DE2740913A1

DE2740913A1 - Pumpenanordnung mit einer kolbenpumpe

Info

Publication number: DE2740913A1
Application number: DE19772740913
Authority: DE
Inventors: Viktor Dulger; Franz Ernst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-09-10
Filing date: 1977-09-10
Publication date: 1979-03-22
Also published as: AT357042B; JPS5452303A; GB2004017B; FR2402780B1; NL7809258A; FR2402780A1; DE2740913C3; DE2740913B2; US4235130A; CH630997A5; GB2004017A

Description

Pumpenanordnung mit einer Kolbenpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpenanordnung mit einer Kolbenpumpe, deren Schubkolben mittels einer motorgetriebenen Kurbelwelle und einer Pleuelstange antreibbar ist.

Wird eine solche Kolbenpumpe mit einem Motor, der eine konstante Drehzahl aufweist, angetrieben, so arbeitet sie mit konstantem Hub und liefert eine konstante Fördermenge.

Des weiteren sind Pumpenanordnungen bekannt, mit denen variable Fördermengen abgegeben werden können und die insbesondere als Dosierpumpen Verwendung finden. Bei einer Ausführungsform wird eine Pumpenmembran durch den Anker eines Elektromagneten hin- und herbewegt, dem eine regelbare Anzahl von Erregerimpulsen zugeführt wird. Jedem Impuls entspricht eine vorgegebene Fördermenge. Diese Ausführung eignet sich nur für verhältnismäßig kleine Dosiermengen. Je kleiner die stündliche Förderleistung ist, um so größere Abstände müssen zwischen den einzelnen FörderhUben in Kauf genommen werden, wodurch die Gleichmäßigkeit der Zumischung leidet.

Bei einer anderen Ausführungsform einer Dosierpumpe wird ein

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Kolben von einer Kurvenscheibe angetrieben, die von einem Elektromotor über ein stufenlos einstellbares Regelgetriebe mit einer Drehzahl von 3 bis 60 U/h gedreht wird. Auch diese Konstruktion ist für verhältnismäßig kleine Fördermengen bestimmt und kann nicht stufenlos bis zur Fördermenge Null heruntergeregelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die einerseits stufenlos bis zur Fördermenge Null heruntergeregelt werden kann, andererseits aber auch verhältnismäßig große Fördermengen abgeben kann, so daß sich insgesamt eine außerordentlich großer Regelbereich ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schub» stange über ein erstes Gelenk mit der Pleuelstange und über ein zweites Gelenk mit dem Kolben verbunden ist, daß das erste Gelenk in einer Kulisse geführt ist, die mittels einer Einstellvorrichtung um eine gehäusefeste Drehachse schwenkbar ist und die Form eines Abschnitts eines Kreises hat, dessen Radius gleich der Länge der Schubstange ist, und daß das Lager für die Kurbelwelle mit der Kulisse fest verbunden ist.

Bei dieser Konstruktion ist durch Verschwenkung der Kulisse und des Lagers für die Kurbelwelle der Hub des Kolbens änderbar. Er läßt sich vom konstruktiv vorgegebenen Maximalhub bis zum Nullhub herabsetzen, bei dem die Kulisse längs einer Kreisbahn verläuft, deren Mittelpunkt auf der Bahn des zweiten Gelenks liegt. Im gesamten Regelbereich, also auch in der Nähe des Nullhubs, ergibt sich eine weitgehend gleichmäßige Abgabe der Fördermenge, da die Hubzahl konstant bleibt und durch Wahl der Antriebsdrehzahl die Abstände zwischen den einzelnen Förderhüben ausreichend klein gehalten werden können.

Günstig ist es, wenn die gehäusefeste Drehachse an einem Ende der Kulisse angeordnet ist und der Kreismittelpunkt in einer Schwenk-

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stellung mit der Stellung des zweiten Gelenks im oberen Totpunkt beim Maximalhub zusammenfällt. Dies hat zur Folge, daß der Totpunkt im gesamten Regelbereich gleich bleibt und der Hub lediglich durch Veränderung des unteren Totpunkts geändert wird. Der Totraum der Pumpe bleibt daher immer gleich und kann verhältnismäßig klein gehalten werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager für die Kurbelwelle auf einer etwa die beiden Kulissenendpunkte verbindenden Geraden auf der der Kulisse gegenüberliegenden Seite der gehäusefesten Drehachse angeordnet. Auf diese Weise wird für einen vorgegebenen Kurbelbahndurchmesser der größtmögliche maximale Kolbenhub erreicht. Je mehr die Kulisse in Richtung auf einen größer werdenden Kolbenhub verschwenkt wird, um so mehr nähert sich die Kraftkomponente der Pleuelstange für den Pumphub der entsprechenden Kraftkomponente der Schubstange.

Die Kurbelwelle kann unmittelbar von einem Motor angetrieben werden, der dann allerdings mit der Kulisse schwenkbar sein müßte. Es ist daher günstiger, wenn die Kurbelwelle ein erstes Zahnrad trägt, das mit einem um die gehäusefeste Drehachse drehbaren zweiten Zahnrad kämmt. Auf diese Weise kann ein feststehender Motor verwendet werden, der das zweite Zahnrad antreibt.

Es besteht die weitere Möglichkeit, daß das zweite Zahnrad drehfest mit einem größeren dritten Zahnrad verbunden ist, das mit einem von einer gehäusefest gelagerten Antriebswelle getragenen Ritzel kämmt. Hierbei bilden Ritzel und drittes Zahnrad ein Untersetzungsgetriebe, das die Verwendung eines schnelllaufenden Antriebsmotors erlaubt.

Die Einstellvorrichtung weist zweckmäßigerweise ein mit der Kulisse verbundenes Schneckenradsegment und eine Schnecke auf, deren mit einem Betätigungselement versehene Welle senkrecht zur gehäusefesten Drehachse verläuft. Die Schnecke arretiert

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die Kulisse in der gewählten Schwenkstellung, obwohl auch das Betätigungselement noch zusätzlich arretiert werden kann. Da die Welle der Einstellvorrichtung und die Kolbenachse senkrecht zur gehäusefesten Drehachse verläuft, ist es leicht möglich, die einzelnen äußeren Funktionselemente so anzuordnen, daß sie sich nicht gegenseitig behindern.

Eine besonders sinnvolle Anordnung ergibt sich, wenn Antriebswelle, Ritzel, Zahnräder, Kurbelwelle, Kulisse, Pleuelstange und Schubstange in einem Gehäuse untergebracht sind, in dessen beiden Seitenwänden die Antriebswelle gelagert ist, wobei die erste Seitenwand Befestigungsmittel zum Anschluß des Motors aufweist sowie an einer dritten Wand der Pumpenzylinder und an einer vierten Wand das Betätigungselement der Einstellvorrichtung angeordnet ist. Hierbei sind drei Wände mit Je einem Funktionselement besetzt, so daß noch weiteren drei Wänden bestimmte Aufgaben zugeordnet werden können, zum Beispiel einer Wand die Aufgabe einer Bodenfläche und einer angrenzenden Wand die Aufgabe einer nicht zugänglichen Rückwand.

An einer der vierten bis sechsten Wände kann eine den prozentualen Hub anzeigende Skala angeordnet sein, deren Zeiger mit der Kulisse verbunden ist.

Auf jeden Fall steht die zweite Seitenwand noch für weitere Funktionen zur Verfügung. Daher können an dieser zweiten Seitenwand Befestigungsmittel zum Anschluß eines weiteren Gehäuses vorgesehen sein und die Antriebswelle einseitig über das Gehäuse überstehen sowie an einem Ende ein Kupplungsstück und am anderen Ende ein dazu passendes Gegenkupplungsstück aufweisen. Die Grundkonstruktion der Pumpenanordnung macht es daher möglich, eine Anzahl von einzeln regelbaren Pumpen mit Hilfe eines einzigen Antriebsmotors anzutreiben.

Konstruktiv ist es empfehlenswert, wenn die Kulisse durch Ausschnitte in zwei Wangen gebildet ist, die/je ein Lager für die

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Kurbelwelle aufweisen und je einen in den Seitenwänden gelagerten Wellenstummel tragen, daß das erste Gelenk einen Zapfen aufweist, der an beiden Enden je eine in einem Ausschnitt geführte Rolle trägt, und daß auf dem einen Wellenstummel das zweite und dritte Zahnrad gelagert sind. Dies ergibt eine platzsparende und reibungsarme Arbeitsweise.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Kinematik der Pumpenanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Gehäuse der Pumpenanordnung

senkrecht zur gehäusefesten Drehachse mit einer Seitenansicht der Innenteile,

Fig. 3 einen durch die gehäusefeste Drehachse gehenden Schnitt, wobei die Kulisse etwa parallel zur Zeichenebene verläuft und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Antriebswelle.

Aus Fig. 1 ergibt sich, daß eine Kulisse 1 um eine feste Drehachse 2 an einem Endpunkt der Kulisse aus der voll ausgezogenen j Stellung A in die gestrichelt gezeichnete Stellung B schwenkbar j ist. über einen Träger 3 ist die Kulisse 1 fest mit einem Lager 4 für eine Kurbelwelle 5 verbunden, deren Kurbel 6 über ein Gelenk 7 mit einer Pleuelstange 8 verbunden ist. Diese ist über ein Gelenk 9 mit einer Schubstange 10 verbunden, welche ihrer- ! seits über ein Gelenk 11 mit einem Kolben 12 einer Pumpe verbunden ist, der in einem Zylinder 13 axial verschiebbar ist. j Das Gelenk 9 ist in der Kulisse 1 geführt. Die Kulisse hat die Form des Abschnitts eines Kreises, dessen Radius gleich der Schubstangenlänge ist und dessen Hittelpunkt in der Stellung A j mit dem Gelenk 11 zusammenfällt, dessen Länge in dieser Stellung ^; 909812/02B0

— 9 — dem oberen Totpunkt des Kolbens 12 entspricht.

Wenn die Kurbel 6 in der Stellung A der Kulisse 1 rotiert, vollführt die Schubstange 10 lediglich eine Schwenkbewegung um den Winkel a. Ein Hub erfolgt hierbei nicht. Wird die Kulisse 1 über den Winkel b in dielgestrichelt gezeichnete Stellung B verschwenkt, verkleinert sich der Schwenkwinkel der Schubstange 10 auf den Wert a¹, während gleichzeitig der Schwenkbewegung eine Axialbewegung überlagert wird, welche den Kolben 12 zwischen der voll ausgezogenen oberen Totpunktlage und der gestrichelten Stellung 12', also dem Maximalhub L, hin- und herbewegt. Je mehr sich die Kulisse 1 der Stellung B nähert, um so stärker nähert sich auch die Richtung der von der Pleuelstange 8 übertragenen Kraftkomponente der Richtung der von der Schubkurbel 10 zu übertragenden Kraftkomponente an. Infolgedessen wird die Kulisse verhältnismäßig wenig belastet.

Eine praktische Ausführungsform ist in den Figuren 2 bis 4 veranschaulicht. Hierbei sind/die entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Ein Gehäuse 14, das in der Praxis aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt ist, weist in beiden Seitenwänden 13 und 16 je ein Lager 17 und 18 für eine Welle 19 auf, welche die gehäusefeste Drehachse 2 definiert. Diese Welle kann zusätzlich in einem Lager 20 abgestützt sein, das in einem an der Deckwand befestigten Ausleger 22 ausgebildet ist. Des weiteren sind in den Seitenwänden 16 und 17 Lager 23 und 24 für eine Antriebswelle 23 vorgesehen, die an dem einen Ende ein herausragendes Kupplungsstück 26 und am anderen Ende ein entsprechendes KupplungsgegenstUck 27 trägt. Außerdem ist an dieser Antriebswelle ein Ritzel 28 befestigt. Das Ritzel treibt ein Zahnrad 29, das fest mit einem Zahnrad 30 verbunden ist. Beide Zahnräder sind auf der Welle 19 gelagert. Das Zahnrad 30 kämmt mit einem Zahnrad 31, welches die Kurbelwelle 3 antreibt. Der Träger weist zwei Wangen 32 und 33 auf, die je einen die Kulisse 1

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bildenden Ausschnitt 1 beziehungsweise 1' und ein Kurbelwellenlager 4 beziehungsweise 4' aufweisen. Auch die Kurbel besteht aus zwei Wangen 6, 6·, die zwischen sich Pleuelstangen 8 aufnehmen. Deren Ende ist gegabelt und nimmt zwischen sich die Hubstange 10 auf. Die Enden des Zapfens 34 des Gelenks 9 sind mit Rollen 35 beziehungsweise 35' versehen, welche in den Kulissenausschnitten 1 beziehungsweise 1' rollen können. An der Wange 32 ist ein Schneckenradsegment 36 angebracht, an dem ein Schneckenrad 37 angreift. Die zugehörige Welle 38 erstreckt sich durch eine weitere Wand 39 des Gehäuses und endet in einem Betätigungselement 40, das hier die Form eines Handrades hat. An der gegenüberliegenden Wand 41 ist der Zylinder 13 der Pumpe angeordnet, der außen durch Rippen 49 verstärkt ist und stirnseitig einen Flansch 42 zum Anschluß eines beliebigen Pumpenkopfes trägt. Des weiteren ist in der oberen Wand 21 ein Schlitz

43 vorgesehen, unterhalb dessen/ein teilzylindrischer Streifen

44 mit einer Skala auf der Oberseite befindet. Dieser Skala ist die eine Kante 45 des Trägers 3 als Zeiger zugeordnet. Infolgedessen läßt sich dort der eingestellte prozentuale Hub ablesen.

In der Seitenwand 15 befinden sich Gewindelöcher 46, mit deren Hilfe ein Motor an dieser Seitenwand befestigt werden kann. Dieser Motor hat eine Austrittswelle, die in das Gegenkupplungsstück 27 (Fig. 4) eingreifen kann. An der gegenüberliegenden Seitenwand 16 sind Gewindelöcher 47, die dazu dienen können, ein gleichartiges weiteres Gehäuse 14 anzubringen, bei dem das Gegenkupplungsstück 27 auf das Kupplungestück 26 der veranschaulichten Pumpenanordnung greift. In allen Fällen ist die Bodenwand 48 frei von irgendwelchen Bauelementen, so daß die Anordnung auf dieser Fläche abgesetzt werden kann.

Bei einem Ausführungsbeispiel hatte der Motor eine Drehzahl von 1 470 ü/min. Dies führte bei einer Untersetzung von 10 zu 1 mit Hilfe des Ritzels 28 und der Zahnräder 29, 30 und 31 zu einer Hubzahl von 147 Hüben pro Minute. Der Durchmesser des Kolbens und der Maximalhub L waren so bemessen, daß bei dieser Hubzahl

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eine maximale Fördermenge von 1 000 l/h bei einem Druck von 30 bar geliefert werden konnte. Diese Fördermenge ließ sich kontinuierlich bis auf Null herabregeln.

Statt der veranschaulichten Handversteilung des Hubvolumens kann auch ein Elektromotor vorgesehen sein, der ferngesteuert wird, beispielsweise über eine Rückmeldevorrichtung. Wenn das Gehäuse teilweise mit Ul gefüllt ist, kann eine rote Warnlampe (Leuchtdiode) vorgesehen sein, die anspricht, wenn der ölstand einen vorgegebenen Pegel unterschreitet. Ferner kann auch der Einbau eines Betriebsstundenzählers vorgesehen sein. In diesem Fall empfiehlt es sich, alle elektrischen Geräte flüssigkeitsdicht unter einem durchsichtigen Deckel für das Gehäuse 14 vorzusehen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

M J Pumpenanordnung mit einer Kolbenpumpe, deren Schubkolben mittels einer motorgetriebenen Kurbelwelle und einer Pleuelstange antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schubstange (10) über ein erstes Gelenk (9) mit der Pleuelstange (8) und über ein zweites Gelenk (11) mit dem Kolben (12) verbunden ist, daß das erste Gelenk (9) In einer Kulisse (1) geführt ist, die mittels einer Einstellvorrichtung (36, 37, 38, 40) um eine gehäusefeste Drehachse (2) schwenkbar ist und die Form eines Abschnitts eines Kreises hat, dessen Radius gleich der Länge der Schubstange (10) ist, und daß das Lager (4) für die Kurbelwelle (5) mit der Kulisse fest verbunden ist.
2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefeste Drehachse (2) an einem Ende der Kulisse (1) angeordnet ist und der Kreismittelpunkt in einer Schwenkstellung mit der Stellung des zweiten Gelenks (11) im oberen Totpunkt beim Maximalhub zusammenfällt.
3. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (4) für die Kurbelwelle (5) auf einer etwa die beiden Kulissenendpunkte verbindenden Geraden auf der der Kulisse (1) gegenüberliegenden Seite der gehäusefesten Drehachse (2) angeordnet ist.

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CRiCNAL !NSFECTEO
4. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (5) ein erstes Zahnrad (31) trägt, das mit einem um die gehäusefeste Drehachse (2) drehbaren zweiten Zahnrad (30) kämmt.
5. Pumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zahnrad (30) drehfest mit einem größeren dritten Zahnrad (29) verbunden ist, das mit einem von einer gehäusefest gelagerten Antriebswelle (25) getragenen Ritzel (28) kämmt.
6. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung ein mit der Kulisse (1) verbundenes Schneckenradsegment (36) und eine Schnecke (37) aufweist, deren mit einem Betätigungselement (40) versehene Welle (38) senkrecht zur gehäusefesten Drehachse (2) verläuft.
7. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebswelle (25), Ritzel (28), Zahnräder (29, 30, 31), Kurbelwelle (5), Kulisse (1), Pleuelstange (8) und Schubstange (10) in einem Gehäuse (14) untergebracht sind, in dessen beiden Seitenwänden (15, 16) die Antriebswelle gelagert ist, wobei die erste Seitenwand (15) Befestigungsmittel (46) zum Anschluß des Motors aufweist sowie an einer dritten Wand (41) der Pumpenzylinder (13) und an einer vierten Wand (39) das Betätigungselement (40) der Einstellvorrichtung angeordnet ist.
8. Pumpenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an einer (21) der vierten bis sechsten Wände eine den prozentualen Hub anzeigende Skala (44) angeordnet ist, deren Zeiger (45) mit der Kulisse (1) verbunden ist.

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9. Pumpenanordnung nach Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Seitenwand (16) Befestigungsmittel (47) zum Anschluß eines weiteren Gehäuses aufweist und die Antriebswelle (25) einseitig über das Gehäuse (14) Übersteht sowie an einem Ende ein KupplungsstUck (26) und am anderen Ende ein dazu passendes Gegenkupplungsstück (27) aufweist.
10. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulisse (1) durch Ausschnitte in zwei Wangen (32, 33) gebildet ist, die Je ein Lager (4, 4^f) für die Kurbelwelle (5) aufweisen und je einen in den Seitenwänden (15, 16) gelagerten Wellenstummel tragen, daß das erste Gelenk (9) einen Zapfen (34) aufweist, der an beiden Enden je *eine in einem Ausschnitt geführte Rolle (35, 35') trägt, und daß auf dem einen Wellenstummel das zweite und dritte Zahnrad (29, 30) gelagert sind.

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