DE1528408A1 - Hydraulische Verdraengungseinrichtung - Google Patents
Hydraulische VerdraengungseinrichtungInfo
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Description
PiTBNTiNWiI1T
HJLHBUBG 8· · NECTBH WiLL «1 · ΪΪΕΝΗΓΪ 8β 74 28 UND 86 41 1β
DOWTY TECHNICAL DEVELOPMENTS LTD0 Brockhampton Park,
Brockhampton, Cheltenham, 18«, November 1965
Gloucester (England)
Hydraulische Verdrängungseinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Verdrängungseinrichtung, wie z.B. eine Pumpe oder einen
Motor,zum Betrieb mit einer unter hohem Druck stehenden
flüssigkeit, insbesondere - wenn auch nicht ausschließlich - zum Betrieb mit Flüssigkeiten geringer Schmierfähigkeit·
Gemäß der Erfindung umfaßt eine hydraulische Verdrängungseinrichtung,
wie ZoBo eine Pumpe oder ein Motor
eine sich drehende Welle mit einem exzentrischen Lagerkörper, eine Pleuelstange mit einem großen Endlagerkörper,
der drehbar auf dem exzentrischen Lagerkörper befestigt
ist, einen Zylinder, einen in dem Zylinder hin und her beweglichen Kolben, dessen Länge im Vergleich zu der
Amplitude der Hin- und Herbewegung beträchtlich ist, einen zylindrischen eingesetzten Zapfen beträchtlicher Abmessun-
«° gen im Vergleich zu dem Querschnitt des Zylinders, der di·
ο
* Pleuelstange für alle Kolbenstellungen während der Hin-
-i und Herbewegung außerhalb des Zylinders mit dem Kolben
ο verbindet, Ventile zur Steuerung des Durchflusses der
J^ Flüssigkeit in den Zylinder hinein und aus ih» heraus i»
Gleichlauf mit der Hin- und Herbewegung des Kolben», «in·
_ -» ——~*t
BAD ORIGINAL ~Z~
Ausnehmung in einem der zusammenwirkenden eingesetzten Zapfen
und zylindrischen Pleuelstangenoberflächen sowie, einen verengten
Durchflußkanal, der sich von der Zylinder bohrung durch den Kolben
hindurch zu der Ausnehmung erstreckt, so daß die in dem Zylinder unter Druck befindliche Flüssigkeit mit der Ausnehmung in Verbindung
treten kann, um in der Ausnehmung eine hydraulische Kraft zu erzeugen, die der auf den in der Bohrung befindlichen
Kolben ausgeübten hydraulischen Kraft entgegenwirkt.
Vorzugsweise ist der Kolben hohl ausgebildet und der eingesetzte
Zapfen an dem Kolben durch einen Gewindebolzen befestigt, der sich ganz durch den Kolben hindurcherstreckt und an beiden
Enden des Kolbens abgedichtet ist, um den Hohlraum abzutrennen und dadurch die Masse des Kolbens herabzusetzen, ohne dabei das nicht
bestrichene Volumen innerhalb der Zylinderbohrung zu vergrößern^
Der Bolzen kann mit einem axialen Durchgang versehen werden, von dem ein Teil einen verminderten Durehmesser hat, um den eingeengten
Durchflußkanal zu bilden·
Die zylindrische Pleuelstangen-Oberfläche kann mit Ansätzen
versehen sein, die einen Teil der Pleuelstange bilden und sich teilweise um den eingesetzten Zapfen herum erstrecken, so daß im
Bereiche des Punktes, an welchem der Kolben sich von dem Zapfen forterstreckt, eine Lücke oder Lücken verbleiben« Vorzugsweise
sind zwei Ansätze so angeordnet, daß sie einen Endabschnitt des Zapfens erfassen, um zwei weitere Ansätze so anzuordnen, daß sie
den anderen Endabschnitt des eingesetzten Zapfens erfassen»
Eine hydraulische Verdrängungseinrichtung gemäß der Erfindung kann mehrere Einbauten umfassen, die je einen Zylinder, einen
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Kolben, einen eingesetzten Zapfen, eine Pleuelstange und einen Exzenter gemäß den vorhergehenden Absätzen aufweisen, sowie eine
einzige umlaufende Welle, die die Exzenter hintereinander aufnimmt,
wob·! die Zylinderbohrungen in einem einzigen Block gebildet sind,
eo daß die Bohrungen jeweils den mit ·ΐ>*τ»»τι zusammenwirkenden Exzentern zugewendet sind·
Ee wird insbesondere mit Bezug auf die Zeichnungen eine
Ausführungsart der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig· 1 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform,
71g· 2 einen Schnitt durch die Ausführungsform der Fig· 1,
der die Ventile veranschaulicht,
Fig· 3 einen Teilschnitt zur Darstellung der Verbindung der Kurbelwelle, einer Pleuelstange, eines eingesetzten Zapfens und eines Kolbens, und
Fig. 4 eine Endansioht des eingesetzten Zapfens und des
Kolbens.
Die Ausführungsform der in den Zeichnungen dargestellten Erfindung ist als Pumpe zur Förderung von Flüssigkeit geringer
Schmierfähigkeit, wie z.B. öl in Wasser emulsionen unter hohem
Druck, gedacht· Die Hauptwelle 1 der Pumpe ist an jedem Ende lurch in den Endwänden 4- und 5 des Kurbelgehäuses 6 eingesetzte
Gleitlager 2 und 3 gelagert· Das Kurbelgehäuse 6 umfaßt eine
langgestreckte mittlere zylindrische Welle 7$ auf der drei exzen-
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trisclie Lagerkörper 8, 9 und 11 durch Keile oder durch eine auf
dem Gewindeansatz 13 der Welle 7 angeordnete, in der Längsrichtung
wirkende Gegenmuttern 12 befestigt sindo Die in der Längsrichtung gerichtete Einspannkraft wird über eine zylindrische
Hülse 14 und über Abstandskörper 15» 16, 17· und 18 auf
einen erweiterten Planschteil 19 der Welle übertragen. Die Hülse bildet das eine Lager der Welle zur Zusammenwirkung mit dem Lager
3, und der Flansch 19 bildet ein weiteres Lager zur Zusammenwirkung mit dem Lager 20
Innerhalb der Endwand 5 ist eine Zahnradpumpe 21 vorgesehen,
die durch eine Verlängerung 22 von der Welle 7 angetrieben wird« Die von der Zehnradpumpe 21 geförderte Flüssigkeit wird
zu Kanälen 23 und 24 geführt, um in die Hauptlager 2 und 3 einzutreten· Kanäle 25 innerhalb der Hülse 14, den Exzentern,
dem erweiterten Flanschabschnitt 19 und den Abstandkörpern führen diese Flüssigkeit zu Offnungen 26, die in die zylindrischen
Lagerflächen der drei Exzenter einmünden« Die Zahnradpumpe saugt Flüssigkeit von einem Hauptvorratsbehalter an. Die von der Pumpe
zu den Öffnungen 26 geförderte Flüssigkeit entweicht über die Lagerflächen der drei Exzenter zum Eintritt in das Kurbelgehäuse«
Auch von den Hauptlagerflächen entweicht von der Pumpe geförderte Flüssigkeit zum Eintritt in das Kurbelgehäuse. Von dem Kurbelgehäuse
erstreckt sich eine Verbindung zurück zum Vorratsbehälter, und die so durch den Betrieb der Zahnradpumpe durch das Kurbelgehäuse
umgewälzte Flüssigkeit schafft eine Kühlwirkung zusätzlich zu der Schmierungj normalerweise arbeitet das Kurbelgehäuse
bei im wesentlichen vollständiger Füllung mit Flüssigkeit
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BAD i
Der in einem Stück mit dem Kurbelgehäuse 6 gebildete Zylinderblock
27 schließt drei parallele Zylinderbohrungen 28, 29 und
31 ein, die in ihm gebildet sind«. Nahe dieser Bohrungen sind Jeweils
die Kolben 32, 33 und 34 angeordnete Diese Kolben erstrecken sich in das Kurbelgehäuse 6 hinein, und innerhalb des Kurbelgehäuses
ist in Jeden Kolben ein Zapfen 351 36 bzw0 37 eingesetzt«,
Für Jeden Exzenter ist eine Pleuelstange 38, 39 bzw0 41 vorgesehene
Die Ausbildung der Pleuelstange, des eingesetzten Zapfens und der Kolbenanordnungen sind einander gleich, und die Fig« 3
zeigt die Anordnung 32, 35, 38 im Querschnitte Der Kolben ist im VergXeieh zu seinem Hub recht lang; in der gezeigten Ausführungs·
form ist der Kolben viermal so lang wie sein Hube Das untere Ende des Kolbens ist gemäß der Darstellung in Figo 3 mit einer
konkavzylindrischen Oberfläche versehen, deren Achse quer zur Kolbenachse verläuft» Diese zylindrische Oberfläche hat dieselbe
Krümmung wie die zylindrische Oberfläche des Zapfens 35« Der Durchmesser des Zapfens 35 ist derselbe wie der Durchmesser des
Kolbens 32, Jedoch ist die Länge des Zapfens etwas größer als der Durchmesser des Kolbens 32O Der Kolben ist so befestigt, daß
er sich in der Mitte von der Länge des Zapfens fort erstreckte Der Kolben ist durch einen langen Bolzen 42 an dem Zapfen befestigt,
welcher sich ganz durch die Kolbenlänge 32 hindurch erstreckt und in einem Gewindeansatz 43 endet, der in eine entsprechende
in dem Zapfen vorgesehene Gewindebohrung eingreift« Der Kolben ist mit einer Bohrung versehen, um einen Hohlraum 44 zu
bilden, der an beiden Enden durch Dichtungen abgedichtet istj die
mit dem Bolzen 42 zusammenwirken« Die Funktion des Hohlraums besteht darin, das Gewicht des Kolbens zu verringern, ohne dadurch
das nicht bestrichene Volumen des Zylinders zu vergrößern,
909831/0 629 c
BAD ORiGlNAL
Durch die Mitte des Bolzens 42 führt ein Kanal 45 hindurch,
der in eine Bohrung 46 kleinen Durchmessers innerhalb des Zapfens
einmündet, die eine Einschnürung darstellte
Der Kanal 45 und die Bohrung 46 bilden zusammen einen eingeschnürten
Durchflußkanal„ Die durch den Zapfen hindurchführende
Bohrung mündet auf der gegenüberliegenden Seite desselben, so daß die Flüssigkeit, die durch den Kanal 45 und die Bohrung 46 hindurchgeströmt
ist, Zugang zu der gegenüberliegenden Oberfläche des Zapfens hat«. Die Pleuelstange 38 umfaßt einen kreisförmigen
Schellenkörper 57ι der den Exzenter in enger Passung umfaßt,
wobei zwischen dem Schellenkörper und dem Exzenter eine Schicht aus einem reibungsverhindernden Material angeordnet iste Der
eingesetzte Zapfen greift in eine querverlaufende Zylinderbohrung
48 ein, die in der Pleuelstange gebildet ist und erstreckt sich parallel zur Drehachse des Exzenters» Das Ende der Pleuelstange
im Bereiche des Zylinders ist mit zwei Ansatzpaaren 49 versehen, die voneinander auf Abstand gehalten sind, um den Kolben aufzunehmen
und eine Hin- und Herbewegung der Pleuelstange relativ zu dem Kolben um den eingesetzten Zapfen im Winkel zu gestatten» Die
Ansätze jedes Paares erstrecken sich nicht vollständig um den Zapfen herum, sondern enden nach der Darstellung in der Fig» 2
an einem Punkt, so daß sie den Abschnitt des Zapfens im Bereiche des Kolbens vollständig freilassen« Dieses ermöglicht es dem
Zapfen, sich in der oberen Totpunktlage des Kolbens sehr stark der Unterseite des Zylinderblocks zu nähern, so daß die Länge des
Kolbens, die von der Zylinderbohrung vorsteht, niemals größer ist als der Hub des Kolbens0 Dieses Merkmal ist wünschenswert, um
die während der Hin- und Herbewegung von der Pleuelstange auf den
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Kolben ausgeübten Biegemomente herabzusetzen· Um die wirksame
Länge des von dem Zylinder vorstehenden Kolbens weiter herabzusetzen, können in den Zylinderblock, in den hinein die freigelegte
Oberfläche dee eingesetzten Zapfens in der oberen Totpunktlage
des Kolbens eintreten kann, Ausnehmungen eingeschnitten werden.
Auf den Teilen der den^Kolben gegenüberliegenden Zapfenoberfläche
ist eine Ausnehmung 50 gebildet, die so angeordnet ist, daß sie kurz vor den Enden des Zapfens aufhört« Diese Ausnehmung
stellt eine Verbindung mit der Bohrung 46 her, so daß unter Druck stehende Flüssigkeit innerhalb der Zylinderbohrung durch
den Kolben hindurchtreten und in der Ausnehmung 50 eine Gegenwirkung ausüben kann. Da die Ausnehmung 50 im Querschnitt erheblich
kleiner ist als die Fläche des Kolbens, entweicht die der Ausnehmung
50 zugeführte Flüssigkeit zwischen den Oberflächen des Zapfens und der zylindrischen Bohrung 58 und bildet einen zylindrischen
Flüssigkeitsfilm bei erheblichem Druck. Während der Druck der Flüssigkeit in diesem Film mit der Entfernung von der Nut 50
schwankt, ist die gesamte Wirkfläche des Films, die eine der auf den in dem Zylinder befindlichen Kolben ausgeübten Kraft entgegengesetzte
Kraft erzeugen kann, größer als die Querschnittsfläche des Kolbens. Die Funktion der Bohrung 46 besteht darin, den Druck in
der Ausnehmung 50 im umgekehrten Verhältnis zum lichten Baum zwischen der zylindrischen Oberfläche des Zapfens und der zylindrischen
Bohrung 48 zu steuern. Wenn dieser lichte Baum groß ist und ein beträchtliches Entweichen von Flüssigkeit gestattet,
dann verliert der große Leckfluß, der durch die Bohrung 46 strömt, erheblich an Druck, der Druck in der Ausnehmung ist gering
und ermöglicht es, den zylindrischen Oberflächen in der Nähe der
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BAD ORlG!
Ausnehmung 50, sich dichter zusammen zu bewegen. Soweit sich die
Oberflächen dichter zusammen bewegen, wird der Leckfluß herabgesetzt, und der in der Bohrung 46 auftretende Druckabfall wird
ebenfalls herabgesetzt, wodurch in der Ausnehmung 50 ein höherer Druck zur Einwirkung kommto Die Stärke des Filmes zwischen den
beiden zylindrischen Oberflächen stellt sich dadurch selbst ein, bis die Axialkraft, die von dem Druck der Flüssigkeit in
der Ausnehmung 50 und dem Film zwischen den beiden zylindrischen
Oberflächen ausgeübt wird, im wesentlichen mit der Kraft im Gleichgewicht ist, die von der Flüssigkeit bei dem Druck innerhalb
der Zylinderbohrung auf den Kolben ausgeübt wirde
In dem Ende des Zylinderblocks, das von der Kurbelwelle entfernt
liegt, ist ein Einlaßkanal 51 und ein Förderkanal 52 gebildet.
Von dem Einlaßkanal 51 führen drei Rückschlagventile 53,
54 und ^ Jeweils in die Zylinder 28, 29 und 31 ο In entsprechender
Weise führen drei Rückschlagventile 56, 57 und 58 von den Zylindern
in den Förderkanal 52ο
Beim Betrieb der Pumpe wird die Welle 7 durch einen Motor angetrieben, um die Exzenter zu drehen und eine Hin- und Herbewegung
der drei Kolben herbeizuführen. Die Exzenter sind vorzugsweise so angeordnet, daß ihre Exzentrizitäten um die Achse der
Welle 1 um 120 ° voneinander versetzt sind» Jeder Kolben führt bei
seiner Bewegung aus der oberen Totpunktlage in die untere Totpunktlage durch das Einlaßrückschlagventil Flüssigkeit in den Zylinder
ein und drückt bei der Bewegung aus der unteren Totpunktlage in die obere Totpunktlage die Flüssigkeit in dem Zylinder zusammen,
und veranlaßt sie, durch das Förderrückschlagventil zu strömen. Der
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τ- 9 -
Einlaßkanal 51 saugt seine Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter
an, der auch den Einlaß zur Zahnradpumpe mitliefert. Infolge des WinkelabStandes der Exzentrizitäten um die Welle 7 findet eine
im wesentlichen ununterbrochene Förderung von Flüssigkeit in den Förderkanal 52 hinein statte Es ist ersichtlich, daß bei der
Bewegung jedes Kolbens von seiner unteren Totpunktlage in seine obere Totpunktlage zum Zusammendrücken der Flüssigkeit ein Teil
der Flüssigkeit in der Mitte durch den Kolben hindurch in die Ausnehmung 50 der Zapfenoberfläche strömt, so daß zwischen der
Zapfenoberfläche und der zylindrischen Oberfläche der Pleuelstange
ein Film von Leckflüssigkeit gebildet wird, der den aufgrund des Druckes in der Zylinderbohrung auf den Kolben ausgeübten Enddruck
im wesentlichen oder beinahme im wesentlichen ausgleicht· Während der Bewegung des Kolbens von der oberen Totpunktlage in
die untere Totpunktlage übt die durch die Ansätze 49 wirksame
Pleuelstange eine Zugkraft auf den eingesetzten Zapfen aus, um den Zapfen von seinen Zylindern herabzuziehen und so innerhalb des
Zylinders eine Saugwirkung zu erzeugen, die durch das Einlaßrückschlagventil Flüssigkeit in den Zylinder einführt. Aus Fig. 3
geht hervor, daß die Drehachse der Welle 7 von der allgemeinen Ebene, die die drei Achsen der Zylinderbohrungen 28, 29 und 31 enthält,
versetzt istο Diese leichte Versetzung ermöglicht die Ausübung eines unmittelbaren Druckschubes durch jeden Exzenter über
seine Pleuelstange auf seinen Kolben während der Bewegung des Kolbens von der unteren in die obere Totpunktlage. Dieses Merkmal
macht es erforderlich, daß die Pumpenwelle nur in di· Sichtung angetrieben werden sollte, in welcher die Versetzung der Wellenachee
einen unmittelbaren Druckschub auf den Kolben ergibt, während sich
der Kolben von seiner unteren in die obere Totpunktlage bewegt«
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r . ^ -10-
BAD ORIGINAL
Die beiden äußeren Abstandskörper 15 und 18 sind exzentrisch auf der Welle 7 angeordnet, so daß ihre Schwerpunkte nicht auf
der Achse der Welle 7 liegen« Diese Abstandskörper bilden Gegengewichte, die so angeordnet sind, daß sie die dynamische Außergleichgewichtslage
der drei Exzenter, Pleuelstangen, Zapfen und Kolben herabsetzen«
Während bei der beschriebenen Ausführungsform die Ausnehmung
50 jeweils in einer zylindrischen Oberfläche eines eingesetzten Zapfens vorgesehen worden ist, sei doch darauf hingewiesen, daß
es auch im Bereich der Erfindung liegt, eine solche Ausnehmung in der zylindrischen Bohrung einer Pleuelstange vorzusehen«, Eine
solche Ausnehmung sollte vorzugsweise einen Teil einschließen, der sich im Winkel um den Zapfen in einem solchen Ausmaß herumerstreckt,
daß sie während der WinkeIbewegung der Pleuelstange auf dem Zapfen immer mit dem eingeschnürten Durchflußkanal in Verbindung
ist ο Wahlweise können sowohl in den Zapfenoberflächen als auch in den zylindrischen Pleuelstangenbohrungen Ausnehmungen
zur Aufnahme von Flüssigkeit aus den eingeengten Durchflußkanälen vorgesehen sein«
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Claims (1)
- PATKNTAWWALTHAHBOBQ 3« ■ NJETTJIB WAtI. 41 ■ FKRNHUP 86 74 38 UND SS 41 IUnuouvH-mcuintDOWTY TECHNICAL DEVELOPMENTS LID.Brockhanrpton Park,Brookhampton, Cheltenham, 18· November 1965Gloucester (England)PatentansprücheHydraulische yerdrängungseinrichtung, zoB. eine Pumpe oder ein Motor mit einer drehbaren Welle, die einen Exzenterlagerkörper aufweist, einer Pleuelstange sit einem großen Endlager, das auf dem Exzenterlagerkörper drehbar angeordnet ist, einer Zylinderbohrung, einem in der Zylinderbohrung hin- und herbeweglichen Kolben, dessen Länge im Vergleich zu dem Hub erheblich ist, einem zylindrischen eingesetzten Zapfen von beträchtlichen Abmessungen im Vergleich zu dem Zylinderbohrungsquerschnitt zur Befestigung der Pleuelstange an dem Kolben außerhalb der Zylinderbohruug, sowie Ventile zur otenerung des Durchflusses der Flüssigkeit in den Zylinder hinein und aus 1*nw heraus in Übereinstimmung mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung (50) in einer der zusammen-J? wirkenden Oberflächen des eingesetzten Zapfens (35)^ oder der zylindrischen Pleuelstange (48) und einen-» eingeschnürten Durchflußkanal (45, 46), der sich von° der Zylinderbohrung (28) zu der Ausnehmung durch££ den Kolben (32) hindurcherstreckt, so daß die in der Zylinderbohrung unter Druck stehende Flüssigkeit. vBAD ORIGINAL.^mit der A-usnehmung eine hydraulische Kraft zu erzeugen, die der auf den in der Bohrung befindlichen Kolben ausgeübten hydraulischen Kraft entgegengesetzt istoEinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (32) hohl und der eingesetzte Zapfen (35) durch einen Gewindebolzen (42) an dem Kolben befestigt ist, der sich vollständig durch den Kolben hindureherstreckt sowie an beiden Enden des Kolbens abgedichtet ist, um den Hohlraum (44) zu trennen und dadurch die Masse des Kolbens herabzusetzen, ohne das nicht bestrichene Volumen der Zylinderboh-' rung (28) zu erhöhenο3* Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (42) mit einem axialen Kanal (45) versehen ist, dessen Durchmesser verringert ist und dann einen eingeschnürten Durchflußkanal (46) bildet.4, Einrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Pleuelstangenoberflache (48) innerhalb von Ansätzen (49) gebildet ist, die einen Teiloder Pleuelstange (38) bilden, und sich teilweise um den eingebt»«setzten Zapfen (35) herum erstreckt und einen Spalt oder Spalte to^im Bereich des Punktes, an welcher der Kolben (32) auf demer»Zapf@n herausragt, belaßte5* Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (38) zwei Ansätze (49) aufweist, die so angeordnet sis.d9 daß sie einen Endabschnitt des Zapfens (35) erfassen, undzwei weitere Ansätze (49), die so angeordnet sind, daß sie den anderen Endabschnitt des Zapfens erfassen»Einrichtung mit mehreren Verdrängungseinrichtungen nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstige Welle (7) vorgesehen ist, die die Exzenterlagerkörper (8, 9, 11) hintereinander aufnimmt, wobei die Zylinderbohrungen (28, 29, 31) in einem einzigen Block (27) gebildet sind, so daß sie jeweils ihren mitwirkenden Sxzenterlagerkörpern zugewendet sind»Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbohrungen (28, 29 und 31) parallel nebeneinander liegen»8« Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abstandskörper (15, 16, 17, 18) vorgesehen sind, die die Exzenterlagerkörper (8, 9, 11) in ihren richtigen Relativlagen feststellen, wobei wenigstens einer der Abstandskörper so befe-stigt ist, daß sein Schwerpunkt von der Wellenachse versetzt ist, um die dynamische Außergleichgewichtslage der Welle (7), der Exzenterlagerkörper, der großen Endlagerkörper, der Zapfen (35, 36, 37), der Pleuelstangen (38, 39, 41) und Kolben (32, 33, 34) herabzusetzen.909831/0629 MD oma««.Leerseite
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