DE4332947C2 - Hubgetriebe, insbesondere für Schubkolbenpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hubgetriebe, insbe­ sondere für Schubkolbenpumpen, mit einer Antriebswelle, einem angetriebenen Exzenter, einer ein Lager aufwei­ senden Schubstange und einem hiermit gelenkig verbunde­ nen, geradlinig geführten Schubelement, wobei auf dem ersten Exzenter ein zweiter Exzenter gelagert ist, an dem das Schubstangenlager angreift, die beiden Exzenter über ein Zwischengetriebe miteinander gekuppelt sind, das ihnen eine synchrone Drehung verleiht, und eine arretierbare Verstellvorrichtung zur Änderung der rela­ tiven Lage der Exzentrizitäten der beiden Exzenter zu­ einander vorgesehen ist.

Ein solches Hubgetriebe ist aus DD-PS 40 427 bekannt. Bei dieser Konstruktion kann der Hub zwischen einem Maximalwert, der gleich dem doppelten der Summe beider Exzentrizitäten ist, und einem Minimalwert, der gleich dem doppelten der Differenz der beiden Exzentrizitäten ist, stufenlos verstellt werden. Es ist lediglich not­ wendig, den Winkel, den die Exzentrizitäten der beiden Exzenter miteinander bilden, zu ändern. Dies ist durch kurzzeitiges Abweichen vom Synchronlauf auch während des Betriebs und unter Last stufenlos möglich. Das Prinzip eignet sich für beliebige Größen eines Hubge­ triebes.

Das Zwischengetriebe weist eine Übertragungsbuchse auf, die eine Außenverzahnung aufweist, welche mit einem am zweiten Exzenter angebrachten Hohlrad zusammenwirkt. Derartige Hohlräder sind in der Herstellung teuer. Als Verstellvorrichtung dient ein Verstellrad, das eine Gewindebuchse axial verstellt, welche eine Verstell­ buchse mitnimmt, die die Schubbewegung in eine Drehbe­ wegung zur Verstellung des zweiten Exzenters umsetzt. Dies erfordert das Zusammenwirken von selbsthemmenden und leichtgängigen Gewindeabschnitten.

Aus DE-PS 37 25 900 und DE-PS 4 51 826 ist es bekannt, zur Verstellung zwischen zwei synchron umlaufenden Ex­ zentern ein Differential zu verwenden. In beiden Fällen ist der zweite Exzenter wiederum mit einem Hohlrad ver­ sehen.

Aus DE-AS 12 84 788 ist ein Hubgetriebe bekannt, bei dem kein Hohlrad benötigt wird. In diesem Fall besteht das Zwischengetriebe aus mehreren miteinander kämmenden Zahnrädern, wobei der zweite Exzenter mit einem exzen­ trisch umlaufenden Zahnrad kämmt. Auch dies führt zu betrieblichen Schwierigkeiten. Außerdem drehen die bei­ den Exzenter nicht synchron sondern gegenläufig, was eine besondere Lagerung zwischen ihnen erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hubge­ triebe der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das für die Praxis besonders gut geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zwischengetriebe a) ein Differential aufweist, das einen ersten Eingang, der mit dem ersten Exzenter ver­ bunden ist, einen feststellbaren zweiten Eingang, der zur Verstellvorrichtung gehört, und einen Ausgang, der zum zweiten Exzenter führt, besitzt, b) über eine den Achsenversatz ausgleichende Kreuzscheiben-Kupplung mit dem zweiten Exzenter verbunden ist und c) zwischen dem Ausgang des Differentials und der Kreuzscheiben-Kupp­ lung ein im Verhältnis 2 : 1 ins Langsame übersetzendes Untersetzungsgetriebe aufweist.

Wenn man am zweiten Eingang des Differentials, bei­ spielsweise eines Umlaufgetriebes, eine Drehbewegung einführt, wirkt sich diese auf eine Änderung der rela­ tiven Lage der Exzentrizitäten aus. Durch die Verwen­ dung der Kreuzscheibenkupplung, die auch als Oldham- Kupplung bezeichnet wird, vermeidet man ein Hohlrad am zweiten Exzenter. Außerdem ergibt sich eine axial kurze Bauweise. Das Untersetzungsgetriebe ist zur Erzielung des Synchronumlaufs der beiden Exzenter notwendig.

Bei Anwendung auf Schubkolbenpumpen bedeutet dies, daß man eine stufenlos einstellbare Fördermenge erhält, auch wenn man einen Motor mit konstanter Drehzahl ver­ wendet, der billiger ist als ein drehzahl-regelbarer Motor. Das verstellbare Hubgetriebe kann dazu benutzt werden, die Fördermenge der Schubkolbenpumpe während des Betriebs zu steuern oder zu regeln. Dies ist ins­ besondere für Dosierpumpen von Interesse. Das Prinzip läßt sich sowohl für große wie für kleine Schubkolben­ pumpen anwenden.

Besonders günstig ist es, wenn der Winkel zwischen den Exzentrizitäten der beiden Exzenter zumindest zwischen 0° und 180° verstellbar ist. Auf diese Weise kann der Verstellbereich, der durch die Exzentrizitäten vorgege­ ben ist, voll ausgenutzt werden.

Hierbei besteht die Möglichkeit, daß der gesamte Winkel einsinnig über 360° verstellbar ist. Über die ersten 180° erfolgt eine Hubverkleinerung, über die zweiten 180° eine Hubvergrößerung. Man kann daher einen einsin­ nig durchdrehbaren Stellmechanismus verwenden und benö­ tigt keine Endanschläge oder Sicherungsschalter, die ein Überdrehen der Verstellvorrichtung verhindern sol­ len.

Insbesondere können die Exzentrizitäten der beiden Ex­ zenter gleich groß sein. Auf diese Weise läßt sich der Hub zwischen einem Maximalwert und Null verstellen.

Insbesondere kann das Differential drei Kegelzahnräder aufweisen, von denen das eine zur Bildung der Verstell­ vorrichtung mit einem Betätigungselement verbunden ist. Solange das eine Kegelrad stillsteht, laufen die beiden Exzenter synchron um. Wird es dagegen durch das Betäti­ gungselement verstellt, ergibt sich die gewünschte Hub­ verstellung.

Vorteilhaft ist es, daß der zweite Exzenter als Scheibe auf dem als Kurbelzapfen ausgebildeten ersten Exzenter angeordnet ist und an seinem Umfang das Schubstangen­ lager trägt. Auch dies führt zu einer axial kurzen Bau­ weise.

Die Bauweise kann nochmals verkürzt werden, wenn die Scheibe an der dem Zwischengetriebe zugewandten Seite die eine Nut der Kreuzscheibenkupplung trägt.

Es ist günstig, daß die Verstellvorrichtung einen Stellmotor aufweist. Er erlaubt eine automatische Ver­ stellung, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Re­ gel- oder Steuervorrichtung.

Hierbei kann man einen einfachen und daher billigen Stellmotor mit einsinnig drehbarem Rotor verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungs­ gemäßen Hubgetriebes bei Maximalhub,

Fig. 2 eine Teildarstellung der Fig. 1 bei Minimal­ hub,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung das Zusammenwir­ ken der Exzenter gemäß Fig. 1,

Fig. 4 das Zusammenwirken der Exzenter gemäß Fig. 2,

Fig. 5-7 verschiedene Lagen der Exzentrizitäten und

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel im Schnitt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 treibt ein Motor 1 mit konstanter Drehzahl über eine Kupplung 2 eine Hauptwelle 3, die in einem Gehäuse 4 mehrfach ge­ lagert ist. Ein Zahnrad 5 nimmt über ein weiteres Zahn­ rad 6 eine Kurbelwelle 7 mit, deren Kurbel einen ersten Exzenter 8 mit einer Exzentrizität e1 bildet. Auf die­ sem Exzenter 8 ist ein als Scheibe ausgebildeter zwei­ ter Exzenter 9 gelagert, der eine Exzentrizität e2 be­ sitzt. Ein ringförmiges Lager 10 einer Schubstange 11 umgreift den Außenumfang des zweiten Exzenters 9. Mit­ tels eines Zapfens 12 ist die Schubstange 11 mit einem Schubelement 13, das in einer Führung 14 axial geführt ist, verbunden. Über das Schubelement 13 wird eine Schubkolbenpumpe 15 angetrieben.

Eine beispielsweise durch Reibung arretierbare Ver­ stellvorrichtung 16 ist einem Zwischengetriebe 17 zu­ geordnet, das ein Differential mit drei Kegelzahnrädern 18, 19 und 20 aufweist. Das umlaufende Kegelzahnrad 18 bildet einen ersten Eingang und wird über einen radia­ len Zapfen 21 von der Kurbelwelle 7 mitgenommen. Das Kegelzahnrad 19 bildet einen zweiten Eingang, der von einem elektrischen Stellmotor 22 über die Zahnräder 23 und 24 gedreht werden kann. Der Stellmotor 22 kann von einem Regler oder einer Prozeßsteuerung betätigt werden und erlaubt eine feinfühlige Verstellung. Das dritte Kegelzahnrad 20 bildet einen Ausgang, der über eine Ausgangswelle 25 und eine den Achsenversatz ausglei­ chende Kreuzscheiben-Kupplung 26, deren Teile 26a und 26b nur schematisch angedeutet sind, zum zweiten Exzen­ ter 9 führt. Zwischen dem Kegelzahnrad 20 und der Aus­ gangswelle 25 ist ein eine Übersetzung ins Langsame im Verhältnis von 2 : 1 bewirkendes Untersetzungsgetriebe 27 mit vier Stirnzahnrädern 28, 29, 30 und 31 angeordnet. Dieses Untersetzungsgetriebe 27 kompensiert die im Dif­ ferential entstehende Übersetzung von 1 : 2 zwischen er­ stem Eingang und Ausgang.

Das Zwischengetriebe 17 sorgt demnach dafür, daß bei drehfest gehaltenem Zahnrad 19 der zweite Exzenter 9 synchron mit dem ersten Exzenter 8 dreht, also gleiche Drehzahl und Drehrichtung besitzt. Wenn der Stellmotor 22 betätigt wird, während der Antriebsmotor 1 still­ steht, verdreht sich der zweite Exzenter 9 relativ zum ersten Exzenter 8, wodurch sich die nachstehend be­ schriebene Hubverstellung ergibt. Wenn der Stellmotor 22 bei laufendem Antriebsmotor 1 betätigt wird, wird der Synchronlauf durch diese Verstellbewegung überla­ gert.

Wie Fig. 3 zeigt, hat die Kurbelwelle 7 eine Mittelach­ se M1, der erste Exzenter 8 eine Mittelachse M2 und der zweite Exzenter 9 eine Mittelachse M3. Diese liegen bei der Einstellung der Fig. 1 und 3 in einer Ebene über einander, so daß sich die zwischen den Mittelachsen gebildeten Exzentrizitäten e1 und e2 addieren, wie es Fig. 5 schematisch veranschaulicht. Wenn man durch Be­ tätigen des Stellmotors 22 den zweiten Exzenter 9 um den ersten Exzenter 8 dreht, ändert sich der Winkel β zwischen den beiden Exzentrizitäten e1 und e2, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Hierdurch verkürzt sich der wirksame Hub des Schubelements 13. Im Extremfall nimmt der zweite Exzenter 9 die in den Fig. 2 und 4 gezeigte Lage ein. Hier heben sich die beiden Exzentrizitäten e1 und e2 gegenseitig auf, wenn sie die gleiche Größe ha­ ben. Bei laufendem Antriebsmotor wird daher überhaupt kein Hub des Schubelements 13 erzeugt.

Es genügt, wenn der Stellmotor 22 einen einsinnig dreh­ baren Rotor aufweist. Dreht er nämlich das Zahnrad 19 um 360°, so ändert sich der Winkel β von 0° bis 180°; der Hub verkleinert sich bis auf Null. Und dreht er das Zahnrad 19 um weitere 360°, so ändert sich der Winkel β von 180° bis 360°; der Hub vergrößert sich wieder bis auf den Maximalwert.

Mittels einer Kupplung 32 kann eine weitere Welle für ein weiteres Hubgetriebe für eine Schubkolbenpumpe an­ geschlossen werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 werden für entspre­ chende Teile dieselben Bezeichnungen wie in den Fig. 1 bis 4 verwendet. Zusätzlich sind die Wälzlager für die Kurbelwelle 7, die Zahnräder 18 bis 20 und 28 bis 31 und die Ausgangswelle 25 sowie ein Lager zwischen Au­ ßenumfang des Exzenters 9 und Innenumfang des ringför­ migen Lagers 10 vorgesehen. Auf der linken Seite der Scheibe, die den Exzenter 9 bildet, ist eine vertikal verlaufende Nut 26c der Kreuzscheibenkupplung erkenn­ bar. Die Verstellvorrichtung 116 weist in diesem Fall einen Drehknopf 122 auf, der von Hand betätigbar ist und direkt am Kegelzahnrad 19 angreift.

Statt eines mit Kegelrädern ausgestatteten Zwischenge­ triebes 17 kann auch ein anderes Umlaufgetriebe verwen­ det werden, beispielsweise ein aus Stirnzahnrädern be­ stehendes Sonnenradgetriebe. Statt des Drehknopfs 122 kann auch ein am Kegelrad 19 angebrachter Hebel oder ein Schneckentrieb mit Handkurbel verwendet werden.

Claims (9)

1. Hubgetriebe, insbesondere für Schubkolbenpumpen, mit einer Antriebswelle, einem angetriebenen Exzen­ ter, einer ein Lager aufweisenden Schubstange und einem hiermit gelenkig verbundenen, geradlinig ge­ führten Schubelement, wobei auf dem ersten Exzenter ein zweiter Exzenter gelagert ist, an dem das Schubstangenlager angreift, die beiden Exzenter über ein Zwischengetriebe miteinander gekuppelt sind, das ihnen eine synchrone Drehung verleiht, und eine arretierbare Verstellvorrichtung zur Än­ derung der relativen Lage der Exzentrizitäten der beiden Exzenter zueinander vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengetriebe (17)

• a) ein Differential aufweist, das einen ersten Ein­ gang, der mit dem ersten Exzenter (8) verbunden ist, einen feststellbaren zweiten Eingang, der zur Verstellvorrichtung (16; 116) gehört, und einen Ausgang, der zum zweiten Exzenter (9) führt, besitzt,
• b) über eine den Achsenversatz ausgleichende Kreuz­ scheiben-Kupplung (26) mit dem zweiten Exzenter (9) verbunden ist und
• c) zwischen dem Ausgang des Differentials und der Kreuzscheiben-Kupplung ein im Verhältnis 2 : 1 ins Langsame übersetzendes Untersetzungsgetriebe (27) aufweist.

2. Hubgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Winkel (ß) zwischen den Exzentrizitä­ ten (e1, e2) der beiden Exzenter (8, 9) zumindest zwischen 0° und 180° verstellbar ist.

3. Hubgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Winkel (β) einsinnig über 360° ver­ stellbar ist.

4. Hubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Exzentrizitäten (e1 e2) der beiden Exzenter (8, 9) gleich groß sind.

5. Hubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Differential drei Kegelzahnräder (18, 19, 20) aufweist, von dem das eine zur Bildung der Verstellvorrichtung (16, 116) mit einem Betätigungselement (22; 122) verbunden ist.

6. Hubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Exzenter (9) als Scheibe auf dem als Kurbelzapfen ausgebildeten ersten Exzenter (8) angeordnet ist und an seinem Umfang das Schubstangenlager (10) trägt.

7. Hubgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Scheibe (9) an der dem Zwischengetrie­ be (17) zugewandten Seite die eine Nut der Kreuz­ scheibenkupplung (26) trägt.

8. Hubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (16) einen Stellmotor (22) aufweist.

9. Hubgetriebe nach den Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (22) einen ein­ sinnig drehbaren Rotor aufweist.