DE2740913B2

DE2740913B2 - Kolbenpumpe mit einer Vorrichtung zur stufenlosen Verstellung des Kolbenhubes

Info

Publication number: DE2740913B2
Application number: DE2740913A
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: 1979-07-12
Also published as: GB2004017B; NL7809258A; US4235130A; FR2402780A1; FR2402780B1; GB2004017A; DE2740913A1; DE2740913C3; AT357042B; CH630997A5; JPS5452303A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe, deren Schubkolben mittels zweier über ein Pleuelgelenk verbundener Pleuelteile antreibbar ist, wobei der eine Pleuelteil über ein Kolbengelenk mit dem Kolben und der andere Pleuelteil über ein Antriebsgelenk mit einer Exzenterwelle verbunden ist, und mit einer Vorrichtung zur stufenlosen Verstellung des Kolbenhubes, die einen um einen gehäusefesten Drehpunkt verstellbaren Träger aufweist und eine Führung des Pieueigeienks auf einer Kreisbahn bewirkt, deren Kreismittelpunkt in dar Nullhub-Einstellung mit dem Kolbengelenk zusammenfällt

Bei einer bekannten Kolbenpumpe dieser Ar (DE-Gbm 66 04 576) wird das Pleuelgelenk dadurch au piner Kreisbahn geführt, daß dieses Gelenk von einen Führungshebel gehalten ist, dessen Drehpunkt an denr Träger sitzt Dieser kann mittels eines Verstellhebels der mit Hilfe einer Spindelmutter verlagerbar ist, uir seinen gehäusefesten Drehpunkt verstellt werden Damit das Pleuelgelenk bei der Nullhubeinstellung aul einer Kreisbahn geführt ist, deren Kreismittelpunkt mit dem Kolbengelenk zusammenfällt muß der Führungshebel eine Länge haben, die gleich der Länge des anKolben angelenkten Pleuelteils ist, und der Anlenkpunki des Führungshebels am Träger muß sich in dei Nullhubeinstellung seitlich genau neben dem Kolbengelenk befinden.

Dies hat zur Folge, daß das Kolbengelenk grundsätzlich außerhalb des Zylinders liegt Dies führt zu einem bezogen auf den Maximalhub, langen Kolben und bei begrenzten Platzverhältnissen dazu, daß der mit dem Kolben verbundene Pleuelteil vergleichsweise kurz sein muß, was wegen der auf den Kolben ausgeübten Seitenkräfte häufig unerwünscht ist

Es ist ferner eine Kolbenpumpe bekannt \»Maschinenbautechni'.-.« (Getriebetechnik) 1957, Seite 344, Bild8), bei der ein um einen festen Drehpunkt verstellbare Träger eine geradlinige Kulisse aufweist, die in verschiedenen Winkelstellungen zur Kolbenachse einstellbar ist Der Kolben weist eine Schubstange auf, die ein fest daran angebrachtes Lager mit senkrecht dazu verlaufender Achse trägt durch das eine zweite Schubstange geführt ist. Diese ist an einem in der Kulisse geführten Gleitstein gelenkig mit einem Pleuel verbunden, der mit einem Antriebsgelenk an der Exzenterwelle gelagert ist Hierbei erfordert die Verwendung zweier Schubstangen einen erhöhten Aufwand. Außerdem müssen recht erhebliche Querkräfte übertragen werden.

Des weiteren ist eine Kolbenpumpe bekannt (CH-PS 4 26 494), die einen um einen gehäusefesten Drehpunkt schwenkbaren Träger mit einer kreisbogenförniigen Kulisse besitzt, deren Radius mit der Länge des am Kolben angelenkten Pleuelteils übereinstimmt Zur Hubverstellung ist dieser Pleuelteil längs der Kulisse einstellbar. Der Gesamtträger ist mittels eines zweiten Pleuelteils von einer Exzenterwelle hin und her schwenkbar. Bei dieser Konstruktion müssen verhältnismäßig große Massen bewegt werden, weil der gesamte Träger bei jedem Hub mitbewegt wird.

Bei allen vorgenannten Konstruktionen ist die Exzenterwelle gehäusefest gelagert Es ist aber bekannt (DE-PS 11 04 786), eine Exzenterwelle, die über ein Kugelkopf-Antriebsgelenk, einen einzigen Pleuel und ein Kugelkopf-Kolbengelenk mit dem Kolben verbunden ist, um eine gehäusefeste Schwenkachse aus einer Stellung in Verlängerung der Kolbenachse in eine hierzu in einem Winkel stehende Stellung zu verlagern. Hierbei erfolgt der Antrieb über eine in der Schwenkachse angeordnete Schnecke, die mit einem auf der Exzenterwelle angeordneten Globoidzahnrad kämmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der ein Führungshebel für die Führung des Pleuelgelenks entfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da" der Träger eine kreisbogenförmige Kulisse zur Führung des Pleuelgelenks und das Lager für die

Exzenterwelle aufweist.

Bei dieser Kolbenpumpe wird statt des Führungshebels die kreisbogenförmige Kulisse zur Führung des Pleuelgelenks benutzt. Wegen des Fortfalls des Führungshebels kann daher das Kolbengelenk während des Betriebs, zum Beispiel dann, wenn der Nullhub im oberen Totpunkt vorgesehen ist, bis unmittelbar an den Zylinder heran oder sogar in diesen hinein verlagert werden, so daß mit einem kürzeren Kolben gearbeitet werden kann. Die Länge des mit dem Kolben verbundenen Pleuelteils kann frei und vor allen Dingen verhältnismäßig groß gewählt werden, so daß auch auf den Kolben wirkende Querkräfte klein gehalten werden können. Es bereitet keine Schwierigkeiten, die Kulisse mit einem Radius von der Länge dieses Pleuelteils zu versehen. Insgesamt ergibt sich ein sehr einfacher, platzsparender Aufbau.

Da die Exzenterwelle zusammen mit der Kulisse verlagert wird, legt das Pleuelgelenk immer denselben Weg in der Kulisse zurück. Die einmal gewählte Länge und die einmal gewählte Kinematik bleibt für jede Einstellung erhalten. Dies ist für die Bemessung des Gehäuses und für die zwangsweise Bewegung des Pleuelgelenks in der Kulisse wichtig. Da der Träger stillsteht, muß dessen Masse nicht fortwährend bewegt werden. Insgesamt lassen sich die beweglichen Teile derart in einem Gehäuse unterbringen, daß man ohne Schwierigkeiten auch noch ein Untersetzungsgetriebe anordnen kann.

Günstig ist es, wenn die gehäusefeste Drehachse des Trägers an einem Ende der Kulisse angeordnet ist Dies führt zu einem Totpunkt an einem Ende der Bewegungsbahn des Kolbens. An dieser Stelle kann auch der Nullhub erzeugt werden. Wenn beispielsweise der Kreismittelpunkt der Kulisse in einer Schwenkstellung mit der Stellung des Kolbengelenks im oberen Totpunkt beim Maximalhub zusammenfällt, bleibt dieser Totpunkt im gesamten Regelbereich gleich und der Hub wird lediglich durch Veränderung des unteren Totpunkts geändert In diesem Fall bleibt der tote Raum der Pumpe immer gleich und kann verhältnismäßig klein gehalten werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager für die Exzenterwelle auf einer etwa die beiden Kulissenpunkte verbindenden Geraden auf der der Kulisse gegenüberliegenden Seite der gehäusefesten Drehachse des Trägers angeordnet Auf diese Weise wird für einen vorgegebenen Exzenterbahndurchmesser der größtmögliche maximale Kolbenhub erreicht Je mehr die Kulisse in Richtung auf einen größer werdenden Kolbenhub verschwenkt wird, umso mehr nähert sich die Kraftkomponente des einen Pleuelteils beim Pumphub der entsprechenden Kraftkomponente des anderen Pleuelteils.

Die Exzenterwelle kann unmittelbar von einem Motor angetrieben werden, der dann allerdings mit dem Träger schwenkbar sein müßte. Es ist daher günstiger, wenn ein Zahnradgetriebe zwischen gehäusefest gelagerter Antriebswelle und Exzenterwelle vorgesehen ist, bei dem ein auf der Exzenterwelle sitzendes Zahnrad von einem die gehäusefeste Drehachse des Trägers drehbaren Zahnrad angetrieben ist Auf diese Weise kann ein feststehender Motor verwendet werden.

Der Träger weist zweckmäßigerweise ein Globoidradsegment auf, an dem eine Schnecke der Einstellvorrichtung angreift Die Schnecke arretiert den Träger in der gewählter! SchwcRksieüsing. Außerdem kann auf einen zwischengeschalteten Einstellhebel verzichtet werden.

Konstruktiv ist es empfehlenswert, wenn die Kulisse durch Ausschnitte in zwei Wangen gebildet ist, die je ein Lager für die Exzenterwelle aufweisen und je einen in s Gehäuseseitenwänden gelagerten Achsstummel tragen, und wenn das Pleuelgelenk einen Zapfen aufweist, der an beiden Enden je eine in einem Ausschnitt geführte Rolle trägt Dies ergibt eine platzsparende und reibungsarme Arbeitsweise.

to Günstig ist es ferner, wenn das Getriebe ein auf einer gehäusefest gelagerten Antriebswelle sitzendes Ritzel und ein Zwischenzahnrad aufweist, das auf dem einen Achsstummel des Trägers gelagert ist Auf diese Weise ergibt sich ein sehr einfach aufgebautes Untersetzungs getriebe, das die Verwendung eines schnell laufenden und daher kleinen Antriebsmotor erlaubt

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

>o F i g. 1 schematisch die Kinematik der Kolbenpumpe gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Schnitt durch ein Gehäuse der Kolbenpumpe 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 F i g. 4 eine Draufsicht auf die Antriebswelle. Aus F i g. 1 ergibt sich, daß ein Träger 3 mit einer Kulisse 1 um eine feste Drehachse 2 an einem Endpunkt der Kulisse aus der voll ausgezogenen Stellung A in die gestrichelt gezeichnete Stellung B schwenkbar ist Der Träger 3 ist fest mit einem Lager 4 für eine Exzenterwelle 5 verbunden, deren Exzenter 6 über ein

Vi Antriebsgelenk 7 mit einem Pleuelteil 8 verbunden ist Dieses ist über ein Pleuelgelenk 9 mit einem zweiten Pleuelteil 10 verbunden, welches seinerseits über ein Kolbengelenk 11 mit einem Kolben 12 der Kolbenpumpe verbunden ist, der in einem Zylinder 13 axial verschiebbar ist Das Pleuelgelenk 9 ist in der Kulisse 1 geführt Die Kulisse hat die Form des Abschnitts eines Kreises, dessen Radius gleich der Länge des Pleuelteils 10 ist und dessen Mittelpunkt in der Stellung A mit dem Kolbengelenk U zusammenfällt

Wenn der Exzenter 6 in der Stellung A der Kulisse 1 rotiert, vollführt der Pleuelteil 10 lediglich eine Schwenkbewegung um den Winkel a. Ein Hub erfolgt hierbei nicht Wird die Kulisse 1 über den Winkel b in die gestrichelt gezeichnete Stellung B verschwenkt, verklei-

5» nert sich der Schwenkwinkel des Pleuelteils 10 auf den Wert a", 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 dem Pleuelteil 8 übertragenen Kraftkomponente der Richtung der von dem Pleuelteil 10 zu übertragenden Kraftkomponente an. Infolgedessen wird die Kulisse verhältnismäßig wenig belastet

Eine praktische Ausführungsform ist in den F i g. 2 bis 4 veranschaulicht Hierbei sind für die entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet

b^rj Ein Gehäuse 14, das in der Praxis aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt ist, weist in beiden Seitenwänden 15 und 16 je ein Lager 17 und 18 für zwei Achsstummel 19 auf, welche die gehäusefeste Drehach-

se 2 definieren. Ein Achsstummel kann zusätzlich in einem Lager 20 abgestützt sein, das in einem an der Deckwand 21 befestigten Ausleger 22 ausgebildet ist. Des weiteren sind in den Seitenwänden 16 und 17 Lager 23 und 24 für eine Antriebswelle 25 vorgesehen, die an dem einen Ende ein herausragendes Kupplungsstück 26 und am anderen Ende ein entsprechendes Kupplungsgegenstück 27 trägt Außerdem ist an dieser Antriebswelle ein Ritzel 28 befestigt Das Ritzel treibt ein Zwischenzahnrad, bestehend aus einem Zahnrad 29 und einem fest damit verbundenen Zahnrad 30. Das Zwischenzahnrad ist auf dem einen Achsstummel 19 gelagert Das Zahnrad 30 kämmt mit einem Zahnrad 31, welches die Exzenterwelle 5 antreibt Der Träger 3 weist zwei Wangen 32 und 33 auf, die je einen die Kulisse 1 bildenden Ausschnitt 1 bzw. Γ und ein Exzenterwellenlager 4 beziehungsweise 4' aufweisen. Auch der Exzenter besteht aus zwei Wangen 6, 6', die zwischen sich den Pleuelteil 8 aufnehmen. Dessen Ende ist gegabelt und nimmt zwischen sich den Pleuelteil 10 auf. Die Enden des Zapfens 34 des Gelenks 9 sind mit Rollen 35 bzw. 35' versehen, welche in den Kulissenausschnitten 1 bzw. Γ rollen können. An der Wange 32 ist ein Globoidradsegment 36 angebracht, an dem eine Schnecke 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 sich 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 Kupplungsstück 26 der veranschaulichten Pumpenanordnung greift. In allen Fällen ist die Bodenwand 48 frei von irgendwelchen Bauelementen, so daß die Anordnung auf dieser Räche abgesetzt werden kann.

Bei einem Ausführungsbeispiel hatte der Motor eine Drehzahl von 1470 U/min. Dies führte bei einer Untersetzung von 10 :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 eine maximale Fördermenge 1000 l/h bei einem Druck von 30 bar geliefert werden konnte. Diese Fördermenge ließ sich kontinuierlich bis auf Null herabregeln.

Statt der veranschaulichten Handverstellung des Hubvolumens kann auch ein Elektromotor vorgesehen sein, der ferngesteuert wird, beispielsweise über eine Rückmeldevorrichtung. Wenn das Gehäuse teilweise mit öl gefüllt ist, kann eine rote Warnlampe (Leuchtdiode) vorgesehen sein, die anspricht wenn der Olstand 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kolbenpumpe, deren Schubkolben mitteis zweier über ein Pleuelgelenk verbundener Pleuelteile antreibbar ist, wobei der eine Pleuelteil über ein Kolbengelenk mit dem Kolben und der andere Pleuelteil über ein Antriebsgelenk mit einer Exzenterwelle verbunden ist, und mit einer Vorrichtung zur stufenlosen Verstellung des Kolbenhubes, die einen um einen gehäusefesten Drehpunkt verstellbaren Träger aufweist und eine Führung des Pleuelgeleuks auf einer Kreisbahn bewirkt, deren Kreismittelpunkt in der Nullhub-Einstellung mit dem Kolbengelenk zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) eine krejsbogenförmige Kulisse (1) zur Führung des Pleuelgelenks (9) und das Lager (4) für die Exzenterwelle (5) aufweist

2. Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefeste Drehachse (2) des Trägers (3) an einem Ende der Kulisse (1) angeordnet ist

3. Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (4) für die Exzenterwelle (5) auf einer etwa die beiden Kulissenendpunkte verbindenden Geraden auf der der Kulisse (1) gegenüberliegenden Seite der gehäusefesten Drehachse (2) des Trägers (3) angeordnet ist

4. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 Ibis

3, gekennzeichnet durch ein Zahnradgetriebe zwischen gehäusefest gelagerter Antriebswelle (25) und Exzenterwelle (5), bei dem ein auf der Exzenterwelle sitzendes Zahnrad (31) von einem um die gehäuseleste Drehachse (2) des Trägers (3) drehbaren Zahnrad (30) angetrieben ist.

5. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3) ein Globoidradsegment (36) aufweist, an dem eine Schnecke (37) der Verstellvorrichtung angreift.

6. Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulisse (1) durch Ausschnitte in zwei Wangen (32,33) gebildet ist, die je ein Lager (4, 4') für die Exzenterwelle (5) aufweisen und je einen in Gehäuseseitenwänden (15, 16) gelagerten Achsstummel (19) tragen, und daß das Pleuelgelenk (9) einen Zapfen (34) aufweist, der tin beiden Enden je eine in einem Ausschnitt geführte Rolle (35,35') trägt.

7. Kolbenpumpe nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein auf einer gehäusefest gelagerten Antriebswelle (25) sitzendes Ritzel und ein Zwischenzahnrad (29, 30) aufweist, das auf dem einen Achsstummel (19) des Trägers (3) gelagert ist.