DE1005843B

DE1005843B - Hochdruckpumpe oder -motor in axialer Bauweise mit Taumelscheiben oder radialer Bauweise mit Exzentern

Info

Publication number: DE1005843B
Application number: DEW19527A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eduard Woydt
Original assignee: EDUARD WOYDT DR ING
Current assignee: EDUARD WOYDT DR ING
Priority date: 1956-08-02
Filing date: 1956-08-02
Publication date: 1957-04-04

Description

Hochdruckpumpe oder -motor in axialer Bauweise mit Taumelscheiben oder radialer Bauweise mit Exzentern Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckpumpe oder -motor in axialer Bauweise mit Taumelscheiben oder in radialer Bauweise mit Exzentern, von deren Kolben jeweils einer einen benachbarten steuert. Die Erfindung bezweckt, eine solche gegenseitige Steuerung auch bei Maschinen mit stufenloser Verstellung der Durchsatzmenge von \7u11 bis zu einem Maximum in möglichst einfacher Weise durchzuführen. Die genannte Art der Steuerung soll insbesondere bei Maschinen anwendbar sein, deren Kolben direkt, d. ii. ohne Zwischenschaltung von Hebel-oder Balanciergetrieben, mit Exzentern bzw. Taumelscheiben zusammenarbeiten.
Bekannte Maschinen, deren radial oder axial angeordnete Kolben je für sich durch Steuerorgane gesteuert werden, besitzen zwecks Verstellung der Durchsatznieng,- von Null bis zu einem Maximum neben jedem Kolben einen ihm gegenüber phasenverschiebbaren Beikolben, der in demselben Druckraum wie der Kolben arbeitet. Diese Bauweise läßt sich auf Maschinen. bei denen jeder Kolben einen benachbarten Kolben steuert, nicht übertragen, weil die Öffnungs- und Schließzeiten, die jeder Kolben für den benachbarten Kolben bestimmt, bei Verstellung so zu liegen kommen können, daß die Beikolben noch erhebliche Mengen fördern, obgleich das entsprechende Steuerorgan bereits geschlossen ist. Wenn z. B. der Druckraum eines Kolbens eben abgeschlossen wurde und gleich da=nach der Saugraum geöffnet wird. so kann es in der kurzen Zwischenzeit zu untragbaren Drucksteigerungen im Zylinderraum kommen.
Demgegenüber löst die Erfindung die eingangs gestellte _'ufgabe dadurch, daß mit jedem Kolben je zwei oder mehrere phasenverschiebbare Beikolben mit gemeinsamem Druckraum so zusammenarbeiten, daß die Fördermengen der Kolben durch die Phasenverschiebung vergrößert oder bis auf Null verringert werden. Gegenüber der bekannten Bauweise ergibt sich auch insofern ein Vorteil, als der Steuerkolben der bekannten Bauweise nun nicht mehr lediglich Steuerzwecken dient, sondern seinerseits ein seinem Hub entsprechenden Volumen fördert.
Macht man das maximale Gesamtfördervolumen der einem Kolben zugeordneten Beikolben größer als das maximale Föi dervolumen dieses Kolbens. so können Saug- und Druckrichtung der Maschine mit Hilfe der Phasenverschiebung umgekehrt werden. Dies bildet steuerungstechnisch in manchen Fällen erhebliche Vorteile.
Eine bevorzugte Ausführungsform, «-elche Taumelscheiben verwendet, besteht darin, daß mehrere Kolben einer Pumpe bzw. eines -Motors mit einer gemeinsamen Taumelscheibe und die zugehörigen Beikoll>°n in--*t einer zweiten bzw. dritten ihnen gemeinsamen Taum°lscheibe zusammenarbeiten. Dabei werden zweckmäßig die Achsen der sich gegenseitig steuernd; ti Kolben auf einem Kreis und die Achsen der Beikolben auf einem hierzu konzentrischen Kreis angeordnet. je einer von zwei sich gegenseitig .steuernden Kolben arbeitet dann mit einer Taumelscheibe, während die zugehörigen Beikolben mit zwei anderen Taumelscheiben zusammenarbeiten. Der andere Kolben der sich gegenseitig steuernden Kolben arbeitet dann mit einer vierten Taumelscheibe zusammen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel, welches an Stelle von Taumelscheiben Exzenter verwendet, ist so ausgebildet, daß die Achsen der drei Zylinder eines Kolbens und seiner beiden Beikolben sternförmig angeordnet sind, während die Zylinder eines sich mit dem Kolben gegenseitig steuernden zweiten Kolbens parallel zum Zylinder des ersten liegt. Hierbei liegen die dein zweiten Kolben zugeordneten Beikolben sternförmig zu diesem Kolben. Es ist also jeweils ein Kolben mit zwei Beikolben sternförmig an einer Ebene angeordnet, während der sich mit dem genannten Kolben gegenseitig steuernde Kolben mit seinen Beikolhen sternförmig in einer hierzu parallelen Ebene angeordnet ist.
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäß der Erfindung nach der Linie G, H, I, K, L, M der Fig. 3.
Fig. 2 einen Schnitt II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach III-III der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach IV-IV der Fig. 1, Fig. 5 eine Darstellung des Zylinderblockes, Fig. 6 die Ansicht einer anderen Pumpe nach der Erfindung, teilweise in einem Schnitt VI-VI der Fig. 7, Fig.7 einen Schnitt etwa gemäß VII-VII der Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt gemäß VIII-VIII der Fig. 6. Fig. 9 einen Schnitt gemäß IX-IX der Fig. 8 und Fig. 10 die Erläuterung einer anderen Stellung der Teile nach Fig. 9.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 5 ist in einem Gehäuse 1 nebst Deckel 2 eine Welle 3 gelagert, die an ihrem rechten Ende 3a antreibbar ist. Die Welle trägt zwei Gewindespindeln 4 und 5, wobei die Spindel 4 eine doppelt so große Steigung hat wie die Spindel 5. Auf den Spindeln 4 und 5 sitzen Zahnräder 6 und 7, die sich bei Verschiebung in Richtung ihrer Längsachse entsprechend der Steigung der Spindeln 4 und 5 mehr oder weniger stark gegenüber der Welle 3 verdrehen. Zwecks Axialbewegung der Zahnräder 6 und 7 sind sie durch Klauen 8 und 9 gefaßt, die an einem gemeinsamen Teil 10 sitzen, welches eine Gewindebohrung 11 hat, in der eine Spindel 12 mit Handkurbel 13 drehbar ist. Die Spindel 12 ist bei 15 und 14 drehbar, aber unverschiebbar gelagert, so, daß die Klauen 8 und 9 mit den Zahnrädern 6 und. 7 durch Drehung der Kurbel 13 hin-und hergeschoben werden können. Auf der `'Felle 3 sitzt links fest ein Zahnrad 16, welches mit einem Zahnrad 17 kämmt, das einen Teil einer Buchse 18 bildet, die auf dem Zapfen 19 eines Zylinderblockes 20 drehbar ist. Der Zylinderblock ist mit diesem Zapfen 19 bei 22 im Gehäuse 1 und mit einem Zapfen 21 bei 22a im Deckel 2 undrehbar gelagert. Wenn die Pumpe zum Teil eines Flüssigkeitsgetriebes gemacht wird, wird der Zylinderblock 20 bei 22 und 22a drehbar gelagert. Die Buchse 18, die drehbar auf dem Zapfen 19 ist, hat an ihrem inneren Ende eine Taumelscheibe 23. Drehbar auf der Buchse 18 ist ein starres Gehäuse 24, das auf der der Buchse 18 entgegengesetzten Seite starr mit einem Zahnrad 25 verbunden ist. In dem Gehäuse 24 sind Taumelscheiben 26 -und 27 vorgesehen, welche mit weiter unten erläuterten steuerbaren Kolben, z. B. 60 und 61, zusammenarbeiten. Das Zahnrad 25 ist drehbar auf einer Buchse 28, die ihrerseits auf dem Zapfen 21 drehbar aber unverschiebbar ist. Die Buchse 28 trägt einerseits eine Taumelscheibe 29 für die weiter unten erwähnten Breikolben 70b, 71b USW. und andererseits ein Zahnrad 30, welches mit dem Zahnrad 7 kämmt, während das Zahnrad 25 mit dem Zahnrad 6 kämmt.
Mit der Taumelscheibe 26 arbeiten vier Kolben 61, 63, 65, 67 zusammen, die in Bohrungen 41, 43, 45 und 47 des Zylinderblockes verschiebbar sind. Mit der Taumelscheibe 27 arbeiten vier Kolben 60, 62, 64, 66 zusammen, die in Bohrungen 40, 42, 44,46 verschiebbar sind. Die Kolben 60 und 61 steuern sich gegenseitig und haben zu diesem Zweck jeweils einen Steuerhals 60a. In gleicher Weise steuern sich jeweils die Kalben 62, 63 und 64, 65 sowie 66, 67, Die Enden der Zylinder 40 bis 47 sind jeweils durch eine seitliche Einfräsung, beispielsweise 42a, mit dem Steuerraum des benachbarten Kolbens verbunden. Der gleiche Steuerraum ist jeweils durch Bohrung, beispielsweise 40a, mit je einem der Zylinder, beispielsweise 50, zweier Baukolben 7011 und 70b verbunden. Über den Zylinderblock 20 ist eine Hülse 31 mit Ringkanälen 31a, 31b geschoben, die ihrerseits mit Einfräsungen 32 und 33 im Zylinderblock zusammenpassen. Jeder Steuerhals eines Kolbens, beispielsweise der Steuerhals 60a, vermag also eine Einfräsung 42a wechselweise mit einem der Ringkanäle 32 und 33 zu verbinden. Der Ringkanal 31a ist über eine Bohrung 34 mit einem Axialkanal 35 im Zylinderblock verbunden, während der Ringkanal 31büber eine Bohrung 36 mit einem zweiten Axialkanal 37 des Zylinderblockes verbunden ist. Ein- und Austritt der Flüssigkeit erfolgt durch die Kanäle 35 und 37. Bei Pumpen, deren Zylinderblock nicht umläuft, kann der Ein-und Austritt der Flüssigkeit statt dessen auch durch radial nach außen geführte Rohrleitungen erfolgen.
In den Bohrungen 50 bis 57 befinden sich je zwei Beikolben, beispielsweise 70a und 70b. Die jeweils links (Fig. 1) liegenden Beikolben 70a, 71a, 72a USW. arbeiten zusammen mit der Taumelscheibe 23, während die jeweils rechts liegenden Beikolben 70b, 71b, 72b USW. mit der Taumelscheibe29 zusammenarbeiten. Da jeder der Zylinder 40 bis 47 über eire Bohrung, beispielsweise 40a, mit dem zugehörigen, die Beikolben 70a bis 77a und 70'' bis 77b führenden Zylinder 50 bis 57 verbunden ist, steuert jeder Kolben 60 bis 67 also mit seinem Hals, beispielsweise 6011, nicht nur den benachbarten Kolben, sondern gleichzeitig auch die zu diesem benachbarten Kolben gehörenden Beikolben, beispielsweise 7011 und 70b.
Die Arbeitsweise der Pumpe ist folgende: Wird die Welle 3 angetrieben, so treibt sie über das Zahnrad 16 und das Zahnrad 17 die Taumelscheibe 23 an, die mit dem Beikolben 70a bis 77a zusammenarbeitet. Über das Zahnrad 6 und das Zahnrad 25 treibt die Welle 3 die Taumelscheiben 26 und 27 an. fTber das Zahnrad 7 und das Zahnrad 30 treibt sie die Taumelscheibe 29 an. Werden nun die Gabeln 8 und 9 von links nach rechts verschoben, so werden die Taumelscheiben 26 und 27 um einen bestimmten Winkel verdreht. Gleichzeitig wird die Taumelscheibe 29 gegenüber der Taumelscheibe 23 um einen Winkel verdreht, der doppelt so groß ist wie der erstgenannte Winkel. Da mit jedem Kolben, beispielsweise 61, zwei phasenverschiebbare Beikolben 702 und 70b zusammenarbeiten, kann die Fördermenge des Kolbens 61 durch die Phasenverschiebung der Beikodben 70a und 70b vergrößert oder bis auf Null verringert werden. Bei entsprechender Ausbildung der Taumelscheiben kann das maximale Gesamtfördervolumen der dem Kolben 61 zugeordneten Beikolben 70a und 70b größer als das maximale Gesamtfördervolumen des Kolbens 61 sein. Ist dies, wie beim Ausführungsbeispiel gezeichnet, der Fall, so kann durch Verdrehung der Taumelscheibe29und der beiden Taumelscheiben 26 und 27 gegenüber der Taume-lscheibe 23 einePhasenverschiebung der Beikolben, beispielsweise 7011 und 70b, gegenüber dem Kolben 61 erzielt werden, durch die die Förderrichtung des Kolbens 61 umgekehrt wird. Wenn nämlich die beiden Beikolben 701 und 70b, deren Druckraum mit dem Druckraum des Kolbens 61 verbunden ist, ein größeres Volumen freigeben als der Kolben 61 in der gleichen Zeit verdrängt, dann findet durch die Beikolben keine zusätzliche Förderung, sondern eine Umkehr der Förderrichtung statt. Die Flüssigkeit nimmt beispielsweise folgenden Weg. Flüssigkeit, die durch die Leitung 37 angesaugt wird, gelangt durch die Bohrung 36 in den Ringkanal 31b und die Einfräsung 33 und von hier bei entsprechender Stellung eines Steuerkolbens einerseits in den Zylinder (beispielsweise42) eines zugeordneten Kolbens (beispielsweise 62) und andererseits in den Zylinder 52, der die Beikolben 72a und 72b führt. Von hier gelangt die ausgedrückte Flüssigkeit bei weiterer Drehung der Pumpen über den gleichen Steuerhals in die Einfräsung 32 und den Ringkanal 31a. Der Weg gellt dann weiter über die Bohrung 34 zur Längsbohrung 35. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 bis 10 sind zwei fzolbei. 101 und 102 vorgesehen, die sich in an siez bekannter Weise gegenseitig steuern, wie Fig. 6 zeigt. Der Kolben 101 läuft in einem Zylinder 103, zu dem sternförmig zwei Zylinder 104 und 105 angeorclnet sind. in denen Beikolben 106 und 107 laufen. Durch Federn 108 werden die Kolben und Beikolben nach außen gedrängt. Ihre Bewegung in die Bohrungen 103, 104, 105 hinei_I erfolgt durch Exzenter 109. 110 und 111. Die Exzenter 109 bis 111 sitzen auf Exzenterwellen 109a,110°,111". Die Exzenterwelle 109a trägt zwei Kettenräder 109b und 109e. Die Exzenterwelle 110" trägt ein Kettenrad 110b, während die Exzenterwelle 11111 ein Kettenrad 111b trägt. Das Kettenrad 109b ist mit dem Kettenrad 110b durch eine Kette 112 verbunden, während das Kettenrad 109° mit dein Kettenrad 11111 durch eine Kette 113 verbunden ist. Die Winkelverstellung der Exzenterwellen 10911 und 110a kann dadurch erfolgen, daß das hinlaufende Kettentrum 112a (Fig. 9) gegenüber dem rücklaufenden Kettentruin 112b verlängert oder verkürzt wird. Zu diesem Zweck sind Umlenkräder 114 und 115 vorgesehen, und in gleicher Weise sind für die Kette 113 Umlenkräder 116 und 117 vorgesehen. Die Umlenkräder sind mit ihren Achsen in Gleitstücken 118 gelagert, die in einer Führungsbahn 119 längs verschiebbar sind, und zwar mit Hilfe einer Spindel 120. Diese Spindel trägt ein Rechtsgewinde 121 für das Gleitstück des Umlenkrades 114 und ein Linksgewinde 122 für das Gleitstück des Umlenkrades 115. In entsprechender Weise ist ein Linksgewinde 123 zum Verschieben der Achse des Umlenkrades 116 und ein Rechtsgewinde 124 zum Verschieben der Achse des Umlenkrades 117 vorgesehen. Wird die Spindel 120 gedreht, so wandern die Achsen der Umlenkräder 114 bis 117 auf der Führungsbahn 119, bis sie die Stellung gemäß Fig. 11 erreicht haben. Dabei werden die Wellen 110a und 111" der Exzenter der Beikolben 106 und 107 gegenüber der Welle 109a des zugehörigen Kolbens 101 verdreht. Auch in diesem Fall sind also dem Kolben 101 zwei Beikolben 106 und 107 zugeordnet, die mit diesem in einen gemeinsamen Druckraum arbeiten, und zwar in der Weise, daß die Fördermengen des Kolbens 101 durch die Phasenverschiebung der Beikolben 106 und 107 vergrößert oder bis auf Null verringert wird. Da die Exzenter 110 und 111 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel denselben Kolbenhub erzeugen wie der Exzenter 109 und. da der Durchmesser der Beikolben 106 und 107 gleich dem Durchmesser des Kolbens 101 ist, kann also durch entsprechende Phasenverschiebung der Bewegungen der Kolben 106 und 107 gegenüber den Bewegungen des Kolbens 101 die Förderrichtung der Pumpe umgekehrt werden. Wenn die Beikolben nämlich um 180° gegenüber dem Kolben 101 phasenverschoben sind, so drücken sie bei einem Kolbenhub die doppelte Flüssigkeitsmenge aus, die der Kolben 101 aufzunehmen vermag. Sie liefern also Flüssigkeit entgegengesetzt der Arbeitsrichtung des Kolbens 101, so daß die Förderrichtung der Pumpe umgekehrt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Hochdruckpumpe oder -motor in axialer Bauweise mit Taumelscheibe oder in radialer Bauweise mit Exzentern, von deren Kolben jeweils einer einen benachbarten steuert, dadurch gekennzeiclni°t, daß mit jedem Kolben (beispielsweise 61 oder 101) je zwei (70a, 70b bzw. 106, 107) oder mehrere phasenverschiebbare Beikolben mit gemeinsamen Druckräumen so zusammenarbeiten, daß die Fördermenge des Kolbens (60 oder 101) durch die Phasenverschiebung seiner Beikolben (70a und 70b bzw. 106 und 107) vergrößert oder bis auf Null verringert wird.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Gesamtfördervolumen der einem Kolben (beispielsweise 61 oder 101) zugeordneten Beikolben (70a. 70b bzw. 106, 107) größer als das maximale Fördervolumen dieses Kolbens ist.
3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kolben (61, 63, 65, 67) einer Pumpe bzw. eines Motors mit einer gemeinsamen Taumelscheibe (26) und die zugehörigen B-eikolben (60a, 62a usw, bzw. 60b, 62b USW.) mit einer zweiten (23) bzw. einer dritten (29) ihnen gemeinsamen Taumelscheibe zusammenarbeiten. 4. -Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der sich gegenseitig steuernden Kolben (60 bis 67) auf einem Kreis und die Achsen der Beikolben (beispielsweise 70a, 70b, 7111, 72b) auf einem hierzu konzentrischen Kreis liegen, daß je einer (beispielsweise 61) von zwei sich gegenseitig steuernden Kolben (60..61) mit einer Taumelscheibe (26) und die zugehörigen Beikolben (70a, 70b) mit zwei Taumelscheiben (23, 29) zusammenarbeiten, während die anderen Kolben (60) der sich gegenseitig steuernden Kolben mit einer vierten Taumelscheibe (27) und die zugehörigen Beikolben mit den genannten zweiten und dritten Taumelscheiben (23, 29) zusammenarbeiten. 5. Maschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheiben (26, 27) der Kolben (60 bis 67) unverstellbar miteinander, jedoch verstellbar zur Taumelscheibe (23) der Beikolben (70a bis 77a) der einen Seite umlaufen, während die Taumelscheibe (29) der Beikolben (70b bis 77b) der anderen Kolbenseite durch ein Verstellgetriebe (4 bis 15) gegenüber der Taumelscheibe (23) der Beikolben der ersten Seite stets um den doppelten Betrag der Taumelscheiben (26, 27) der Kolben verstellbar ist, wobei die Taumelscheiben (26, 27) der Kolben starr miteinander verbunden sein können, beispielsweise durch eine Trommel (24). 6. Maschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenseitig steuernden Kolben (60 bis 67) auf einem äußeren Kreis und die Beikolben (70a, 70b usw.) auf einem inneren Kreis angeordnet sind. 7. Maschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolben und Beikolben zugeordneten Zylinder (40 bis 47 und 50 bis 57) in an sich bekannter Weise aus parallelen Bohrungen in einem gemeinsamen Zylinderblock (20) bestehen und die Saug- und Druckleitungen durch Einfräsungen bzw. Eindrehungen (31a, 31b) an der Außenseite des Blockes oder an der Innenseite einer auf den Block übergeschobenen Hülse (31) gebildet sind. B. Maschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanäle für jeden Zylinder durch schlitzförmige Einfräsungen (32. 33, 42a) des Zylinderblockes (20) gebildet sind, die gleichzeitig die Verbindung mit den ringförmigen Saug- bzw. Druckleitungen (31a, 31b) herstellen. 9. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB die Achsen der drei Zylinder (103, 104, 105) eines Kolbens (101) und seiner beiden Beikolben (106,107) sternförmig angeordnet sind, während der Zylinder eines sich mit dem Kolben (101) gegenseitig steuernden zweiten Kolbens (102) parallel zum Zylinder des ersten Kolbens liegt, wobei die dem zweiten Kolben zugeordneten beiden Beikolben entsprechend sternförmig zu ihrem Kolben liegen. 10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (110a, 111a) jedes Exzenters (110, 111) eines Beikolbens (106, 107) mit der Welle (109a) des Exzenters (109) des Kolbens (101) über je eine Kette (112, 113) verbunden ist, wobei das hinlaufende Kettentrum und das rücklaufende Kettentrum zwecks gegenseitiger Verstellung der Exzenterwellen über je ein Umlenkrad (114 bis 117) laufen, deren Achsen derart verschiebbar sind, daB das hinlaufende Trum in gleichem Maße verlängert wird, wie das rücklaufende Trum verkürzt wird, und umgekehrt. 11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dali die Achsen aller vier Umlenkräder (114 bis 117) auf einer geraden Bahn (119) zueinander verschiebbar sind mittels einer Zinks-und Rechtsgewinde aufweisenden Spindel (120). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 576 619; deutsche Auslageschrift K 16 993 I a/59a (Patent Nr. 951413).