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P u m p e
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluidpumpe zur Erzeujung hoher
Drücke, und insberiondere auf eine verbesserte Auslegung einer Pumpe derart, daß
ilir Aufbau erheblich vereinfacht wird und die Gesamtabmessungen erheblich verringert
werden im Vergleich mit bisher üblichen Pumpen gleicher Leistung.
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Bisher war es übliche Praxis, Fluidpumpen so zu konstruieren, daß
eine Kolben- oder Verdrängeranordnung vorgesehen war, die mit dem Ende einer Kolbenstange
verbunden war, welche ihrerseits mit einem Kreuzkopf in Verbindung stand.
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Der Kreuzkopf war dann mechanisch mit der Kurbelwelle verbunden über
ein Pleuel, das konventionellerweise eine Hülsenlagerung oder ein Gleitlager umfaßte
sowie einen Pleuelzapfen zur Verbindung des Endes der Pleuels mit dem Kreuzkopf.
Das andere Ende des Pleuels umfaßte eine im wesentlichen halbkreisförmige Schale
zum Umgreifen eines runden Exzenters an einer Kurbelwelle sowie eine zweite halbkreisförmige
Lagerschale, die mit der ersten zu verschrauben war, um so das Pleuel sicher mit
der Kurbelwelle zu verbinden. Es ist auch übliche Praxis, ein Gleitlager vorzusehen,
das mit Lagermetall ausgefüttert sein kann und zwischen den zusammenwirkenden Teilen
von Pleuel und Kurbelwellenexzenter angeordnet wird. Die Kombination des Pleuels
und des Kreuzkopfes setzt die Drehbewegun<j dor Kurbelwelle in diu hin- und hergehende
Bewegung
des Kolbens oder Verdrängers um. Diese konventionelle Auslegung umfaßt eine relativ
große Anzahl von Teilen und hat darüberhinaus die Tendenz, die Gesamtlängenabmessungen
des Pumpenaufbaus unzutunlich zu vergrößern.
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Darüberhinaus war es bisher übliche Praxis, einzeln die Pumpen zu
konstruieren, um bestimmte Leistungsdaten hinsichtlich Druck und Durchsatz zu erfüllen.
Dies wirft notwendigerweise Probleme für den lIersteller insofern auf, als er nicht
in der Lage ist, die Vorteile der Massenfertigung auszunutzen.
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Es würde demgemäß vorteilhaft erscheinen, wenn ein Pumpenmechanismus
gefunden wurden könnte derart, daß nur durch Anwendung einer Adapterhülse im Zylinderblock
mit demselben Zylinderblock,KurbelgeIiäuse,Verdrängerschubstange, Dichtungen, Führungen
und anderen 13aufteilen gearbeitet werden könnte, jedoch gleichwohl eine Vielzahl
von Betriebsparametern erreichbar sein könnten.
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Typische Beispiels für die Fluidpumpen nach dem gegen wärtigen Stand
der Technik sind die Pumpe Modell 820, hergestellt von der Firma Ct Pumps Corporation
in Minneapolis, Minn./USA, sowie die Pumpe Modell 420 Triplex, hergestellt von der
Firma John Bean Division of the FMC Corporation in Lansing, Michigan/USA. Auf die
Datenblätter der Hersteller dieser Pumpen wird Bezug genommen.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß vorliegender Erfindung durch
die im kennzeichnenden Teil des Patertaspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
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Fluidpumpen gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung resultieren
in einem vereinfachten Aufbau, der die Anzahl der üblicherweise verwendeten Teile
erheblich verringert. Die Montage wird ebenfalls vereinfacht, und schließlich werden
die Gesamtabmessungen herabgesetzt, jedoch nicht auf Kosten der Zuverlässigkeit
hinsichtlich Lebensdauer und mittlerer Reparaturdauer. Darüberhinaus können Pumpen
gemäß der Erfindung so ausgebildet werden, daß sie an eine Vielzahl von Anwendungsfällen
unterschiedlicher Leistungsaten anpaßbar
sind, ohne eine unzutunlichc
Verfrößerung der Anzahl von Teilen, die der llersteller fabri.:ieren und gegebenenfalls
luf Lager halten muß wie auch füi Service-Zwecke bereitstellen muß, und die Pumpe
kann eine Mehrzahl von Zylindern aufweisen, die entweder nebeneinander oder radial
verteilt angeordnet sind.
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Wie aus dem Patentanspruch I entnehmbar ist, liegt eine neuartige
Ausbildung des Pleuels und des Pleuelzapfens vor, wodurch die Notwendigkeit eliminiert
wird, die im Stand der Technik ein Pleuel mit einer getrennten Lagerschale und zugehörigen
Bolzen erforderlich machte; ebenso wird der im Stand der Technik übliche Kreuzkopf
und Pleuelzapfen eliminiert, und schließlich entf:illt auch dle ílbilcherweise vorgeselane
Kolbenstange, verwendet zur Verbindung des Kreuzkopfes mit dem Kolben oder Verdränger
als solchem.
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Mehrzylinderpumpen mit nebeiieinanderliegenden Zylindern gemäß vorliegender
Erfindung umfassen ein Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle angeordnet ist, die
typischerweise eine Mehrzahl von zylindrischen Exzentern (einen für jeden Zylinder)
aufweist, die bezüglich der Kurbelwellenachse exzentrisch versetzt angeordnet sind.
Die Richtung der Exzentrizität jedes Exzenters wird bestimmt durch die Anzahl von
zu verwendenden Kolben. Bei einer Dreikolbenauslegung beispielsweise kann die Exzentrizität
der Exzenter relativ zueinander um 12 0 versetzt sein, was natürlich vollkommen
inl Rahmen des üblichen liegt.
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£>ie Pleuel gemäß vorliegender Erlindung unterscheiden sich deutlich
von den bisher üblichen Konstruktionen. Anstatt eine langgestreckte flache Stange
zu verwenden, die an einem Ende in eine zylindrische Bohrung zur Aufnahme des Kreuzkopfpleuelzapfens
ausläuft und am anderen Ende in eine im wesentlichen halbkreisförmige Schale zum
Umfassen der Kurbelwelle, umfaßt nach der Lehre der vorlieenden Erfindung jedes
Pleuel eine Platte konstanter Dicke, die über einen Bogen von mehr als 1800 rund
ausgebildet ist untl dann nach innen sich zu einer flachen Endkantenfläche verjüngt.
Durch die Dickenabmessung der
Platte erstreckt sich reine runde
Bohrung, angepaßt zum Umgreifen eines Schalenlagern, das einen der zylindrischen
Exzenter der Kurbelwelle umschließt. An der flachen Endkante des Pleuels ist eine
weitere zylin(1rische Bohrung vorgesehen, die sich ebenfalls durch die Dicken;ibmcssung
der Platte erstreckt. Das Zentrum dieser letztgenaniiten Bohrung ist nach innen
von der Endkantenfläche der Platte um einen Abstand versetzt, der kleiner ist als
der Radius der Bohrung und als solche eine bogenförmige Ausnehmung im Ende des Pleuels
definiert. Innerhalb dieser letztgenannten Bohrung ist ein im wesentlichen zylindrischer
Pleuelzapfen untergebrdcht, der eine Abflachung an seiner Peripherie aufweist. Auf
diese Weise kann der Pleuelzapfen in die runde Ausnehmun<j eingeführt werden
und so verdreht werden, daß seine AbflAchung ausgefluchtet steht mit der Ebene der
Endkante der Pleuel.platte. So orientiert, kann der Pleuel zapfen frei verschwenkt:
werden innerhalb der Ausnehmunx, wird jedoch in dieser gehalten. Ein weiteres Loch
ist in dem Pleuelzapfen senkrecht zu seiner Abflachung eingebracht und nit Gewinde
versehen zur Aufnahme eines Gewindebolzens. Die Colbanstange wnfaßt dann einfach
eine rohrförmige Hülse, die in Zylinderkopfführungen hiii- und herbeweglich gelagert
ist. An dem Ende der Kolbenstange befindet sich der Kolben selost, und diese Teile
sind an Ort und Stelle gehalten durch einen Bolzen, der sich durch den Kolben, die
Kolbenstange und in die Gewindebohrung des Pleuelzapfens erstreckt.
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Der Zylinderkopf ist mit einer Bohrung zur Aufnahme des Kolbens einer
solchen größe versehen, daß eine Hülse eingesetzt werden kann, so daß mai Kolben
unterschiedlicher Größer verwenden kann. Dies ist (ine bequeme Möglichkeit zur Verinderung
der Kapazität der Pumpen hinsichtlich ihrer Durchsätze und Drücke, während dci gleiche
Pumpenaufbau einschließlich Kurbelgehäuse, Zylinderkopf, Kurbelwelle und Hauptlagern,
Pleueln, Kolbenstangen, Führungen, Dichtungen, Ventilen usw.
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gleichwohl anwendbar ist.
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Mehrfachzylinder-Radialpumpen gemäß vorliegender Erfindung umfassen
ein KurbeXgehäuse, in dem eine Kurbelwelle mit einem einzigen Exzenter angeordnet
ist, welcher exzentrisch bezüglich der Kurbelwellenachse angeordnet ist und kontinuierlich
erfaßt wird durch eine Mehrzahl von Pleueln zum Antrieb der Kolben in Radialrichtung
in hin- und hergehender Bewegung.
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Jedes Pleuel umfaßt ein erstes Ende, das bogenförmig konkav ausgebildet
ist zum Umgreifen eines Abschnitts des Umfangs des Exzenters an der Kurbelwelle
sowie ein zweites Ende mit einer zylindrischen Bohrung, deren Zentrum nach innen
vom Ende des Pleuels um einen Abstand versetzt ist, der kleiner ist als der Radius
der Bohrung, um so eine bogenförmige Ausnehmung zu begrenzen. Diese Ausnehmung nimmt
einen Pleuelzapfen auf, verbunden mit dem Kolben im Zylinder,wie zuvor beschrieben.
Die Pleuel werden im Kontakt mit der Kurbelwelle gehalten durch Ringe, die in Nuten
aufgenommen sind, welche in Axialfortsätzen des ersten Endes der Pleuel angeordnet
sind, und die gesamte Baugruppe läuft in einem Schmiermittelsumpf.
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Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders brauchbar bei Pumpen,
bei denen die tatsächliche Pumpwirkung durch Membranen in den Zylindern erfolgt,
welche von den Kolben betätigt werden.
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Die Pumpe gemäß der Erfindung ergibt demgemäß eine verbesserte Konstruktion,
insbesondere für eine Mehrzylinderpumpe gegebener Leistung, die deshalb im allgemeinen
kleiner ist als die bisher üblichen Pumpen gleicher Leistungsdaten. Die Verbesserung
beruht im wesentlichen auf der neuen Auslegung des Pleuels und den Mitteln für die
Ankoppelung der Kolben an das Pleuel, womit die erstmalige Montage und nachfolgende
Reparatur der Pumpe vereinfacht werden.
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Die Anzahl der verwendeten Bauteile ist erheblich verringert gegenüber
den bisher üblichen Konstruktionen bei gleichzeitiger Verringerung der Abmessungen.
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Die Leistungsdaten der Pumpe können einfach variiert werden, indem
einfach der Verdräiiger und die Verdrängerführungs
bauteile im
Zylinderkop1 ausgetauscht werden.
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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachstehend
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen erliutert.
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Fig. 1 ist eine Seitenansicht im Schnitt einer Mehrzylinderpumpe
gemäß der Erfindung, Fig. 2 ist eine Teilquerschnittdraufsicht auf die Ausführungsform
nach Fig. 1, Fig. 3 ist eine Endansicht der Pumpe von links, Fig. 4 ist Oinc Endansicht
der Pumpe von rechts, Fig. 5 ist eine erläuternde Skizze, Fig. 6 zeigt eilien Axialschnitt
einer zweiten Pumpe gemäß der Erfindung, Fig. 7 ist eine Endansicht der Pumpe nach
Fig. 6 von zink; gesehen, wobei Teile weggebrochen bzw. ges(hnitten dargestellt
sind, und Fig. 8 ist eine Endansicht der Pumpe zur Darstellung eines kornbinierten
Einlaß- und Auslaßsammlers.
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Die Mehrzylinderi>umpe ist mit 10 bezeichnet. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel umfaßt die Pumpe lo drei Zylinder, wobei es sich n.ltürlich
versteht, daß die Prinzipien der Erfindung bei Konfiyurationen anwendbar sind, bei
denen eine größere oder klein arc Anzahl von Zylindern vorgesehen ist.
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Man erkennt in Fig. 1 und 2 ein Kurbelgehäuse 12, bei dem es sich
um ein Metallgußstick handeln kann. Durch die einander gegenüberliegenden Seitenflächen
des Kurbelgehäuses erstrecken sich axial ausgefluchtete Bohrungen 14 und 16, in
denen eine Kurhiwelle 18 drehbar gelagert ist. In der Frontbohrung 14 des Kurbelgehäuses
12 befindet sich eine Lagerhaltehülse 20, die daher dient, das frontseitige Hauptnadellager
22 und eine Wellendichtung 24 zu halten. Der Durchtritt von bl vom Kurbelgehäuse
durch die Verbiiidung zwischen dem Kurbelgehäuse 12 und dem Lagerhalter 20 wird
durch einen O-Ring 26 einer entsprechenden Ausnehmung verhindert. Der Lagerhalter
20 zusammen mit den Hauptlagern 22 tind der Wellendichtung 24 werden an Ort
und
Stelle durch einen Schnappring 28 gehalten.
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Das rückseitige Ende 30 der Kurbelwelle 18 wird durch ein rückseitiges
Nadellager 32 geschlossener Bauart abgestützt, das in der Bohrung 16 durch Einpressen
gehalten ist. Man kann demgemäß erkennen, daß die Kurbelwelle 18 frei drehbar um
eine Mittelachse umlaufen kann, die durch die Mittellinie 36 identifiziert wird.
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An der Kurbelwelle 18 sind eine Mehrzahl von zylindrischen Exzentern
38, 40 und 42 angeformt, deren Zentren demgemäß exentrisch verlagert sind gegenüber
der Mittellinie 36 der Kurbelwelle 18. In einer typischen Anordnung ist die Richtung
der Exzentrizität symmetrisch bezüglich der Kurbelwelle derart, daß mit einer Punlpenstruktur
für drei Zylinder diese Richtungen jeweils um 1200 zueinander versetzt sind.
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Mit dem vordersten Exzenter 38 und dem hintersten Exzenter 42 in Figur
2 wirken Drucklagerbaugruppen 44 und 46 zusammen, welche die Kurbelwelle 18 an Axialverlagerungen
innerhalb des Kurbelgehäuses hindern.
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Jeder der Exzenter 38 bis 42 ist von einem Pleuel 48 umschlossen.
Wie am besten in Figur 1 erkennbar, umfassen die Pleuel 48 ein einstückiges Bauteil
mit im wesentlichen rundem Profil in Seitenansicht über einen vorgegebenen Kreisbogen,
der größer als 180° ist und dann weitere gerade Kanten, die sich tangential bezüglich
des Kreisbogens erstrecken und an einer vorderen Kante 50 enden. In Figur 2 angedeutet,
hat jedes Pleuel 48 konstante Dicke, und konzentrisch bezüglich des die äußere gekrümmte
Peripherie des Pleuels bildenden Kurve ist eine Zentralbohrung 52 vorgegebenen Durchmessers
vorgesehen, der größer ist als der Durchmesser der Exzenter 38 bis 42, welche jeweils
umschlossen werden. Um eine relativ reibungsarme Drehung der Pleuel relativ zu dem
zugeordneten Exzenter 38 bis 42 zu schaffen, ist in der Bohrung 52 ein schalenartiges
Wälzlager 54 eingesetzt, das in die Bohrung 52 des Pleuels eingepreßt ist.
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Ferner erstreckt sich durch die Dickenabmessung des Pleuels 48 eine
zweite und kleinere Bohrung 56 (Figur 1), die mit ihrem Zentrum auf einer senkrechten
Linie liegt, welche das Zentrum der Bohrung 52 mit dem Zentrum der
ebenen
Kante 50 verbindet, jedoch nach innen von der Frontkante 50 des Pleuels um einen
Abstand versetzt ist, der kleiner ist als der Radius dieser Bohrung. Demgemäß bildet
die Bohrung 56 eine bogenförmige Ausnehmung über mehr als 1800 in der Frontkantenfläche
des Pleuels. In die Ausnehmung ist ein beweglicher Pleuelzapfen 58 eingesetzt mit
einem Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 56,
so daß sich eine Spielpassung ergibt. Der Pleuelzapfen hat eine abgeflachte Oberfläche
bei 60 angeformt. Wegen dieser flachen Oberfläche ist es eSglich, den Pleuelzapfen
58 in die Bohrung 56 derart einzusetzen, daß der flache Abschnitt im wesentlichen
senkrecht zur Frontfläche 50 des Pleuels steht, wonach man den Pleuelzapfen 58 in
die Ausnehmung 56 einschieben kann und dann so verdrehen kann, daß die Abflachung
60 desselben im wesentlichen parallel zur Frontkante 50 des Pleuels steht.
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Wegen der Dimensionierung der Bohrung 56 erstreckt sich ein Abschnitt
des Pleuels 48 über das Zentrum des Pleuelzapfens hinaus und hindert formschlüssig
den Pleuelzapfen daran, aus der Ausnehmung herausgezogen zu werden, solange die
flache Oberfläche 60 im wesentlichen parallel zur Frontkante 50 des Pleuels bleibt.
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Wie üblich, ist das Kurbelgehäuse 12 so ausgebildet, daß es ein entsprechendes
Schmiermittel in dem Innenvolumen 62 enthält, und eine abnehmbare Deckplatte 64
ist bei 66 angeschraubt, um die Zugangsdffnung zu verschließen.
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Ein bleinfüllstopfen 68 ist in eine Bohrung eingeschraubt, die sich
durch die Deckplatte 64 erstreckt und ein O-Ring 70 stellt eine leckfreie Passung
sicher. Ein Ablassstopfen 72 ist nahe der Längsmittellinie der Pumpe vorgesehen
und wenn die Pumpe in Vertikalorientierung aufgestellt wird, kann das Schmiermittel
aus dem Kurbelgehäuse 62 über eine von dem Stopfen 72 verschlossene öffnung abgelassen
werden. Eine weitere Ablasstopfenöffnung 74 ist vorgesehen zur Aufnahme eines weiteren
Ablasstopfens (nicht gezeigt), der entfernt werden kann, um das Schmiermittel abzulassen,
wenn die Pumpe in im wesentlichen horizontaler Aufstellung
gemäß
Figur 1 der Zeichnung orientiert ist.
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Die Mehrzylinderpumpe 10 umfaßt ferner einen Zylinderblock 76 und
einen Ventildeckel 78, der so ausgebildet ist, daß er an Ort und Stelle auf dem
Kurbelgehäuse 12 mittels langgestreckter Bolzen 80 gehalten werden kann, die sich
durch Offnungen erstrecken, welche durch den Ventildeckel 78 in den Zylinder block
76 wie angedeutet, geformt sind. Durch den. Ventildeckel 78 erstreckt sich eine
mit Gewinde versehene Einlassöffnung 82 und eine mit Gewinde versehene Auslassöffnung
84, an welche eine Quelle von unter niedrigem Druck stehenden Fluid, das zu pumpen
ist bzw. ein Verbraucher angeschlossen werden können.
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Wie man aus den Querschnittsdarstellungen nach Figuren 1 und 2 erkennen
kann, ist für jeden Zylinder durch die ebene Frontfläche des Kurbelgehäuses 12 eine
Bohrung 86 und eine Senkbohrung 88 vorgesehen. In jede der Senkbohrungen 88 ist
eine Stapelkombination aus ersten und zweiten Graphitführungsringen 90 bzw. 92 sowie
einer weichen flexiblen Kappendichtung 94 eingefügt.
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In dem Ende des Zylinderblocks 76, das an das Kurbelgehäuse anstößt,
ist eine Mehrzahl von parallelen Bohrungen, wie bei 96 eingeformt, welche Bohrungen
in Schultern 98 auslaufen und ausgebildet sind zur Aufnahme einer zylindrischen
Adaptdhülse 100. Ein O-Ring 102 ist in einer Ringnut angeordnet, so daß man eine
Abdichtung zwischen der Adaptehülse 100 und den Seitenwandungen der Bohrungen 86
im Zylinderkopf erhält. Es ist festzuhalten, daß das Ende der Hülse 100 dazu dient,
die Führungsringe 90 bis 92 und die Weichdichtung 94 innerhalb der Senkbohrung im
Ende des Kurbelgehäuses 12 zu halten.
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Jede der verwendeten Kolbenbaugruppen umfaßt eine rohrförmige Schubstange
104, die durch eine Bohrung 86 im Kurbelgehäuse einschiebbar ist und in eine Bohrung
96 des Zylinderblocks 76.
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Die Führungsringe 90 iind 92 und die Weichdichtung 94 ermöglichen
die hin- und hergehende Bewegung der Schubstange 104. Die Weichtlichtung 94 ist
so ausgebildet, daß sie den Austritt von Oel aus dem Kurbelgehäuse 62 verhindert
und damit die Kontamination des zu pumpenden Fluids, und umgekehrt. An der Oberfläche
der Hülse 100 nahe dem Kurbelgehäusc 12 befindet sich ein Schlitz 105, der gegen
die Atmosphsire offen ist, wodurch die Kontamination des Schmiermittels oder des
zu pumpenden Fluids verhindert wird, in dem Falle, daß von einer der beiden Seiten
ein Leck auftritt.
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Anstoßend an das Ende jeder Schubstange 104 befindet sich ein Verdringerkopf
106. Ein Gewindebolzen 108 erstreckt sich durch ellen Verdrängerkopf 106 und durch
die Schubstangen 104, in clie Gewindebohrungen 110, die in den Pleuelzapfen 58 vorgesehen
sind, wobei die Achsen der Bohrungen 110 senkrecht stehen auf der flachen Oberfläche
60 der Pleuelzapfen. Um weiter die Kontamination des Schmiermittels zu verhindern,
komprimiert der Gewindebolzen 108 eine Kupferdichtunglll in eine flache Senkbohrung
113 an der 0brseite des Verdrängerkopfes 106.
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Eingeklemmt in position durch den Verdrängerkopf 106 und eine Ringausnehmung
im vorderen Ende der Schubstange 104 ist ein Graphitführungsring 112 vorgesehen,
der mit dem Innendurchmesser der Adapterhülse 100 zusammenwirkt zum Ermöglichen
einer sanften Gleitbewegung.
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Um zu verhindern, daß das zu pumpende Fluid zwischen dem Verdrängerkopf
106 und dem Zylinderadapter 100 durchsickert, ist eine KapI,endichtung 114 in einer
Ringausnehmung eingesetzt, die in den Verdrängerkopf 106 eingeformt ist. Ein Stützring
116 dient dazu, zu verhindern, daß die Kappendichtuny 114 während des Kompressionszyklus
herausextrudiert wird.
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Noch ein weiteres Dichtelement in Form eines Dichtringes und Expander-O-Rings
in Kombination 118 können vorgesehen sein.
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Ferner sind im Zylinderblock 76 eine Mehrzahl von Kammern, wie bei
120 vorgesehen, wobei eine solche Kammer jeweils für jeden Zylinder in der Mehrzylinderpumpenkonfiguration
vorgesehen ist. Ferner ist jedem der Zylinder ein Einlassrückschlagventil 122 und
ein Auslassrückschlagventil 124 zugeordnet. Die Einlassrückschlagventile 122 sind
in Bohrungen ausgebildet, in der Endfläche des Zylinderblock; 76 so angeordnet,
daß sie selektiv öffnen oder den Fluiddurchtritt blockieren zwischen den Kammern
120 und den jeweiligen Einlass- bzw.
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Auslassöffnungen 82 bzw. 84. O-Ring-Dichtungen 126 sind vorgesehen
zum Verhindern des Lecken zwischen der Außenseite der Ventile 122, 124 und den Innenflächen
der Bohrung, ausgebildet in der Endfläche des Zylinderblocks 176.
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Die Rückschlagventile 122 für Einlass und 124 für Auslass können
die Bauart aufweisen, wie sie in der US-PS 4,032,263 offenbart ist. Demgemäß braucht
über den Aufbau der Ventile im vorliegenden Zusammenhang nichts weiter ausgeführt
zu werden.
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Während eines Saughubes s eines Kolbens wird das zu pumpende Fluid
durch eines der Einlassrückschlagventile 122 in die Kammer 120 eingesogen. Beim
Druckhub schließt das Einlassventil, sperrt damit die Einlassöffnung und Druck wird
auf das Fluid in der Kammer 120 ausgeübt, wodurch das Auslassventil 24 öffnet und
das Fluid über einen Kanal 128 austreten läßt, der mit jedem der Auslassventile
und mit der Auslassöffnung 84 kommuniziert. In Figur 1 sind mit 130 und 132 weitere
O-Ring-Dichtungen bezeichnet, welche das Lecken von Fluid zwischen den aneinanderstoßenden
Flächen der Ventilab-
deckung 78 und dem Enclc des Zylinderblocks
76 verhindern.
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Die Pumpe wird betrieben durch Anschließen einer Fluidguelle des
zu pumpenden Fluids an die Einlassöffnung 82 und durch Anschließen einer Ausgangsleitung
an die Auslassöffnung 84. Wen jetzt die Kurbelwelle 18 der Pumpe durch einen Antlebsmotor
(nicht dargestellt) angetrieben wird, laufen die Exzenter 38, 40 und 52 um und bewirken
über ihr(< Pleuel 48 und zugeordnete schwenkbare Pleuelzapfen 58 eine geradlinige
hin- und hergehende Bewegung der Verdrängerbaugruppen einschließlich Kolbenstange
104, Verdrängekopf 106 und zugeordnete Führungen 112 und Dichtungen 114. Während
des Saughubes, wenn also das Rückschlagventil 122 öffnet, tritt das unter niedrigem
Druck stehende Fluid in die Kammer 120 des betreffenden Zylinders ein und mit fortlaufender
Drehung der Kurbelwelle bewegt sich die Schubstangenbaugruppe in der entgegengesetzten
Richtung zum Ausüben einer relativ hohen Druckkraft auf das Fluid, hinreichend groß
zur Oberwindung der Kraft, die von der Rückstellfeder in dem Rückschlagventil 124
ausgoübt wird, und dieses. Ventil öffnet zum Ermöglichen der Durchströmung des unter
hohem Druck stehenden Fluids über den Kanal 128 zur Auslassöffnung 84.
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Ein ähnlicher Vorgang erfolgt in allen Zylindern bei fortgesetzter
Drehung der Kurbelwelle mit ihren zueinander versetzten Exzentern.
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Der Hauptvorteil, der durch die vorliegende Erfindung mit sich gebracht
wird, ist die Verringerung der Kompliziertheit der Maschine infolge der Auslegung
des Pleuels 48 mit dem zugeordneten schwenkbeweglichen Pleuelzapfen 58.
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Nicht nur die Montagearbeitsgänge werden vereinfacht, sondern auch
die gesamten Längenabmessungen der Pumpe können erheblich verringert werden im Vergleich
mit den vorhandenen Pumpen, die marktgängig sind.
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Bei der Montage ist der Deckel 64 des Kurbelgehäuses 12 entfernt,
womit das Innere des Kurbelgehäuses freiliegt. Das rückwärtige Hauptnadellager 32
ist in die Bohrung 16 des Kurbelgehäuses eingefügt und eine Serie von Pleueln 48
wird vorbereitet, in-dem die Wälzlager 54 vom Schalentyp ein gepreßt werden und
die schwenkbeweglichen Pleuelzapfen 58 in die bogenförmigen Ausnehmungen 56 eingefügt
werden. Die Kurbelwelle 18 wird dann durch die Frontbohrung 14 des Kurbelgehäuses
eingeführt und während ihr rückwärtiger Endabschnitt 30 in Richtung auf das Endkappenlager
32 bewegt wird, wird eine Serie von Pleuelbaugruppen 48 bis 54 über die Exzenter
38, 40 und 42 geführt, die an der Kurbelwelle 18 ausgebildet sind.
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Das Ende 30 der Kurbelwelle wird dann durch das Stützlager 46 geschoben
und drehbeweglich im rückwärtigen Nadellager 32 aufgenommen.
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Danach wird die Lagerhaltebaugruppe 20 vorbereitet durch Einfügen
der Wellendichtung 24, gefolgt von dem frontseitigen Hauptnadellager 22. Der O-Ring
26 wird über den Lagerhalter 20 gesetzt und nachdem das frontseitige Stützlager
44 über das Ende der Welle 18 geschoben worden ist, wird die Nadelhaltegruppe auf
die Welle gesetzt und schließlich an Ort und Stelle mit einem Schnappring 28 festgelegt.
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Danach werden die Schubtangendichtbaugruppen einschließlich der Graphitführungsringe
90 der Kappendichtungen 94 und der weiteren Graphitführungsringe 92 in die Senkbohrungen
88 im Frontende des Kurbelgehäuses 12 eingeführt.
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Danach wird der Zylinderblock 76 vorbereitet durch Einsetzen von
Adapterhülsen 100 gewünschter Abmessung mit zugeordneten O-Ringen 102 in die Verdrängerbohrungen
96.
Wenn dies abcjesclilosen ist, werden die Verdrängerbaugruppen zusammenyz baut, indem
zunächst die Bolzen 108 durch die Dichtung 113 und den zugeordneten Verdrängerkopf
106 geführt werden. Die Kappendichtungen 114 und zugeordneten Ringe 116 werden auf
den Verdrängerkopf 106 aufgeschoben und ein Graphitführungsring 112 mit Dichtung
118 werden auf den K<>pf aufgesetzt. Danach wird die Verdrängerkolbenstane
104 über dem Bolzen 108 positioniert und diese Baugruppe wird durch die Bauteile
90, 94 und 92 so geführt, daß d-ls Ende der Kolbenstange 104 an der Flachseite anstößt,
die an der Oberfläche des schwenkbeweglichen Pleuelzapf ns 58 ausgebildet ist. Die
Bolzen werden dann festgezo<ien, so daß die Verdrängerköpfe 106, Kolbenstangen
104 und Pleuelzapfen 58 miteinander verbunden sind.
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Danach werden die als Baugruppen vorliegenden Einlassventile 122
undWAuslassventile 124 in die Bohrungen eingefügt, die in dem Ende des Zylinderblocks
für diesen Zweck vorgesehen sind, die verschiedenen Abdichtungen 130 und 132 werden
in Aunehmungen in der Ventilabdeckung 78 eingesetzt und die Ventilabdeckung selbst
wird gegen die zugeordnete Anschlagläche des Zylinderblocks 76 gesetzt und befestigt
durch langgestreckte Schraubbolzen 80, die sich durch die Ventilabdeckung 78 den
Zylinderblock und in Gewindebohrungen im Kurbelgehäuse 12 erstrecken.
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Zunächst ist festzuhalten, daß das Pleuel 48 ein einteiliges Bauteil
ist, das keine herkömmliche halbkreisförmige Lagerschale und Gegenlagerschale benötigt,
wie sie üblicherweise verwendet werden, um Pleuel an einer Kurbelwelle zu befestigen.
Darüberhinaus benötigt das Pleuel nicht den üblichen langgestreckten Verbindungsarm,
der zu einem Kreuzkol,f führt und die konventionellen
Bronzelegierungsfutter
und Kreuzkopf zapfen, die bei den üblichen Ausführungsformen verwendet werden.
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Der Kreuzkopf selbst wird nämlich weggelassen, weil ein einfacher
zylindrischer Stift mit Abflachungsfläche an ihm (nämlich der sciiwenkbeweglicho
ileuelzapfen 58) die Rolle der zuvor erwähnten Verbindungsteile übernimmt.
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Man kann demgemäß erkennen, daß die Erfindung nicht nur insgesamt
die Herstellung der betreffenden Bauteile vereinfacht, sondern auch die Montagearbeitsgänge
vereinfacht.
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Um die Herstellbarkeit der Mehrzylinderpumpe gemäß vorliegender Erfindung
weiter zu fördern, ist sie so ausgelegt, daß die Kapazität der Pumpe einfach dadurch
verändert werden kann, daß man Adaterhülsen 100 unterschiedlicher Wanddicken mit
entsprechenden Verdrängerköpfen 106 in einer Reihe von Größen vorsieht entsprechend
dem Innendurchmesser der Adapterhülsen 1()0 jeweils verwendet werden.
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Die unten angegebene Tabelle 1 zeigt die Art und Weise, in welcher
der Durchsatz und der Fluidauslassdruck durch Verwendung von pumpenkolben unterschiedlicher
Durchmesser verwendet werden können, wenn die Pumpe mit einer vorgegebenen Drehzahl
von 1750 IlPM von Motoren unterschiedlicher Leistung angetrieben wird. Zum Erreichen
dieser Werte wird angenommen, dß die Exzentrizität der Exzenter 38 bis 42 relativ
zur Achse der Kurbelwelle 18 einen Kolbenhub von 10,5 mm bewirkt. Diese Daten sollen
nur als Beispiel gelten und es ist nicht beabsichtigt, daß damit der Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise beschränkt werden soll; ebensowenig
ist dadurch impliziert, daß die Abmessungen der Teile, wie nachstehend angegeben,
etwa zwingend wären.
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Der Fachmann kann vielmehr andere Abmessungen der Bauteile wählen,
so daß man Pumpen mit abweichenden Parametern gegenüber der nachstehenden Tabelle
erhält.
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Tabelle I
Leistung Drehzahl Kolben-# Durchsatz Druck |
(kW) (mm) (#/min) (bar) |
2,2 1 1750 ! 20 18,2 77 |
2,4 1750 20 18,2 84 |
2,2 1750 22,25 25 56 |
2,575 1750 22,25 25 70 |
2,2 1750 25,4 31,8 45,5 |
2,575 1750 25,4 31,8 52,5 |
2,2 1750 28,6 40,9 35 |
2,575 1750 28,6 40,9 42 |
Ein zweites bevorzugtes- Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf
Figuren 6 und 7 erläutert.
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Diese Figuren zeigen eine Ausführungsform, bei der die Zylinder radial
um ctie Achse der Kurbelwelle orientiert sind und bei dem deli Kolben Membranen
zugeordnet sind.
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Ein Kurbelgehäuse 21>0 ist zur Aufnahme von drei Zylinderauskleidungen
202 uiiLer 1200 Umfangsabstand um eine Achse 204 ausgebildet.
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Die Zylinderköpfe 206, die an dem Kurbelgehäuse 200 mittels Befestigungsvorrichtungen-208
angebracht sind, klemmen Pumpenmembranen 210 gegen die Enden der Auskleidungen 202.
Die Kolben 212 bewegen sich in den Auskleidungen 202 und sind mit Kolbenringen 214
versehen.
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Eine Kurbelwelle 216 rotiert um die Achse 204 in einem ersten Lager
218 an einem Ende 220 des Kurbelgehäuses 200 und ein zweites Lager 222 ist in einer
Endplatte 224 mittels eines Schnapprings 225 befestigt, wobei die Platte 224 selbst
am anderen Ende des Kurbelgehäuses 200 mittels Befestigungseinrichtungen 226 festgelegt
ist. Ein Kurbelabschnitt 228, exzentrisch bezüglich der Kurbelwelle 216 weist einen
kreisrunden Querschnitt quer zu einer Achse 230 auf, die parallel zur Achse 204
verläuft. Die Kurbelwelle 216 ist mit Koppelungskeilen 231 versehen.
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Drei Pleuel 232 erstrecken sich radial zwischen inneren und äußeren
Enden. Jedes Pleuel umfaßt eine bogenförmige Konkavefläche 234 an seinem inneren
Ende zum Eingriff mit dem Exzenter 228 und ist mit Axialfortsätzen 229 versehen,
die mit im Axialabstand liegenden Nuten 236 ausgebildet sind zur Aufnahme von Klemmringen
238, welche alle Pleuel umschließen und deren bogenförmige Flächen im Eingriff mit
dem Exzenter 228 halten. Schmale Schultern 240 verhindern normalerweise die Axialbewegung
der Ringe 238 in den Nuten 236.
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An ihrem radial auswärtigen Ende sind die Pleuel 232 durchbohrt in
Richtung parallel zur Achse 204, wobei die Zentren der Bohrungen 241 nach innen
vom auswärtigen Ende der Pleuel um weniger als den Radius der Bohrungen selbst versetzt
sind, so daß die letzteren in den Enden der Pleuel bogenförmige Ausnehmungen von
mehr als 1800
Umfangsersteckung l)egrenzen, die sich parallel zur
Achse 204 erstrecken.
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In jeder Bolirung 241 sitzt ein Pleuelzapfen 242. Die PleuelzapJen
weisen an ihren Enden Rippen auf, um zu verhindern, daß sie axial in den Bohrungen
241 gleiten und sie besitzen abgeflachte Seitenflächen 246, die es ermöglichen,
daß sie seitlich in die Bohrungen 241 eingeführt werden können. Nach dem Einfügen
werden die Pleuelzapfen um ihre eigenen Achsen verdreht, um sie in Positionen zu
bringen, in denen sie durch die Konfiguration der Bohrungen 241 gehalten werden.
Jede abgeflachte Oberfläche ist abgesetzt zur Aufnahme eines Bef<stigungsorgans
248, das sich durch eine Unterlegscheii>e 250,eine Membran 210 und einen Kolben
212 erstreckt zum Befestigen dieser Bauteile miteinander und an dem Pleuelzapfen
242.
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Die Kurbelwelle 216, die Pleuel 232 und die Pleuelzapfen 242 bewegen
sich in einem Oelsumpf innerhalb des Kurbelgehtiuses 200, wobei ein Oeleinfüllstutzen
252 und ein Oelablasstopfen 254 vorgesehen sind, wobei die Lager 218 und 222 mit
Oeldichtungen versehen sind oder selbst als solche wirken.
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Zu pumpendes Fluid wird in jeden Zylinderkopf an einem Einlass 256
durch ein Einlassrückschlagventil 258 eingespeist vn dem Einlasskanal 260 eines
Sammlers 262, der einen gemeinsamen Einlassanschluß 264 für alle drei Zylinder aufweist.
In ähnlicher Weise wird das Fluid aus den Zylinderauslässen 266 durch entsprechende
Auslassrückschlagventile in einen Auslasskanal 268 des Sammlers 262 eingespeist,
der einen gemeinsamen Auslassanschluß 270 für alle Zylinder besitzt.
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Der Auslasskanal ist bei 272 angezapft zur Aufnahme eines PulsationsdämpEers,
der allerdings hier nicht dargestellt ist.
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Die Montage der Radialpumpe beginnt mit dem Kurbelyehäuse,an dem
die Sylinderauskleidungen 202 eingefügt werden. Die Pleuelzapfen 246 werden danach
quer in die Pleuel 232 eingesetzt, wie in Figur 5 dargestellt, verdreht in ihre
Halte positionen und durch die Zylinderauskleidungen geführt, bis die Ringe 238
über die Schultern 240 gelangen und in Nuten 236 aller Pleuel aufgenommen werden.
Die Kurbelwelle 216 wird nun durch die offenen nden des Kurbelgehäuses eingeführt,
bis ihr inneres Ende in dem Lager 218 sitzt und ihr Exzenterabschnitt 228 im Eingriff
steht mit den bogenförmigen Enden 234 der Pleuel 232. Die Endplatte 224 mit dem
Lager 222 kann jetzt eingebaut werden.
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Danach wird ein Kolben 212 in jeden Zylinder eingefügt zum Verbinden
mit der Abflachungsseite des Pleuelzapfens, ein Befestigungsorgan 248 wird durch
eine Scheibe 250 und eine Membran 211 geführt und diese jeweils mit dem zuyehörigen
Pleuelzapfen 246 verbunden.
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Die Zylinderköpfe 206 können jetzt montiert werden, um die Felgen
der Membranen festzulegen und der Sammler 262 kann an den Zylinderköpfen befestigt
werden.
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Nach dem Füllen mit Oel ist die Pumpe nun vorbereitet für den Fluidanschluß
an die Leitungen bei 264 und 270 und für den Antriebsanschluß an einen entsprechenden
Motor über die Keile 231.
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Die Exzentrizität des Kurbelabschnitts oder Exzenters 228 ist natürlich
so bemessen, daß sich eine gewünschte Radialbewegung der Membran ergibt.
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Bei Drehung der Kurbelwelle 216 läuft der Kurbelabschnitt 228 um uiid
bewirkt die Radialbewegung der Pleuel 232, welche Bewegung auf die Kolben und Membrane
über die Pleuelzapfen übertragen wird, die ihrerseits die notwendige Schwenkfreiheit
in den Pleueln besitzen.
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Wie zuvor hat der.Aufbau den Vorteil, daß die Wartung oder.der Austausch
von Membranen, Kolben, Kolbenringen oder Pleuelzapfen einfach durch Abnehmen des
Zylinderkopfs des betreffenden Zylinders erfolgen kann, ohne daß man bis in das
Innere des Kurbelgehäuses Zugang schaffen muß.
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Die Erfindung wurde oben detailliert beschrieben und ermöglicht dem
Fachmann, mit der gegebenen Information die Anwendung der neuartigen Prinzipien
für den Aufbau und Benutzung der entsprechenden Spezialbauteile, die erforderlich
sind. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch mit ganz anderen Ausführungsformen
verwirklicht werden kann und daß zahlreiche Abwandlungen sowohl hinsichtlich der
Details der Ausgestaltung als auch der Arbeitsabläufe ausführbar sind, ohne daß
vom Grundgedanken der Erfindung selbst abgewichen wird.