DE2740913C3 - Kolbenpumpe mit einer Vorrichtung zur stufenlosen Verstellung des Kolbenhubes - Google Patents
Kolbenpumpe mit einer Vorrichtung zur stufenlosen Verstellung des KolbenhubesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht ^ich 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 Pleuelgelenks auf
einer Kreisbahn bewirkt, deren Kreismittelpunkt in der Nullhub-Einstellung mit dem Kolbengelenk zusammen
• fällt,
ι Bei einer bekannten Kolbenpumpe dieser Ar
ι Bei einer bekannten Kolbenpumpe dieser Ar
(DE-Gbm 66 04 576) wird das Pleuelgelenk dadurch au . einer Kreisbahn geführt, daß dieses Gelenk von eineiT
. Führungshebel gehalten ist, dessen Drehpunkt an den
Träger sitzt Dieser kann mittels eines Verstellhebels
■ der mit Hilfe einer Spindelmutter verlagerbar ist urr
■ seinen gehäusefesten Drehpunkt verstellt werden ü Damit das Pleuelgelenk bei der Nullhubeinstellung aui
einer Kreisbahn geführt ist deren Kreismittelpunkt mii
dem Kolbengelenk zusammenfällt muß der Führungshebel eine Länge haben, die gleich der Länge des anKolben angelenkten Pleuelteils ist, und der Anlenkpunki
i". des Führungshebels am Träger muß sich in der 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 (»Maschinenbautechnik«
(Getriebetechnik) 1957, Seite 344, Bild 8), bei der ein um einen festen Drehpunkt
verstellbare Träger eine geradlinige Kulisse aufweist, die in verschiedenen Winkelstellungen zur Kolbenachse
■ι einsteilbar 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.
«ι Des weiteren ist eine Kolbenpumpe bekannt (CH-PS
4 26 494), die einen um einen gehäusefesten Drehpunkt schwenkbaren Träger mit einer kreisbogenförmigen
Kulisse besitzt, deren Radius mit der Länge des am Kolben angelenkten Pleuelteils übereinstimmt. Zur
ι 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 massen verhältnismäßig große Massen bewegt werden, weil der gesamte
Ii 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 Schwenk-
Ii achse 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, daß 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 ksnn. 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 imrmr 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 i'orgegebenen 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 PleuelteiK
Die Exzenterwelle kann unmittelbar von einem Motor angetrieben werden, der dann allerdings mit dem
Träger schwenkbar stfin 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 gewählten Schwenksteüung. 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 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.
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 Untersetzungsgetriebe, 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
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,
F i g. 3 einen durch die gehäusefeste Drehachse gehenden Schnitt, wobei die Kulisse etwa parallel zur
Zeichenebeue 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
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 11 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, verkleinert 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 Bnähert 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
Tei!° dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet.
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 abgestutzt 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 Fläche abgesetzt werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiei 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
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.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. 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 Pleuelgelenks auf einer Kreisbahn bewirkt, deren
Kreismittelpunkt in der Nullhub-Einstellung mit dem Kolbengelenk zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (3) eine kreisbogenförmige 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 bis
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 gehäusefeste
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 an
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.
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