DE1912634A1

DE1912634A1 - Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE1912634A1
Application number: DE19691912634
Authority: DE
Inventors: Ilie Chivari
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-03-13
Filing date: 1969-03-13
Publication date: 1970-09-24
Also published as: FR2034883B1; US3731593A; FR2034883A1; GB1240973A

Description

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Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König

Patentanwälte ■ 4θαα !Düsseldorf ■ Cscilienallee 76 · Telefon 43273s

4 Düsseldorf, den 12.März 1969 Unsere Akte: 24 680 Gecilienallee 76

Hydrakraft Entwioklungsgesellschaft B. Haekforth XG-,

4680 Wanne-Eickel, Heerstraße 58a

"Axialkolbenpumpe"

Die Erfindung bezieht sich auf Axialkolbenpumpen, deren Im Pumpengehäuse drehbar gelagerter, mit seiner Achse gegen die Achse der Antriebswelle geneigter Zylinderblock mit dieser Welle Übersetzungslos durch ein Kegelradpaar gekuppelt ist, deren Kolben mit dem Triebflansch der Antriebswelle durch beiderseits allseitig schwenkbar gelagerte Pleuelstangen verbunden sind und deren Zylinder über je eine radiale öffnung in der Zylinderblockwand abwechselnd während je einer annähernd halben Umdrehung mit an verschiedenen Seiten der gemeinsamen Achsebene angeordneten Ansaug- und Auslaßkanälen in Verbindung stehen. Diese auch als Motor betreibbaren Pumpen unterscheiden sich vorteilhaft von denjenigen Axialkolbenpumpen, bei denen der feststehende Zylinderblock in der Achse der Antriebswelle liegt und die Kolben in den Zylinderbohrungen des Zylinderblocks durch eine mit der Antriebswelle umlaufende Schräg- oder Taumelscheibe in hin- und hergehende Bewegungen versetzt werden, mit der sie durch Federn in ständiger Anlage gehalten werden. Durch die

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Verbindung der Kolben mit der Antriebswelle über Pleuelstangen wird nämlich einerseits die sonst auf dem Kraftweg von der Antriebswelle au den Kolben auftretende gleitende Reibung vermieden, anderseits die Möglichkeit geschaffen, durch entsprechend stärkere Neigung der Achsen von Zylinderblock und Antriebswelle den Kolbenhub wesentlich ssu vergrößern, als mit Hilfe der durch die vorerwähnte Reibung begrenzten Neigung der Schrägscheibe gegen die durch ihre Mitte gehende, zur Antriebswellenachse senkrechte Ebene möglich wäre·

Auch bei den bekannten Axialkolbenpuapen mit gegeneinander geneigten'Achsen von Zylinderblock und Antriebswelle und über Pleuel angetriebenen Kolben ist jedoch diese Neigung auf höchstens 45° begrenzt, weil das den Zylinderblock mit Antriebswelle kuppelnde Zahnräderpaar in der Mitte der einander zugekehrten Flächen von Zylinderblock und Triebflansch der Antriebswelle, also zwischen den Lagern der Pleuelstangen angeordnet ist· Außerdem hat der Zylinderblock wegen seiner Lagerung auf einer feststehenden zentralen Achse einen relativ großen Durchmesser, und diese auch die Ansaug- und Auslaßkanäle enthaltende Achse mit ihren Steuerschlitzen, über die nach innen gerichtete radiale Öffnungen der Zylinderbohrungen abwechselnd mit den Ansaug- und Auslaßkanälen in Verbindung treten, läßt nur Ansaug- und Auslaßkanäle zu, deren Querschnitte ganz erheblich unter dem Querschnitt der Zylinder liegen. Durch die geringen Querschnitte dieser Kanäle sind d' durch die Vergrößerung de« Kolbenhubs erreichbaren Steigerung der Pumpenleistung relativ enge Grenzen gezogen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde, bei einer Pumpe der eingang« genannten Art einerseits durch stärkere Neigung der Achsen τοη Zylinderblock und Antriebswelle iM Interesse der Erhöhung der Forderleistung den Kolbenhub noch weiter su vergrößern und eugleioh den Wirkungsgrad der Pumpe dadurch eu verbessern, dai die Ansaug- und AuelaBkanäle ebenso wie die Ansaug- und Auslassöffnungen des Gehäuses einen wesentlich größeren, der Susne der Querschnitte der jeweils unter Ansaug- bsw. unter Förderdruck stehenden lylinder weitgehend angenäherten Querschnitt er- i halten·

Die Erfindung erreicht das bei einer Axialkolbenpumpe der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäS dadurch, daß der Zylinderblock mit seinem Außenumfang in dem ihn uaaohlieSenden Teil des Pumpengehäuses gelagert ist, das ihn mit der Antriebswelle verbindende Zahnräderpaar aus am Außenumfang τοη Zylinderblock und Triebflansch angeordneten Zahnkränzen besteht, und die Zylinderbohrungen über nach außen gerichtete radiale Offnungen und swischen Zylinderblock und Umfangswand des Gehäuses angeordnete Kanäle mit den Ansaug- und Auelaßöffnungen des Gehäuses in Ter- " bindung stehen.

Bei einer solchen Ausbildung der Pumpe 1st die Neigung von Zylinderblock und Antriebswelle nicht durch das sie verbindende Zahnräderpaar begrenst, vielmehr kann diese Neigung einem rechten Winkel soweit genähert werden, daß die Pleuelstangen sich gerade noch übereinander und über ihre Lager am Triebflansch hinweg bewegen können. Außerdem lassen die radial

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nach außen gerichteten öffnungen der Zylinderbohrungen und die Anordnung der Ansaug- und Auslaßkanäle In dem Raum zwischen Zylinderblock und Qehäusewand eine optimale Bemessung der Querschnitte dieser Zylinderöffnungen und der mit Ihnen In Verbindung tretenden Ansaug- und Auslaßwege zu. Dabei konnten trotz erheblich gesteigerter Pumpenleistung und verbessertem Wirkungsgrad die Abmessungen der Pumpe wesentlich verringert und zugleich die umlaufenden Massen beträchtlich verkleinert werden.

Trotz der Anordnung der Zylinderbohrungen um die Achse eines relativ kleinen Zylinderblocks sind die Arbeltswelse und die Leistung der Maschine Insbesondere hinsichtlich des Kolbenhubs durchaus mit denjenigen von erheblich größeren und schwereren Pumpen oder Motoren bekannter Bauarten zu vergleichen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei diese an einem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert?

In der Zeichnung zeigenι

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die den Gegenstand der Erfindung bildende Pumpe im Zuge der gemeinsamen Achsebene von Zylinderblock 9 und Pumpenwelle 30,

Flg. 2 einen Querschnitt durch den Zylinderblock 9 in Höhe der Linie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 einen axialen Schnitt durch den Zylinder-

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entlang der gebrochenen linie B-B der Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie C-C der Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie D-D der Fig. 3,

Fig. 6 in einem durch eine Achsebene gelegten Schnitt den Triebflansch der Antriebswelle mit den darauf befestigten Teilen,

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie E-E der Fig. 6,

Fig. 8 einen Axialschnitt durch eine abgewandelte Bauform der Pleuelstangenlagerung am Triebflansch der Antriebswelle und

Fig. 8a eine Aufsicht auf das Zahnrad 33' der Fig. 6a.

Innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses befinden sich umschlossen vom Gehäuseteil 1 der Zylinderblock 9 und umschlossen von dem Gehäuseteil 3 die Antriebswelle 30. Die Achsen des Zylinderblocks 9 und der Antriebswelle 30 sind gegeneinander um 60° geneigt. Entsprechend dieser Neigung sind die Gehäuseteile 1 und 3 durch ein hohles Winkelstück 2 fest und dicht miteinander verbunden.

Der vom Gehäuseteil 2 umschlossene Raum 31 ist mit

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öl gefüllt und durch eine verschließbare Füllöffnung 32 zugänglich.

Der In allen Querschnitten kreisförmige Zylinderblock 9 1st Im Gehäuseteil 1 über ein Rollenlager 10 am unteren, und über ein Rillenkugellager 11 am oberen Ende drehbar gelagert und gegen axiale Verschiebungen zusätzlich durch ein Rollenlager 14 mit radial gelagerten Rollen gesichert.

Der Zylinderblock 9 enthält, wie aus Flg. 2 ersichtlich, fünf um die Zylinderblockachse gleichmäßig verteilte achsparallele Zylinderbohrungen 13 mit je einem Pumpenkolben 12. Die durch die Pumpenkolben 12 einerseits begrenzten Zylinderräume sind am entgegengesetzten Ende durch Stopfen 15 mit Ringdichtungen 16 druckdicht verschlossen, die an einem die freie Stirnfläche des Zylinderblocks 9 überdeckenden Deckel 9a durch Schrauben 17 befestigt sind. Der Deckel 9a ist am Zylinderblock 9 durch eine mittlere Schraube 19 zentriert und durch weitere Schrauben 18 (Fig. 3) mit dem Zylinderblock 9 verbunden. Eine axiale Bohrung 19a in der Schraube 19 verbindet den zentralen Schmiermittelkanal 9b des Zylinderblocks 9 mit dem Spalt zwischen dem Zylinderblockdeckel 18 und dem dicht schließenden Gehäusedeckel 1a. Jede Zylinderbohrung 13 steht durch eine in Höhe der oberen Totpunktlage der Kolben vorgesehene radiale öffnung 13a in der Umf angswand des Zylinderblocke mit einem Ringraum zwischen dem Zylinderblock 9 der Umfangewand des Gehäuseteils 1 in Y 'bindung. In diesen Ringraum 1st mit enger Passung ein Steuerring 4 eingesetzt, der durch eine in eine achsparallele Nut eingreifende

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Schraub· 20 gegen Drehung im Gehäuseteil 1 gesichert ist. Er enthttlt swei annähernd halbringförmige Durchbrechungen, die durch einander diametral gegenüberliegende Stege 4a (Fig. 3) voneinander getrennt sind. Di··· Durchbrechungen bestehen je aus einer äußeren annähernd halbringförmigen Nut 5 bzw. 6, einer inneren gleichfalls annähernd halbringförmigen Nut 5a bzw· 6a und Durchlaßöffnung 5b bzw· 6b in einer die Nuten 5 und 6, von den Nuten 5a und 6a trennenden Wand 4c. Di· Trennwände 4c dienen zur Versteifung des Rings 4, der durch sich über seinen vollen Querschnitt erstreckte Durchbrechungen zu stark geschwächt wäre. Die einander gegenüberliegenden Stege 4a liegen in den Bereichen der oberen und unteren Totpunktlagen der Kolben 12, so dafl je nach dem Drehsinn des Zylinderblock· 9 jeweils eine der im Bereich der äußeren Ringnuten 5, β des Rings 4 liegenden öffnungen 7 und im Gehäusewandt®il i die Ansaug- und die andere die AualaBöffnung bildet« Bise® öffnungen 7 und 8 sind in üblicher Weise alt Mitteln %w& tos©feli©S®Si des Gehäuseteil· 1 an (nicht gezeichnet®,) ά&& Betriebsmittel führende Leitungen versehen.

An den Kolben 12 sind die Pleuelstangen 27 allseitig schwenkbar durch Kugelpfannenlager 12a befestigt. Sie verbinden die Kolben mit gleichartigen Lagern am Triebflansch 30a der Antriebswelle 30. Diese Lager bestehen im geseichneten Beispiel aus Elnachslagern 28 und diese tragenden Kurbelzapfen 29, die in einem auf dem Triebflansch 30a befestigten Zahnrad 33 um zur Achse der Puapenwelle parallele Achsen drehbar gelagert sind. Diese Kurbelzapfen 29 ruhen in Rollenlagern 34 und sind gegen axiale Verschiebungen durch Rillenkugel-

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lager 35 gesichert. Diese Kugellager 35 sitzen in einem Lagerring 36, der zwischen dem Triebflansch und dem Zahnrad 33 festgespannt ist. Das Zahnrad ist an seinem Außenumfang mit einer Palloidverzahnung 33a versehen, die mit einer gleichen Verzahnung 9b am Flansch 9a des Zylinderblocks 9 in Eingriff steht. Zahnrad 35 und Lagerring 36 sind durch eine Mittelschraube 37 auf dem Triebflanech 30a zentriert und mit diesem durch Schrauben 38 zusätzlich verbunden.

Die Antriebswelle 30 ist im Gehäuseteil 3 an Ihrea oberen Ende über ein Rollenlager 39 und an ihrem abge« setete η unteren Ende über zwei Rillenkugellager und 41 gelagert, die zugleich die Antriebswelle 30 In beiden Richtungen gegen axiale Verschiebungen Im haus et eil 2 sichern. Die Kugellager 40 und 41 sind axialer Richtung am Gehäuseteil 2 und an der Welle durch Ringbunde und durch Sprengringe abgestützt,

Die Arbeitsweise der den Gegenstand der denden Pumpe ergibt sich aus einem Vergleich d®r FIg₀ mit den Figuren 2a und 2b» Von den Kolben 12 befindet sich in Fig. 1 ein Kolben in der oberen vmd ein in der unteren Totpunktlage. Bei einer Pumpe mit rader Zylinderzahl, wie sie in der Zeichnung darg® stellt ist, können diese Stellungen allerdings von zwei Kolben zur gleichen Zeit ©inganomen Jeder Kolben nimmt eine dieser Stellungen ©in_s er an einem der Stege 4a des Steuerringe 4 und die öffnung des zugehörigen Zylinders starch einen dieser Stege verschlossen 1st. Dreht der Zylinderbio©] sich von seinem Deckel 9a aus gesehen entgegen dem

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zeigersinn, wie in Fig. 2 durch einen Pfeil angedeutet ist, dann gehen die Kolben am oberen Steg 4a durch die untere und am unteren Steg 4a durch ihre obere Totpunktlage, Das bedeutet, daß das zu befördernde Medium auf der linken Seite durch die Gehäusewandöffnung 7 angesaugt und auf der rechten Seite durch die Gehäusewandöffnung 8 ausgestoßen wird, wie in Fig. 2 durch kleine Pfeile angedeutet ist. Fig. 3 zeigt zwei Kolben in ihrer Mittelstellung, die links einem halben Abwärtshub (Saughub), rechts einem halben Aufwärtshub (Druckhub) entspricht. Auch diese Stellung kann bei ungerader Zylinderzahl nicht von zwei Kolben gleichzeitig eingenommen werden.

Um zu verhindern, daß durch den im Betrieb auf verschiedenen Seiten der durch die Stege 4a gehenden gemeinsamen Achsebene entstehenden Druckunterschied der Zylinderblock eine unerwünschte einseitige Belastung erfährt, sind an der Innenseite des Steuerrings 4 beiderseits der Nuten 5a und 6a je eine weitere Nut 21, 22 auf der einen, und 23, 24 auf der anderen Seite von gleicher Länge wie die Nuten 5a und 6a vorgesehen (Fig. 3), und die auf gleichen Seiten der durch die Stege 4a gehenden Achsebene vorhandenen Nuten jeweils mit der auf der anderen Seite dieser Ebene liegenden Durchbrechung 6, 6a, 6b bzw. 5» 5a, 5b des Steuerrings 4 durch im Steuerring 4 angeordnete Kanäle 25 bzw 26 verbunden (Fig. 5). Auf diese Weise werden der vorerwähnte Druckunterschied und damit die einseitigen Querbelastungen des Zylinderblocks weitgehend aufgehoben.

Die aus den Figuren 1 und 6 ersichtliche Anordnung der Lager 34 für die Kurbelzapfen 29 unmittelbar in dem

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Zahnrad 33 erfordert eine Größe dieses Rades, die es zuläßt, daß beim Einfräsen der Zahnung 33a die dazu benutzten Werkzeuge freien Auslauf nach innen haben· Das führt zu einem relativ großen Durchmesser dieses Zahnrades sowie des gezahnten Flansche 9a am Zylinderblock 8. Um hler eine Verbesserung zu schaffen, sind - wie in den Figuren 8 und 8a dargestellt - die Rollenlager 34 der Kurbelzapfen 29 in einem Lagerring 36' untergebracht und das Zahnrad 33', das in diesem Beispiel die Rillenkugellager 35 für die Kurbelzapfen 29 enthält, zwischen diesem Ring 36* und dem Triebflansch 30a eingespannt·

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Claims

Hydrokraft Entwioklungsgesellschaft B. Hackforth KG, 4660 Wanne-Blckel, HeerstraSe 58a

Patentansprüche s

Axialkolbenpumpe, deren im PuBpengehäuee drehbar gelagerter alt seiner Achse gegen die Achse der Antriebswelle geneigter Zylinderblock mit dieser Welle ttbersetsyngelos durch ein Kegelräderpaar gekuppelt ist§ deren Kolben Bit dem Triebflansch der Antriebswelle durch beiderseits allseitig schwenkbar gelagerte Pleuelstangen verbunden sind und deren Zylinder über ^e eine radiale öffnung in der Eylljid@rfel@Qkwand abwechselnd während je einer annähernd Maleos Ussdr^Iimig mit ®& verschiedenen Seiten dL@i» g€s©£M®msa &©hs@b®n® angeordneten Ansaug- vmd Änslaüsaallea la fsrbiadimg st®h®n, dadurch g@fe®asis@i©hffi©t_ff daS Aer Syllnterbloek (9) mit in de» ihn umrohlieSenden T®ii häusea gelag®rt ist, das ihn sit der Antriebswelle (30) verlblmüürül® Sehnräderpaai* aus am AuS@mmfang von Zylinderblock (9) und Triebflansch (30a) angeordneten Zalmkränssn (9b, 53a) besteht, und die Zylinderbohrungen (13) über radial nach auSen gerichtete Öffnungen (13a) und zwischen Zylinderblock (9) und Ifoifangewand des Gehäuseteils (1) angeordnete Kanäle (§, 5a, 5bj 6, 6a, 6b) Bit den Ansaug- und Auslafiuffnungen (7, B) des Gehäuaes in Terbindung stehen«

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2. Axialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaug- und Auslaßkanäle aus etwa halbringförmigen, durch Trennstege (4a) voneinander getrennten Durchbrechungen (5» 5a, 5bj 6, 6a, 6b) eines zwischen Zylinderblock (9) und Gehäusewand (1) angeordneten, drehfest im Gehäuseteil (1) gehaltenen Steuerring (4) bestehen, in die von außen die Ansaug- und Auslaßöffnung (7, 8) in der Gehäusewand (T) und von innen die Zylinderöffnungen (13a) in der Zylinderblockwand münden.
3. Axialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderöffnungen (13a) wenigstens annähernd gleichen Querschnitt haben wie die Zylinderbohrungen (13) und die wirksamen Querschnitte der Durchbrechungen (5, 5a, 5bj 6, 6a, 6b) im Steuerring (4) sowie der Ansaug- und Auslaßöffnungen (7, 8) minde-

- stena so groß sind wie die Summe der Querschnitte der jeweils gleichseitig mit ihnen in Verbindung stehenden Zylinderöffnungen (13a) 1st.
4. Axialkolbenpumpen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen des Steuerringe (4) je aus einer äußeren und einer inneren annähernd halbringförmigen Nut (5, 5a bzw. 6, 6a) und radialen Bohrungen (5, 6b) in den die Nuten (5, 5a und 6, 6a) trennenden Ringwandteilen (5c, 6c) bestehen.
5. Axialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

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die dem Zylinderblock (9) zugewandten Flächen (4c) der Stege (4a) in Umfangsrlchtung wenigstens die gleiche Breite haben wie die Zylinderöffnungen (13a) in dieser Richtung.
6. Axialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Steuerrings (4) beiderseits der Nuten (Sa₉ 6a) Je eine Nut (21, 23, 23, 24) gleicher Länge vorgesehen ist, und die auf gleichen Seiten des Steuerrings (4) vorhandenen Nuten (21, 22, bzw· 23, 24) jeweils mit der auf der anderen Seite liegenden Durchbrechung (6, 6a, 6b bzw. 5, 5a 5b) des Steuerrings (4) durch die in diesem angeordnete Kanäle (25, 26) in Verbindung stehen.
7* Axialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der am Triebflansch (30a) der Antriebswelle (30) angeordnete Zahnkranz (33a) Teil eines auf dem Triebflansch (30a) aufgesetzten Zahnrades (33) ist, und der Oegenzahnkranz (9b) in den Umfang eines Flansches (9a) des Zylinderblocks (9) eingeschnitten ist.
8. Axialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstangen (27) an der Antriebswelle (30) in einachsigen Lagern (23) von Kurbelzapfen (29) gehalten sind, die am Triebflansch (30a) der Antriebswelle (50) um zu deren Achse parallele Achsen drehbar gelagert sind.

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9. Axialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gilcmns eiohni t , dsj di· Kurbelzapfen (29) In de« auf dem Trietoflanaeh (30a) befestigten Zahnrad (33) gelagert und gegen axiales Verschieben durch Rillenkugellager (33) in einem «wischen Zahnrad (33) und Trlebflansoh (30a) eingespannten Lagerring (36) gesichert sind·

10« Axialkolbenpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 8, d ad urch gekennseiohnet» dsJ die Surbelsapfen (29) in einer Flaohringsoheibe (36·) gelagert sind, und die sie gegen axiales Yerschieben sichernden Rillenkugellager (35) in den zwischen der Flachringscheibe (36') und de« Triebflansch (30a) eingespannten Zahnrad (33*) angeordnet sind.

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