DE1812533A1 - Stufenlos regelbare Radialkolbenpumpe oder -motor - Google Patents

Description

• Stufenlos regelbare Radialkolbenpumpe oder - motor.
• Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, bei der die sternförmig angeordneten Kolben über einen Ring laufen, welcher durch eine entsprechende Vorrichtung iehr oder minder stark in seiner ursprünglichen Kreis form verändert wird.
• Bekannt sind heute Radialkolbenpuipen, bei denen der notwendige kolbenhub durch eine Welle mit einem oder ehreren Exentern oder einer Kreisbahn, welche Mn einen bestimmten Abetand mit seines Mittelpunkt aus der Rotationsachse verschoben sind, erzeugt wird. Diese Prinzipien zur Huberzeugung sind nicht Gegenstand der Erfindung. Bekannt ist außerdem, bei Radialkolbenpumpen und - rotoren ein. wellenförmige Laufbahn zu benutzen. Dieses Verfahren wird ebenfalls nicht verwendet.
• Für die Steuerung des Flüssigkeitsstromes ist das Verfähren bekannt und mehrfach vorgeschlagen, einen zentralen Schieber in Por- eines Wellenstumpfes einzubauen, um den sich der Rotor dreht. Dieser zentrale Schieber besitzt je einen Steuerschlitz für den Hochdruck- und Niederdruckanschluß, wenn man die Kreisbahn o'.r Exzenterttypen betrachtet. Bei den bekannten Radialkolbenpumpen und - motoren mit wellenertiger Laufbahn müssen mehrere Einlaß- und Auslaßschlitze angeordnet sein.
• Nachteil bei der Verwendung von Erzenter- und Kreisbahnpumpen mit einer solehen Schieberkonstruktion ist, daß große Reaktionskräfte auf dem Schieber entstehen können, die in aufwendigen Lagern und Entlastungekonstruktionen aufgefangen werden müssen.
• Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, eine elliptische Laufbahn zu verwenden, wobei ein Ausbalanzieren des Schiebers entsteht. Bei der Vorwendung einer unveränderlichen elliptischen Laufbahn entfällt jedoch die Regelbarkeit der Pumpe.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängol der bekannten Ausführungen in Form Belastung des Schiebers durch große Reaktionskräfte zu vermeiden und die Vorteile zur Entlastung des Schiebers mit einer stufenlosen Regelbarkeit zu verbinden.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Laufbahn ein Kreisring aus Stahl geringer Dicke, die vom Kolbendurchmesser und vom maximalen Druck abhängig ist, verwendet wird, welcher zentral um den Steuerschieber gelagert ist. Der Mittelpunkt des Steuerschiebers, des Stahlringes und der Antriebswelle fallen auf derselbe, Mittellinie zusammen.
• Der Rotor mit den sternförmig angeordneten Bohrungen für die Kolben wird in bekannter Weise zentral durchbohrt und auf den Steuerschieber geschoben. Die in den Bohrungen geführten Kolben drücken über Gleitschube gegen den Stahlring an.
• Für die Lagerung des Stahlringes wird vorgeschlagen, daß an vier oder sochs gleichmäßig über den Umfang verteilten Stollen an der Außenseite des Ringes eine Abstützung gegen das Gehäuse erfolgt. Für eine Abstützung an vier Stellen des Umfanges wurde gefunden, daß durch Eindrücken des Ringes an zwei gegenüberliegenden Stellen zwischen je zwei Stützpunkten eine Verformung des Ringes zu einer Ellipse erfolgt. Gleichzeitig muß zwischen den zwei anderen um 90° verdrehten Stützpunkten eine gleichmäßige radial nach außen verstellbare Abstützung vorhanden sein. Bei der Verwendung von einer gleichmäßigen Anzahl Kolben übt der Rotor keine Reaktionskraft auf den Schieber aus. Die stufenlose Regelung iet durch gleichmäßiges Verformen des Ringes gewährt.
• Weiter wird vorgeschlagen, daX bei der Verwendung von sechs je um 60° versetzten Stützpunkten für den Laufring an drei Stellen, die je um 1200 verdreht sind, ein Eindrücken erfolgen muß. Das entstehende Polygon ist an den radial nach außen gerichteten Beulen gleichmäßig zn stützen. Es wurde ge funden, daß bei der Verwendung von 3»,9 der 12 Kolben, die über das entstandene Polygon als Laufbahn gleiten, der Rotor ohne Reaktionskräfte bleibt.
• In einfacher Weise kann die Erfindung auch als Motor benutzt werden. Der Kreisring wird dabei in der. meisten Fällen nicht verstellbar ausgeführt sein.
• Ebenso ist es möglich in einem Gehäuse mehrere Pumpen unter zubringen, die über eine Welle angetrieben werden. Dabei wird ein gemeinsamer Steuerschieber mit gemeinsamer Zuführung des Öles verwendet. Auf dem Rotor werden mehrere Einheiten sternförmig angeordneter kolben mit je einen einzel verstellbaren Kreisring angeordnet. Außerdem erhält jede der Pumpeneinheiten ein eigenes Paar von Hochdrucksteuerschlitzen. Ebenso kann an Stelle des Rotors auch der Steuerschieber und der Kreisring rotieren und der Rotor mit den Kolben still stehen.
• Diese Weiterbildung der Erfindung soll nur im Zusammenhang iiit dem Gegenstand des Patentanspruches 1 Patentschutz fenießen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es wird anhand der Zeichnung näher beschrieben.
• Die Zeichnungen bestehen aus 2 Blättern Zeichnung Blatt 1 enthält die Figuren 1 und 2 Zeichnung Blatt 2 enthält die Figuren 3 und 4 Figur 1 zeigt als Beispiel eine Pumpe , bei der der Kreisring elliptisch verformt wird. Die Pumpe ist im Längsschnitt dargestellt.
• Figur 2 ist eine Darstellung der Pumpe in einem Querschnitt A 1 A entsprechend der Figur 1.
• In Figur 3 ist das beschrieben. System als Beispiel fUr eine dreifache Pumpenenordnung in einem Gehäuse mit einem zentralen Steuerzapften und einer Antriebswelle angegeben.
• Außerden zeigt ein Detailschnitt eine weitere Höglichkeit zur Regelung.
• Figur b stellt als Beispiel eine Pumpe dar, an welcher der Kreisring zu einem Polygon verformt rird. Der Kreisring ist dabei in sechs Stützpunkten gelagert.
• Die Pumpe, dargestellt in Figur 1, besitzt einen zentral gelageten Steuerzapfen 1. Der Schieberzapfen 1 ist gegen Verdrehen Und Verschieben im Gehäuse 7 Justiert. ( Figur 7 ) Der Steuer zapfen 1 enthält zur Zuführung und Abfihrung des Öles in bekannter Weise zwei Bohrungen. Das drucklose Öl strömt über dio Bohrung ( Pfeil I ) in eine Ringkammer zwischen den Steuerz apfen 1 und den Gehäuse 7. Über zwei eingefräßte Kanäle, die cm 1800 versetzt sind und an der Außenfläche des Steuerzapfens 1 in einer gewissen Tiefe verlaufen, wird das 01 an den Rotor 2 geführt. Der Rotor 2 selbst rotiert auf den Steuerzapfen 1 bei einer so engen Passung, daß eine Dichtung gewährleistet ist. In bekannter Weise werden durch den Rotor 2 in radialer Richtung eine Anzahl Bohrungen mit stets gleicher Radienteilung geführt.
• Die Anzahl der Bohrungen kann bei einem elliptisch verformten Laufring 2, 4, 6, 8, 10, 12 oder mehr betragen. In die Bohrungen werden die Kolben 3 eingeführt. Entsprechend des vorgeschlagenen Lösungswegen sind die Bohrungen durchgehend ausgeführt. Die in Figur 1 und 2 dargestellte Pumpe enthält sechs Kolben 3, welche sich paarweise gegenüberstehen. Die Kolben 3 drücken über ihre Gleitschuhe 4 gegen den zur Ellipse verformbaren Kreisring 5 , Im nicht verformten Zustand ist der Kreisring 5 zentral um den Mittelpunkt oder den im Zentrum liegendes Steuerzapfen t gelagert. Die Lagerung des Kreisringes 5 wird durch die vier Stützzapfen 6 garantiert. Dabei werden die Stützzapfen 6 bis zur Hälfte in Längsrichtung mit dem gleichen Radiusbogen des Kreisringes 5 versehen. Zur Verdeutlichung ist deshalb in Figur 1 der untere Teil um 90° gedreht. Die Stützzapfen 6 sind gegeneinander um 90° versetzt und drehbar im Gehäuse 7 gelagert.
• Die Bohrungen zur Ausnahme der Stützzapfen 6 im Gehäuse 7 befinden sich alle auf dem gleichen Radius.
• Um den Kreisring 5 zu einer Ellipse verformen zu können, sind vier Exzenterwellen 8 und 9 in Längsrichtung angebracht, die um je 450 gegenüber den Stützzapfen 6 versetzt im Gehäuse 7 verdrehbar gelagert sind. Ihre Drehachse verläuft parallel zur Rotationsachse des Rotors 2. Dabei besitzen die vier Exzenterwellen 8 und 9 eine Exzentrizität"e", die in Figur 2 dargestellt ist. Die Bohrungen zur Aufnahme der Exzenterwelle 8 und 9 im Gehäuse 7 können auf dem gleichen Radius wie in Figur 2,dargestellt, liegen. Legt man sie jedoch auf einen gemeinsamen Radius , so ergibt sich eine einfache Regelvorrichtung. Jeweils zwei der vier Exzenterwellen 8 und 9 sind paarweise ausgeführt und liegen sich gegenüber.
• Bei zwei sich gegenüber liegenden Exzenterwellen 8 ist der Durchnesser der exzentrisch gelagerten Wellen so zu bemessen, daß dieselben die Außenkontur des Kreisringes 5 gerade berühren, wenn der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des nicht verformten Kreisringes 5 und der Mittellinien der exzentrisch gelagerten Wellenteile der Exzenterwellen 8 den kleinsten Wert besitzt .. Bei den anderen ei Exzenterwellen 9 muß der Durchmesser so dimensioniert sein, daß derselbe den unverformten Kreisring 5 gerade dann berührt, wenn der Abstand zwischen der Mittellinie des Kreisringes 5 und der Mittellinie der exzentrisch gelagerten Wellel der Exzenterwellen 9 am grdßten ist.
• Die Exzenterwellen 8 und q werden über ein Wellenende durch das Gehäuse 7 nach außen geführt. Auf den Wellenenden wird je ein gleich großes außen verzahntes Zahnrad 10 torsionssteif befestigt. Alle vier Zahnräder 10 sind durch ein innenverzahntes Rad 11 synchronisiert. Dabei ist die Synchronisierung so durchzuführen, daß die beiden Exzenterwellen 8 bei nicht verformten Kreisring 5 in dem kleinsten Abstand ihrer exzentrischen Wellen voneinander stehen. Gleichzeitig müssen die beiden Exzenterwellen 9 ihrcn größten Abstand, bezogen auf die exzentrisch gelagerten Wellen, voneinander haben. ( Figur 2 ) Bei elliptischer Verformung des Kreisringes 5 strdmt das Öl über die vorgesehene Fräsnut im Steuerzapfen 1 über den Bereich eines Viertelkreisbogens in die Bohrungen des Rotors 2.
• Im darauf folgenden Bereich eines Viertelkreises drUcken die Kolben 3 das Öl in bekannter Weise in die zentrale Hoehruckbohrung.( Figur 1, Pfeil 2 ) Zwischen dem Saugteil und dem Druckteil ist ein Steg auf dem Steuerzapfen 1 in bekannter Weise vorzusehen, der die nötige Abdichtung garantiert.
• Um im Saugbereich der Pumpe das nötige Anliegen der Glitschuhe 4 am Kreisring 5 zu garantieren, ist eine Ringfeder 12 vorgesehen. In die Gleitschuhe 4 wird eine entsprechende Führungsnut eingeschnitten. In diese Nut greift bei jedes Gleitschuh 4 die Ringfeder 12 ein. Sie garantiert neben einer Anpressung is Saugbereich an den Kreisring 5 außerdem eine gleichmäßige Führung der Gleitschuhe 4 auf den Kreisring 5.
• Um den Rotor 2 auch frei von einem Biegemoment, des von außen durch den Antrieb ausgeübt werden kann, zu halten, ist die Antriebswelle 13 mit dem Rotor 2 in bekannter Weise über eine Oldhamkupplung 14 verbunden. Dieselbe kann nur das Drehmoment der Antriebswelle 13 auf den Rotor 2 übertragen und gleicht außerdem eventuelle Unterschied der Mittellinien aus.
• Das weitere Ausführungsbeispiel des Pumpenprinzipes in Figur 3 und * zeigt eine Pumpe, bei welcher der Kreisring 5 an drei Stellen eingedrückt und an drei weiteren Stellen gestützt wird. Genau wie im ersten Beispiel befindet sieb im Mittelpunkt der Pumpe der Steuerzapfen 1.
• Auf ihm rotiert der Rotor 2 in gleicher Weise. Auf Grund der Verformung des Kreisringes 5 zu einem Polygon erhält der Rotor 2 zur Aufnahme der Kolben 3 jedoch eine Anzahl von 3 n Kolben. Dabei kann n alle ganze Zahlen durch laufen. Im gezeigten Beispiel sind es 9 Kolben, die jeweils um die gleiche Winkelteilung versetzt sind.
• Die Kolben 3 gleiten mit ihren Gleitschuben 4 über den Kreisring 5. Der Kreisring 5 ist wie im ersten Beispiel über die drehbaren Stützzapfen 6 im Gehäuse 7 gelagert. Im Gegensatz zum ersten Beispiel sind es sechs Stützzapfen 6, die alle um je 60° versetzt, auf dem gleichen Radius liegen.
• Gegenüber dem ersten Beispiel erfolgt die Regelung über sechs Stellstifte 19. Die Stellstifte 15 sind alle um 600 voneinander auf dem Umfang verteilt. Außerdem befinden sie sich genau zwischen je zwei Stutzzapfen6. Die Stellstifte 15 sind in radieler Richtung verschiebar. An ihrer dem Mittelpunkt zugewandten Seite erhalten sie einen größeren Durchmesser. In diesem dickeren Teil der Stellstifte 15 wird radial eine Nut eingearbeitet, welche die gleiche Breite des Kreisringes 5 besitzt. In dieser Nut wird der Kreisring 5 positieniert. Außerdem vermeidet die Lagerung des Kreisringes 5 in der Nut, daß sich die Stellstifte 15 um ihre eigene Achse drehen können, Jeweils drei der zechs Stellstifte 15, welche zweinander um je 120° versetz sind, werden zur Verformung des Kreisringes 5 nach innen gedrückt. Die anderen drei Stellstifte 15 gleiten zur Stützung des Kreisringes 5 nach außen.
• Die Verschiebung in zwei verschiedene radiale Ricttungen wird dadurch erreicht, daß die drei drückenden Stellstifte 15 ein Rechtsgewinde erhalten, während die drei stützenden Stellstifte 15 ein Linksgewinde besitzen. (Fig. 4) Bis zeche zugehörigen Stellzylinder 16, in welche die sechs Stellstifte 15 von der Seite des Steuerzapfene 1 eingeführt werden, besitzen in ihren nach außen gerichteten Teil über das Stück " u " an Gewinde gleicher Ab@@sung wie die Stellstifte 15. Dabei haben zwei gegenüberliegende Stellzylinder 16 je ein Dechts- und ein Linksgewinde. Besitzt ein speziell betrachterer Stellzylinder 16 ein Rechtagewinde, so haben die werden, zoben ihm eingebauten um je 60° versetzten Stellzylinder 16 ein Linksgewinde. Die ihnen gegenüber liegenden Stellzylinder 16 bezitzen wiederum ein Rechtagewinde.
• Die Stellzylinder @@@@@@ sich in ihrer Bohrung im Gehäuse 7 verdrehen. Die radial nach außen gerichteten Krüfte werden über einen St@@zring am Stellzylinder 16 aufgefungen.
• An der nach außen gerichteten Seite der Stellzylinder 16 sind torsionssteif ein Kegel 17 befectigt. Die secho gleich großen Kegelräder 17 greifen in das zentrale Ringrad 18, welchse zur Synchronisation der Verschiebung der Stellstifte 15 dient/ Bei der Ausgangssteilung der Pumpe mit unverformten Kreisring 5 stützen alle Stellstifte 15 gleichseitig. Beim Verdrehen des Ringrades 18 werden je drei Stellstifte 15 den Kreisring 5 zusammendrücken und je drei Stellstifte 15 nach außen gleitend den Kreisring 5 stützen. Die dadurch erzeugte radienänderung pro Radienbogen wird als Hub auf die Kolben 3 übertragen.
• Die im ersten Beispiel beschriebene Regelung kann ebenfalls im zweiten Beispiel verwendet werden wie umgekehrt.
• In Figur 3 gezeigte Darstellung besteht bei einer zentralen Antriebswelle 13 und einem einzelnen zentralen Steuerzapfen 1 aus drei Pumpensegmenten A ", " B " und " C ". Dabei ist Segment " A " regelbar ausgeführt. Bei den Segmenten " B " und " C " ist eine Regelung ebenso möglich.
• Alle drei Segmente A, B und C besitzen ein eigenes Gehäuse 7 und einen eigenen Kreisring 5. Sie haben im Steuerzapfen 1 gemeinsame Saugkanäle. Ebenso kann für alle drei Pumpensegmente ein gemeinsamer zentraler Hochdruckkanal vorhanden sein. Es ist aber bei entsprechend großem Steuerzapfen 1 möglich, für jedes Pumpensegment " A ", " B " und " C " einen eigenen Hochdruckkanal vorzusehen. Die Pumpensegmente sind sowohl mit elliptisch verformten Kreisring 5 nach dem ersten Beispiel,als auch mit einem dreifach verformtem Kreisring 5 nach de. zweiten Beispiel auszuführen.
• Es besteht außerdem die Möglichkeit den Rotor mit den Koben 3 stillstehen zu lassen und den Steuerzapfen 1 zusammen mit des Kreisring 5 und den Stützzapfen 6 angetrieben über die Antriebswelle 13 zu drehen. Diese Ausführungsform eignet sich in erster Linie für nicht regelbare Pumpen oder Motoren.

Claims (11)

Patentansprüche

1) Radialkolbenpumpe mit sternförmig angeordneten Kolben (3) und stufenlos regelbarem Hubvolumen. bei der in bekannter Weise ein zentraler Steubrzapfen (1) und ein darauf rot render Reaktionskräfte freier Rotor (2) verwendet werden, dadurch gekenntzeichnet, daß ein verformbarer Kreisring (5) zur Hubbildung für die Kolben (3) benutzt wird.

2) Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekenntzeichnet, daß der Kreisring (5), zentral um den Steuerzapfen (1) gelagert ist und durch radial von außen aufgebrachte Kräfte zu einer Ellipse oder einem Polygon als Folge von zwei ,drei oder mehr Eindrückpunkten verformt wird und gleichzeitig durch die gleiche Anzahl Stützpunkte gehalten wird.

3) Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennt zeichnet,da die zentrale Lagerung des Kreisringes (5) um den Steuerzapfen (1) und die Verformung zu einer Ellipse, oder einem Polygon durch vier, sechs oder der Art dbr Verformung größere Anzahl drehbar gelagerter Stützzapfen (6), angeordnet auf einem gemeinsamen Radius im Gehäuse (7), ermöglicht wird.

4) Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekenntzeichnet, daß ein Reaktionskräfte freier Rotor (2) durch die Verwendung von einer z.n großen Anzahl-Kolben (3) entsteht, wobei "z" die zahl der Verformunges des Kreisringes (5) und "n" jede ganze Zahl sein kann,mit einer sternförmingen Anordnung der Kolben (3) und gleichmäßiger Verteilung auf dem Umfang.

5) Radialkolbenpumpe mit stufenloser Regelung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekenntzeichnet, daß die stufenlose Regelung durch Verformen des Kreisringes (5) über paarig angeordnete Exenterwellen (8) und (9) erreicht wird, welche durch Verdrehen um ihre eigene Achse eine drückende bzw. stützende Wirkung auf den Kreisring (S) ausüben, wobei die Exenterwelle (8) bei gleichgerichteter Drehung eine auf Grund ihrer dünneren exzentrisch gelagerten Welle und Ausgangsposition erzeugte, stützende Wirkung ausübt, während die Ex zenterwelle (9) den Kreisring (5) zusammendrückt.

6) Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekentzeichnet, daß diestufenlose Regelung entsprechend Anspruch 5 auch dadurob erreicht wird,daß durch die stützende Wir kung von radial angeordneten Stellstiften (15) , welche mittels sich drehender Stellzylinder ( 16) ,ie alle die gleiche Drehrichtung hahen, über Rechts- und Linksgwewinde verschoben werden, den Kreisring (5) verformen, wobei bei gleichmäßiger Verteilung auf dem Umfang je ein Stellzylinder (16) mit Stellstift (15) mit Rechtsgewinde denen mit Linksgewinde folgt.

7) Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5 und 6 dadurch gekenntzeichnet, daß die Synchronisation der Exzenterwellen (8) und (9) über Zahnräder (10) und ein gemeinsames innenverzahntes Rad (1) erfolgt, während bei der Regelung über Stellstifte (18) die Synchronisation über Kegelräder (17) und ein@ge meinsames Ringrad (18) erfolgt.

8) Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekenntzeichtet, daß eine Führung der Gleitschuhe (4) und Kolben (3) über eine Ringfeder (12) erreicht wird, welche über eine entsprechende Nut in den Gleitschuhen (3) den Führungs und Andrückeffekt ausübt.

9) Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekenntzeichnest, dat3 zur Vermeidung von äußeren Reaktionskräften auf den Rotor (2) die Ubertragung des Drehmomentes der Antriebe wells (13) über eine Oldhamkupplung (14) erfolgt.

10) Radialkolbenpumpe nach Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekenntzeichnet, daß die Pumpe aus mehreren Einzelsegmenten besteht, die je ein eigemen Gehäuse (7), einen gemeinsamen Steuerzafen (1) und eine gemeinsane Antriebswelle (13) haben, jedoch als selbständige Einzelpumpen, regelbar nach den Ansprüchen 5 und 6 oder nicht regelbar mit einein konstant verformten Kreisring (5), mit eigenen Hoch druckkanälen arbeiten.

11 ) Radialkolbenpumpen nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekenntzeichnet, daß ebenso der Rotor (2) und die Kolben (3) stillstehen und der Steurzapfen (1) zusuinen mit der Antriebs welle (13 ).dem Kreisring (5), den Stützzapfen (6) und dem Gehäuse (7) gemeinsam umlaufen können.

In Betrach genommene alte PatenteL K1 59a ,15 Nr. 418566