet, die sich über einen bestimmten
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von der Stützfläche ausgehender, abgesetzter Wandungsabschnitt des Pumpengehäuses liegt gegen die ebene Aussenseite der Stirnwand an.
Zur Verbindung der beiden Bestandteile des Aggregates sind an dem Pumpengehäuse zwei Lappen--31, 31'-angesetzt, die je mit einem Loch--33, 33'-versehen sind und deren dem Motorgehäuse zugewendete, ebene Begrenzungsflächen --38-- mit dem betreffenden Wandungsabschnitt des Pumpengehäuses fluchten und ebenfalls an der Stirnwandaussenseite anliegen. Die Stirnwand ist bei den handelsüblichen, serienmässigen Elektromotoren an dem Motorgehäuse mittels Schrauben befestigt, die in Gewindelöcher des Gehäuses einschraubbar sind. Die Anordnung und Austeilung dieser Gewindelöcher ist genormt. Entspricht der Abstand der Löcher in Lappen dem festgelegten Abstand der Gewindelöcher des Motorgehäuses, so kann die Pumpe mittels in diese Gewindelöcher eingesetzter Schrauben - -35, 35'-- befestigt werden.
Es müssen also keine zusätzlichen Gewindelöcher hergestellt werden, sondern die vorhandenen reichen aus, um die Pumpe mit Schrauben anzuschrauben, die auch zum Befestigen der Stirnwand dienen. Selbstverständlich können in der Stirnwand auch eigene Löcher angeordnet werden, die mit den Löchern in den Lappen fluchten. Die beschriebene Verbindung der Pumpe mit dem Motor sichert zufolge der Anordnung von zusammenwirkenden komplementären Flächen, wie der Stützfläche --37-- und der Umfangsfläche der Stirnwand eine saubere Orientierung der Achse des Pumpenkolbens --5-- gegenüber der Achse der Motorwelle, nämlich ein Schneiden oder Kreuzen dieser Achsen unter einem rechten Winkel.
Der Antrieb der Pumpe erfolgt mittels eines Exzenters-39--, der auf die Motorwelle-41-
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Mantelfläche des Exzenters--39--oder gegen den äusseren Laufring eines Wälzlagers, z. B. eines einspurigen Kugellagers--43--, an, dessen innerer Laufring auf dem Exzenter aufgezogen ist. Die Anordnung von Wälzlagern, welche einen Exzenter umgeben, ist an sich bekannt und dient in vorteilhafter Weise zur Verringerung der Reibung.
Die Pumpe eines erfindungsgemässen Pumpenaggregates kann mit einer den Kolben gegen den Exzenter drückenden Rückstellfeder ausgestattet sein. Eine solche Feder ist nicht notwendig, wenn die Pumpe zum Fördern einer Flüssigkeit bestimmt ist, die schon unter überatmosphärischen Druck eingespeist wird.
Die Befestigung der Pumpe mittels Lappen und angepasster Flächen ist, wie die Erfahrung gezeigt hat, allen beim Betrieb auftretenden Beanspruchungen gewachsen und hat sich bewährt.
Ein erfindungsgemässes Pumpenaggregat mit einer etwas andern Pumpe ist in Fig. 4 veranschaulicht. Das Gehäuse --1'-- der Pumpe bildet einen Mantel, der eine Kammer --47-- umschliesst. In das Gehäuse ist der mit einem Flansch --57-- versehene Zylinder --3'-- eingesetzt, in dem die den Kolben --49-aufnehmende Pumpenkammer ausgebildet ist. Sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil --beide Kugel-Rückschlagventile-sind in einem Block--59--angeordnet, der in einer Ausnehmung des Zylinders sitzt und mittels eines von der Auslassleitung durchsetzten Gewindenippels gehalten ist.
Zwischen dem Zylinder und einem am Ende des Kolbens --49-- angeordneten Teller ist eine Schraubenfeder --61-- eingelegt. An der Aussenseite des Zylinders--3'-ist eine Ausdrehung angebracht, die über eine gewisse Länge reicht und die von einem zylindrischen Filtermantel--127--abgedeckt ist. Der Filter und die Sohle der Ausnehmung begrenzen einen Ringraum, der über radiale Kanäle mit einer Ringnut des Blockes --59-- kommuniziert. Von dieser Ringnut geht ein zu dem Einlassventil führender Strömungsweg für die durch den Einlass--7'-, der in die Kammer--47--ausmündet, der Pumpenkammer aus dieser durch den Filter --127-- zugeführte, zu fördernde Flüssigkeit aus.
An das Stirnende des Kolbens--49--liegt ein Stössel--51--an, der eine Bohrung des Gehäusebodens --53-- durchsetzt und mittels einer in derselben untergebrachten Dichtung --55-- und vorzugsweise auch mittels einer derselben vorgesetzten Dichtungsmanschette --87-- gedichtet ist, die am kammerseitigen Bohrungsende sitzt. Die Kammer--47--ist über eine Öffnung entleerbar, die mit
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oder der Achse des Stössels --51-- nach Fig.4 Wesentlich verringern, d. h. es ist wünschenswert, wenn der Exzenter --39-- in Axialrichtung der Motorwelle einstellbar ist.
Bei dem Aggregat nach Fig. l ist der Exzenter zwischen zwei Ringen--65 und 69--angeordnet, von denen der erstere,--65--, gegen einen Absatz - -67-- der Welle --41--, der letztere gegen eine Scheibe --71-- abgestützt ist, die mit einer
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Kopfschraube--73--an der Welle gehalten ist. Zur Sicherung einer gehörigen und unveränderlichen Festlegung des Exzenters und damit des Wälzlagers--41--genügt es, dem Ring--65--eine passende Breite zu geben.
Zur axialen Fixierung des Lagers--43--auf dem Exzenter--39--ist dieser mit einem Bund versehen und der innere Laufring des Lagers ist zwischen der Schulter dieses Bundes und einem Flachring gehalten, der in die Ringnut des Exzenterkörpers eingesetzt ist.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist der Exzenter als umfänglich von zwei exzentrischen Zylinderflächen begrenzte Manschette gestaltet, die im Bereich ihrer grössten Wandstärke mit zwei in Axialrichtung distanzierten Gewindelöchern versehen ist. In diese Gewindelöcher ist je eine Madenschraube-79 bzw. 79'-eingesetzt und diese Schrauben stützen sich gegen die Aussenfläche der Motorwelle --41-- oder die Sohle einer aus der Welle ausgenommenen Nut--81--ab. Der Exzenter, auf den das aufgezogene Wälzlager zwischen den beiden Gewindelöchern liegt, kann auf der Welle, auf der er mit kleinem Spiel --83-- sitzt, in Axialrichtung bis zum richtigen Gegenüberliegen von Stössel und Wälzlager eingestellt und dann durch Festziehen der Madenschrauben gegen Längsverschiebung und Verdrehung gesichert werden.
Diese Ausführung ist auch dann verwendbar, wenn die Motorwelle keine oder eine zu kurze Keilnut aufweist.
Es versteht sich, dass die axiale Fixierung des Exzenters im Hinblick auf die relativ kleinen aufzunehmenden Kräfte auch mit einer Madenschraube bewirkt werden könnte, welche z. B. in ein Gewindeloch im Bereich des Bundes eingeschraubt ist, gegen dessen Schulter das Wälzlager anliegt.
An Hand von Fig. 5 sei kurz beschrieben, wie man eine einzylindrige Pumpe mit der Stirnwand--27-- eines Elektromotors zu einem erfindungsgemässen Aggregat verbinden kann. Zunächst wird der eine Lappen, z. B.
- -31--, der Pumpe mittels einer unvollständig angezogenen Schraube --35-- auf die Stirnwand aufgesetzt, sodann das Pumpengehäuse--l--in Richtung des Pfeiles--A--, verschwenkt, um das Loch-33'-in dem andern Lappen,--31'-, mit dem zugeordneten Gewindeloch--75--in der Stirnwand auszufluchten, und hierauf die Schraube--35'-eingeführt, ohne sie jedoch vollständig anzuziehen. Dann wird das Pumpengehäuse mit seiner Stützfläche--37--satt auf die Umfangsfläche der Stirnwand angelegt und erst dann werden die beiden Schrauben --35, 35'-- endgültig angezogen.
Es sei erwähnt, dass mit einem Elektromotor auch mehr als eine Kolbenpumpe betrieben werden kann, u. zw. mit einem gemeinsamen Exzenter. Es ist nämlich durchaus möglich, an der von der Motorwelle durchsetzten Stirnwand zwei oder mehrere Pumpengehäuse zu befestigen, die, wie bereits beschrieben, mit Stützflächen ausgestattet sind, welche mit der Umfangsfläche der Stirnwand zusammenwirken.
Fig. 6 veranschaulicht ein Aggregat mit zwei Pumpen der Konstruktion nach Fig. 1. Die beiden Pumpengehäuse und damit die Achsen der Pumpenkolben sind gegeneinander um 1800 versetzt. Diese Anordnung ist vorteilhaft, denn sie erfordert keinen stärkeren Motor als für den Betrieb einer Pumpe notwendig ist. Wegen der räumlichen Versetzung um 1800 sind auch die Zyklen der aus der Arbeit der beiden Pumpen entspringenden, von dem Motor aufzubringenden Drehmomente bzw. sämtliche Gegenkräfte um 1800 phasenverschoben und wirken nicht additiv. Es reicht daher das Anlauf- und das Nenndrehmoment des für den Betrieb einer Pumpe bemessenen Motors auch für zwei derart angeordnete Pumpen aus.
Beispielsweise ist für eine Kolbenpumpe, die 1300 cm3/min auf einen Druck von 355 Kp/cm2 gebrachter Flüssigkeit liefert, ein Elektromotor mit einer Nennleistung von 2 PS bei 3000 Umdr/min erforderlich. Von diesem Motor können zwei solche Pumpen angetrieben werden, wodurch die Fördermenge auf 2600 cm3 Imin gesteigert wird. Hiezu ist lediglich die Anordnung einer zweiten, gegenüber der ersten um 1800 versetzten Pumpe notwendig, was keine Schwierigkeit bietet, da die Gehäuse solcher Motoren, von vornherein mit vier Gewindelöchern zur Aufnahme von Befestigungsschrauben für die Stirnwand versehen sind.
Eines der Ziele, die mit der Erfindung angestrebt werden, und ein mit dieser erreichter Vorteil, ist die Verwendung handelsüblicher, serienmässiger Elektromotoren. Wenn dieser Vorteil nicht geopfert werden soll, muss daher bei jedem Versuch, bei der Auslegung erfindungsgemässer Pumpenaggregate die speziellen Beanspruchungen bestens zu berücksichtigen, der seine Bestandteile unterworfen sind, von Änderungen an dem Motor abgesehen werden. Es ergeben sich jedoch Merkmale, die bei der Konstruktion der Pumpe in vorteilhafter Weise berücksichtigt werden können, wie an Hand der Fig. 7 erläutert sei.
Von dem Stössel--51--wird auf das Wälzlager-43--bzw. auf den Exzenter--39--und damit auf die Welle--41--am Ort des Exzenters eine Kraft--F--ausgeübt, die der Summe aus der Rückstellkraft--R--der Feder-61--und der von dem Kolben --49-- stammenden Kraft p. s (p = Druck der Flüssigkeit in der Pumpenkammer, s = Kolbenquerschnittsfläche) entspricht. Die Motorwelle --41-- ist gegen das Motorgehäuse mittels zweier Wälzlager abgestützt, von denen das dem Exzenter näher liegende mit--77--bezeichnet ist. Dieses Wälzlager --77-- liegt im Abstand--A--, der Exzenter --39-- im Abstand-B-von dem andern Wälzlager des Motors.
Der Biegespannung, die aus der Belastung des Exzenters mit der Kraft--F-am Ort des Lagers--77--resultiert, ist die Motorwelle ohne weiteres gewachsen, hingegen bleibt die aus dem Auftreten der Kraft--F--für das Lager --77-- entstehende Beanspruchung zu berücksichtigen. Ist dieses Lager zur Aufnahme einer Radialkraft--P--dimensioniert, die nicht überschritten werden darf, wenn die Lebensdauer bis zur ersten Überholung nicht unter einen garantierten
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