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Vorrichtung zum Verändern des Hubes eines geradlinig hin- und hergehenden
Maschinenteils Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern des Hubes eines
geradlinig hin- und hergehenden Maschinenteils, das von einer Exzenter- oder von
einer Kurbelwelle über eine Exzenter- bzw. Pleuelstange mit einem in einem Kreuzkopf
gelagerten Ende und über eine starre Verbindungsstange angetrieben ist.
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Es ist bereits ein Getriebe zur Erzielun g einer hin-und hergehenden
Bewegung mit einstellbarer Hublänge bekannt, welches aus zwei sich rechtwinklig
kreuzenden, axial verschieblichen Stangen besteht, die über ein Gleitprismenpaar
miteinander getrieblieh verbunden sind. Dabei ist ein Teil dieses Paares mit der
einen Stange verbunden und läuft in dem anderen Teil des Gleitprismenpaares, welches
seinerseits mit der anderen Stange in Verbindung steht. Eine der erwähnten Stangen
ist dabei die Treibstange, von welcher die andere Stange angetrieben wird. Die Hublänge
der getriebenen Stange ist dadurch veränderlich, daß die Winkelstellung des Prismenpaares
gegenüber den beiden erwähnten Stangen verändert wird.
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Es ist weiterhin eine Verstelleinrichtung für einen um eine Getriebewelle
umlaufenden Hubzapfen bekannt, bei welcher die Verstellung des Abstandes des Hubzapfens
von der Getriebewelle genau in radialer Richtun- von der Mittelachse derselben,
d. h. unter Vermeidung der Rückwirkung der Kräfte, die auf den Exzenter einwirken,
erfolgt. Dabei ist der Exzenterzapfen über ein mit der Antriebswelle umlaufendes
Gestänge derart mit dieser verbunden, daß die Zapfenmitte auf dem kleinen Kreis
eines Kardankreispaares liegt, während der große Kardankreis um die Mitte der Zapfenbewegung
geschlagen ist, wobei der Zapfen ein Kurbelzapfen ist und seine Hubveränderung durch
Abrollen des kleinen im großen Kardankreis erfolgt.
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Diese bekannten Vorrichtungen unterscheiden sich dadurch grundsätzlich
vom Gegenstand der Erfindung, daß bei ihnen eine Exzenter- bzw. Pleuelstange mit
einem in einem Kreuzkopf gelagerten Ende nicht vorliegt. Aufgabe der Erfindung ist
es aber, einen Kreuzkopf mit veränderlichem Hub raumsparend auszubilden.
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Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs be-
schriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kreuzkopf für eine Drehung um seine
Achse zylindrisch ausgebildet und in einer zvlindrischen Bohrung des Gehäuses geführt
ist, daß äer die Exzenter- bzw. Pleuelstange mit dem Kreuzkopf verbindende Bolzen
mit seinen Enden in schraubenlinienförmige Schlitzführungen in der Wand des Kreuzkopfes
greift und daß auf der Mantelfläche des Kreuzkopfes zwischen den Schlitzführungen
ein radial gerichteter Führungsstift vorgesehen ist, der durch eine Ausnehmung der
zylindrischen Bohrung hindurch in einen Schlitz einer Stellscheibe greift, die um
ihre senkrecht zur Achse des Kreuzkopfes in der Ebene des Exzenter- bzw. Kurbelgetriebes
liegende Achse drehbar und in jeder Winkellage feststellbar im Gehäuse gelagert
ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die in die Schlitzführungen
des Kreuzkopfes greifenden Enden des Bolzens und das Ende des Führun-sstiftes kugelförmig
ausgebildet und tragen bezüglich ihrer Winkellage relativ zur Bolzen- bzw. Stiftachse
frei einstellbar gelagerte Gleitrollen, deren Mantelflächen auf den zugeordneten
Schlitzflächen laufen.
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In weiterer Vervollkommnung der Erfindung ist der Umfang der Stellscheibe
f ür ein Zusammenwirken mit einer Verstellvorrichtung mit Zähnen versehen.
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Einem letzten kennzeichnenden Merkmal der Erfindung zufolge kann auf
der Stellscheibe eine Winkelskala vorgesehen sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung
bei sogenannten Zuteilpumpen, d. h. Systemen, die aus zwei oder mehr Zylinder/Kolben-Einheiten
bestehen, über welche vorherbestimmte Durchflußmengen verschiedener
Strömungsmittel
gefördert werden, wobei die von jeder Zylinder/Kolben-Einheit je Zeiteinheit
abgegebene Strömungsmittelmenge kontinuierlich und unabhängig von der Einstellung
der restlichen Zylinder/ Kolben-Einheiten verstellbar ist.
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Nachstehend werden zwei Ausführungsformen der Erfindung, zusammenwirkend
mit einer Zuteilungspumpe, an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
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F i g. 1 stellt dabei die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit zwei Kreuzköpfen dar, welche mit zwei Zuteilungspumpen zusammenwirken
kann; die eine Hälfte der Vorrichtung ist dabei im Schnitt gezeigt; F i
g. 2 gibt die Draufsicht auf die Vorrichtung nach F i g. 1 wieder,
wobei die eine Hälfte der Vorrichtung wiederum geschnitten dargestellt ist; F i
g. 3 stellt die Stirnansicht der Vorrichtung nach F i g. 1 und 2 dar;
F i g. 4 gibt die Draufsicht auf eine längsgeschnittene erfindungsgemäße
Vorrichtung mit nur einem Kreuzkopf wieder; F i g. 5 zeigt eine perspektivische
Ansicht in vergrößertem Maßstab von Exzenterwelle, Exzenterstange und zugehörigem,
zylindrischem Kreuzkopf sowie der Stellscheibe, wobei sich die Scheibe in der Stellung
für den größten Hub befindet; F i g. 6 und 7 sind der F i
g. 5 ähnliche Ansichten, wobei die Stellscheibe sich in einer Stellung für
einen verringerten Hub bzw. für den Hub Null befindet; F i g. 8 gibt in perspektivischer
Ansicht eine andere Ausgestaltung des zylindrischen Kreuzkopfes und der Exzenterstange
wieder; F i g. 9 bis 11 geben schematisch die Bewegungen der beweglichen
Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Hub Null bzw. verringerten
Hab
bzw. den längsten Hub wieder.
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Wie aus den F i g. 1 bis 4 ersichtlich, besteht die Vorrichtung,
welche in diesem Fall mit einer Zuteilpumpe zusammenwirkt, aus einem länglichen
Gehäuse 11 von im wesentlichen kastenfönniger Gestalt, das in der Mitte seiner
Längsachse mit Lagern 12 versehen ist, wobei die genannten Lager in der Nähe gegenüberliegender
Längsseiten 13, 14 des Gehäuses 11 angeordnet sind. Die Lager 12 tragen
eine Exzenterwelle 15, die aus den beiden Seiten 13, 14 des Gehäuses
11 durch öldichtungen 16 herausragt.
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In der in F i g. 1 bis 3 gezeigten Ausbildungsform der
Vorrichtung ist das Gehäuse 11 mit zwei zylindrischen Bohrungen
17 -versehen, die in gegenseitiger Ausrichtung an jeder Seite der Exzenterwelle
15 angeordnet sind.
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Im Gegensatz dazu zeigt F i g. 4 eine andere Ausbildungsform
der Vorrichtung, bei der das Gehäuse 11' mit einer Bohrung 17 versehen
ist und an die nur eine Zylinder/Kolben-Einheit einer Zuteilpumpe angeschlossen
werden kann.
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In jeder Bohrung 17 ist ein zylindrischer, hülsenförmiger Kreuzkopf
axial verschieblich und drehbar angeordnet. Jeder Kreuzkopf weist in seiner Wandung
ein Paar schraubenförmiger Schlitzführungen 19 auf. Die Längsachsen der beiden
schraubenförmigen Schlitze 19, die jeden beliebigen Winkel zu den Erzeugenden
der zylindrischen Oberfläche des Kreuzkopfes 18 einnehmen können, sind gegenseitig
so angeordnet, daß analoge Teile dieser Schlitze in der genannten Wandung einander
diametral gegenüberliegen. Die beiden Führungsschfitze 19 scheinen daher
einander zu kreuzen, wenn der Kreuzkopf von der Seite betrachtet wird, wie beispielsweise
in F i g. 2.
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Die zylindrische Wandung des Kreuzkopfes 18
weist zwischen ihren
Enden eine zylindrische Aussparung auf, wie bei 18' in F i g.
5, 6 und 7 gezeigt, um die Reibung zwischen dem Kreuzkopf
18 und der Innenwandung der Bohrung 17 so weit wie möglich zu verringern.
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Zwei Exzenterstangen 20 sind an einem Exzenter 21 auf der Exzenterwelle
15 gelagert, wobei je eine Stange in eine der Bohrungen
17 hineinragt. Das freie, verjüngte Ende 22 der einen Exzenterstange 20 erstreckt
sich in das hohle Innere eines der Kreuz-köpfe 18, und das freie, verjüngte
Ende der anderen Exzenterstange 20 ragt in das Innere des zweiten Kreuzkopfes
18 hinein. Die beiden Kolbenbolzen 23,
die in gegenseitiger Ausrichtung
in jedem der genannten Enden 22 befestigt sind, greifen gleitend in die Schlitzführungen
19 des zugehörigen Kreuzkopfes 18 ein. Gleitrollen 24 sind vorzu-Sweise
auf den freien Enden der Kolbenbolzen 23 angeordnet, um Reibungsverluste
zu verringern.
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Ein Führungsstift 25 ragt radial aus der äußeren Oberfläche
eines jeden Kreuzkopfes 18 zwischen den beiden Schlitzführungen
19 heraus und läuft durch eine Ausnehmung 26 (F i g. 2 und
4) in der Wandung der Bohrung 17. Eine kreisförmige Stellscheibe
27
ist drehbar in einer zylindrischen Ausnehmung 28 im Gehäuse
11 im Anschluß an die Ausnehmung 26 angeordnet. In der Scheibe
27 ist ein länglicher Schlitz 29 ausgebildet, welcher der Ausnehmung
26 gegenüberliegt. Der Stift 25 greift in den Schlitz 29 ein.
Dabei ist das freie Ende 30 des Stiftes 25 kugelförmig ausgebildet
(F i g. 2) und trägt eine Gleitrolle 31.
Diese ist auf dem kugelförmigen
freien Ende 30 frei drehbar und durch eine Schraubenfeder 32 auf dem
Stift 25 belastet, welche die Gleitrolle 31 in einer Ebene senkrecht
zur Achse des Stiftes 25 zu halten sucht. Das kugelförmige Ende des Stiftes
25 und die Feder 32 vermitteln in einem beschränkten Ausmaß eine Verschwenkbarkeit
der Gleitrolle 31 in allen Richtungen. Die Rolle 31 kann auf diese
Weise ihre Stellung auf dem kugelförmigen Ende des Stiftes 25
so verändern,
daß sie in den Schlitz 29 eingreift, selbst wenn der Kreuzkopf
18 um seine Längsachse gedreht ist, unabhängig von der Winkelstellung der
Scheibe 27 und damit des Schlitzes 29 zur Längsachse des Kreuzkopfes.
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Die kreisförinige Stellscheibe 27 ist an ihrem Umfang mit Zähnen
33 versehen, welche mit einer Schnecke 34 auf einer Spindel 35 im
Eingriff stehen. Diese ist in Lagern 36 in einer Kammer 37 (F i
g. 1)
des Gehäuses gelagert und kann von der Außenseite des Gehäuses
11 mit Hilfe eines Handrades 38 gedreht werden.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn ein Hub Null erforderlich
ist, d. h. wenn eine mit einer Exzenterstange 20 verbundene Pumpeneinheit
unwirksam bleiben soll, wird das Handrad 38 so gedreht, daß die Längsachse
des Schlitzes 29 in der Stellscheibe 27 sich im rechten Winkel zur
Achse des Kreuzkopfes 18 erstreckt, wie in F i g. 7 und
9 gezeigt. Wenn nun die Exzenterwelle 15 gedreht wird, dann wird der
Führungsstift 25 an einer Verschiebung in Richtung der Kreuzkopfachse durch
die Wandungen des Schlitzes 29 gehindert. Damit wird auch der Kreuzkopf
18 an einer axialen Verschiebung gehindert.
Das Zusammenwirken
der Schlitzführungen 19
mit den Gleitrollen 24 auf dem Kolbenbolzen
23 hat zur Folge, daß der Kreuzkopf Drehschwingungen um seine Längsachse
ausführt.
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Wenn die Stellscheibe 27 um 90 gedreht wird, so daß
der Schlitz 29 sich in der in F i g. 5 gezeigten Stellung befindet,
in der er sich parallel zur Längsachse eines Kreuzkopfes erstreckt, verhindert der
Führungsstift 25 Drehschwingungen des Kreuzkopfes 18 um seine Längsachse.
Die Bewegung der Exzenterwelle 15 wird nun in eine reine axiale Verschiebung
des Kreuzkopfes 18 umgesetzt, der dabei seinen längsmöglichen Hub ausführt.
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In Zwischenstellungen der Stellscheibe 27 und ihres Schlitzes
29, beispielsweise wenn der Schlitz 29
einen Winkel von 45' mit der
Achse des Kreuzkopfes 18 bildet, wie in F i g. 6 gezeigt, wird dann
dem Kreuzkopf 18 durch die Exzenterstange 20 sowohl eine Axialverschiebung
als auch eine Drehbewegung um seine Längsachse mitgeteilt. In diesem Falle wird
der Stift 25 entlang dem Schlitz 29 verschoben und folgt gleichzeitig
der Drehung des Kreuzkopfes 18.
Demgemäß wird der Kreuzkopf 18 in axialer
Richtung um ein geringeres Stück verschoben als bei den in F i g. 5 gezeigten
Verhältnissen.
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Auf diese Weise kann durch Veränderung der Winkelstellung der Stellscheibe
27 und ihres Schlitzes 29
die Hublänge des Kreuzkopfes 18 kontinuierlich
von Null bis zu einem durch die Exzentrizität des Exzenters 21 bestimmten Höchstwert
verändert werden.
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Es ist offensichtlich, daß der Winkel zwischen der Achse des Stiftes
25 und der Mittelebene des Schlitzes 29 sich während des Betriebes
der Vorrichtung laufend verändert, abgesehen von der Scheibenstellung für maximalen
Hub und den Hub Null. Trotzdem wird die periphere Fläche der Gleitrolle
31 auf dem kugelförmigen Ende 30 des Führungsstiftes 25 durch
die Wirkung der Feder 32 dauernd mit den Wandungen des Schlitzes
29 im Eingriff gehalten.
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Die beiden Kreuzköpfe 18 sind an ihrem vom Exzenter 21 abgewandten,
geschlossenen Ende 39 je-
weils mit dem Kolben 40 einer Zylinder/Kolben-Finheit
41 einer Zuteilungspumpe gekuppelt. Durch eine Drehung des Handrades 38 kann
also die je Pumpenhub geförderte Strömungsmittelmenge genau eingestellt werden.
Durch die unabhängige Einstellung der beiden Handräder 38 kann somit jedes
beliebige Zuteilungsverhältnis bei der Zuteilungspumpe erzielt werden.
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Um die Hublänge eines jeden Kreuzkopfes 18 und jedes Kolbens
40 richtig einstellen zu können, ist jede Stellscheibe 27 mit Anzeigemitteln
versehen. Hierfür ist auf jeder Stellscheibe 27 eine Winkelskala 42 mit einer
geeigneten Gradeinteilung angeordnet, und in der äußeren Wandung des Gehäuses ist
ein entsprechendes, segmentförmiges Fenster 43 vorgesehen. Durch das Fenster 43
kann die Gradeinteilung der Skala 42 gegenüber einer Markierung 44 neben dem Fenster
43 an der äußeren Wandung des Gehäuses abgelesen werden.
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Bei der Ausführungsforin der Vorrichtung, wie sie in F i
g. 1 bis 3 dargestellt ist, sind die breiten Enden 45 der Exzenterstangen
20 gegabelt, wie am besten aus F i g. 5 bis 7 hervorgeht. Dadurch
wird der Zusammenbau der Vorrichtung erleichtert, da es zu- i nächst möglich wird,
die Kreuzköpfe 18 und die Exzenterstangen 20 innerhalb der Bohrungen
17 in Stellung zu bringen, wobei die gabelförmigen, breiten Enden der beiden
Stangen ineinander eingreifen, und danach die breiten Enden 45 auszurichten, wonach
die Exzenterwelle 15 mit dem Exzenter 21 eingeführt wird. Anschließend wird
die die Exzenterwelle aufnehmende Kammer mit den Lagern 12 und den Öldichtringen
16 an den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 11 abgedichtet.
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Die Kammer des Gehäuses 1.1, die die Welle 15
aufnimmt,
und die Bohrungen 17, die als Führungen für die Kreuzköpfe 18 dienen,
werden mit öl gefüllt. In den Kreuzköpfen 18 sind in der Nähe der
Endwandungen 39 Ringnuten 46 zur Aufnahme von O-Ringen vorgesehen.
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Stifte 47 ragen aus den die Lager 12 und Ölabdichtungen
16 aufnehmenden Endplatten 48 heraus. Diese Stifte 47 gestatten das Anbringen
einer weiteren Vorrichtung entweder an nur einer Seite oder an beiden Seiten der
ersten Vorrichtung durch Kuppeln der Wellen 15 der Vorrichtungen, beispielsweise
im Innern eines Befestigungsringes 49, wie gestrichelt in F i g. 1 gezeigt.
Durch Kuppeln von zwei oder mehr derartiger Vorrichtungen ist es möglich, eine Zuteilungspumpe
mit beliebiger Anzahl von Kolben/Zylinder-Einheiten von einem gemeinsamen Antrieb
aus zu betreiben, wobei eine unabhängige Einstellung des Hubes jeder beliebigen
Einheit in dem System vorgenommen werden kann.
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Bei der in F i g. 8 wiedergegebenen Ausführungsform der Vorrichtung
sind die Schlitzführungen 19'
mit einem Fräser in gegenüberliegende Wandungsteile
des Kreuzkopfes 18 eingefräst, der in einer um einen bestimmten Winkel zur
Kreuzkopflängsachse geneigten Ebene arbeitet. Die so hergestellten Schlitze
19'
sind nicht schraubenförmig, und daher ist es in diesem Falle notwendig,
jeden der Bolzen 23' im verjüngten Ende 22 der Exzenterstange 20 mit einem
kugelförmigen Ende 50 zu versehen und auf dieses kugelförmige Ende eine ringförmige
Gleitrolle 24' zu setzen. Eine Schraubenfeder 51 ist auf dem Bolzen
23' vorgesehen, durch deren Wirkung die Rolle 24' ständig im wirksamen Eingriff
mit den Wandungen der Schlitzführung 19' gehalten wird, unabhängig von der
Einstellung der Vorrichtung und von der momentanen Stellung des Bolzens
23' innerhalb des genannten Schlitzes.
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Verschiedene Abwandlungen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
sind möglich. Beispielsweise müssen die Bohrungen zur Führung der Kreuzköpfe nicht,
wie in F i g. 1 bis 3 gezeigt, axial aufeinander ausgerichtet sein,
sondern können statt dessen auch in einem wahlweisen Winkel zueinander angeordnet
sein. Weiterhin kann die Vorrichtung mit mehr als zwei Führungsbohrungen, Kreuzköpfen
und Exzenterstangen versehen sein, die alle von einem Kurbelzapfen oder Exzenter
aus angetrieben werden.
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Der Exzenter kann durch einen Kurbelzapfen ersetzt werden, der an
den Querkurbelarmen einer Kurbelwelle in der bei Kurbelwellen für Motoren
üb-
lichen Weise an 'geordnet ist.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Hubverstellung
von Hand mit Hilfe von Handrädern durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, falls
das erwünscht ist, die Einstellung der Stellscheibe, oder -scheiben mechanisch,
elektromechanisch, hy-
draulisch oder in anderer Weise von irgendeiner Steuerungsvorrichtung
aus vorzunehmen.
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Die beschriebenen Stellscheiben sind für die Hubsteuerung besonders
geeignet. Falls es jedoch er-
Wünscht ist, können die Scheiben durch
Einstellelemente verschiedener Form- und/oder Bauweise er-.setzt werden.