DE527433C

DE527433C - Pumpe mit umlaufenden Zylindern fuer Fluessigkeitsgetriebe

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Publication number: DE527433C
Application number: DEK117143D
Authority: DE
Original assignee: WILHELM KUEHN DR ING
Current assignee: WILHELM KUEHN DR ING
Priority date: 1929-10-23
Filing date: 1929-10-23
Publication date: 1931-06-23

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AU
23. JUNI 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 527433 KLASSE 59 a GRUPPE

£>r.«3ng. Wilhelm Kühn in Frankfurt a. ffl.-Eschersheim

Pumpe mit umlaufenden Zylindern für Flüssigkeitsgetriebe

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Oktober 1929 ab

In den letzten Jahren werden Pumpen mit veränderlichen Arbeitsräumen zwecks Regelung der Fördermenge in immer größerem Maße für die Betätigung der Bewegungen von Arbeitsmaschinen der verschiedensten Art angewendet, da kein anderes Antriebsmittel eine auch nur annähernd gleich gute Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Kräfte und Geschwindigkeiten ermöglicht wie die Hydraulik. Besonders auch bei Werkzeugmaschinen haben sich hierdurch bisher nicht geahnte Vorteile ergeben.

Da infolge der oft sehr beschränkten Raumverhältnisse die nötigen Kraftwirkungen, z. B.

bei Hobelmaschinen, Fräsmaschinen u. dgl., nur dadurch erreicht werden können, daß mit hohen Flüssigkeitsdrucken gearbeitet wird, so scheiden für diese Kraftvorschübe Kapselwerke u. dgl. aus, und es kommen nur

so Kolbenpumpen in Betracht, die weit höhere Drucke ermöglichen, ohne daß sich hierbei übermäßige Schlupfe ergeben.

In sehr vielen Fällen sind jedoch die für derartige Vorschübe erforderlichen Geschwin-

a5 digkeitsunterschiede so groß, die von der Pumpe verlangten unterschiedlichen Flüssigkeitsmengen das 200- und Mehrfache, daß sich die kleinsten benötigten Fördermengen, die meistens mit höchsten Drucken arbeiten müssen, bei so kleinen Exzenterstellungen ergeben, daß diese Förderungen durch die Materialfederungen der Pumpe, die Spiele und durch den Schlupf so stark beeinflußt werden, daß ein zuverlässiges Einhalten der gewünschten Vorschübe unmöglich wird.

Um diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, wurde zu mehreren Pumpen übergegangen, von denen nur eine für die kleineren Kraftvorschübe regelbar gestaltet war, während für die Eilgänge eine unregelbare Pumpe in den Stromkreis hinzugeschaltet wurde. Durch diese Anordnungen ergeben sich Konstruktionen, die nicht nur in ihrer Gestaltung nicht immer glücklich ausfallen, sondern denen auch die ganzen mittleren Fördermengen, also mittleren Geschwindigkeitsstufen, fehlen und die Eilgeschwindigkeiten im allgemeinen nicht geregelt werden können.

Diese Anordnung des Ab- oder Hinzu-Schaltens dieser oder jener Pumpe ist in der Technik in vielfacher Weise bekannt; es handelt sich jedoch im vorliegenden Fall darum, eine Pumpe zu finden, die eine beliebige Regelung von der größten bis zur kleinsten Fördermenge gestattet, die jedoch außerdem ermöglicht, einen Bruchteil dieser größten Fördermenge in einer feinfühligeren Weise zu regeln, und zwar so, daß diese Regelung der kleinen Fördermenge vom Schlupf und der Materialfederung viel weniger beeinflußt wird, als dies bei der größeren Förderung der Fall ist.

Die Federung ist bei einem gegebenen Triebwerk von dem auftretenden Triebwerksdruck (Kolbenfläche X Flüssigkeitsdruck) abhängig und der Schlupf von Dichtungsumfängen X Flüssigkeitsdruck. Da nun der Druck, mit dem gearbeitet werden muß, nicht von der Pumpe, sondern von dem Sekun-

därteil abhängig ist, so kann obigen Gesichtspunkten bei der Pumpe nur dadurch Rechnung getragen werden, daß· für die kleinen Förderungen kleine Kölbenflächen und kleine Dichtungsumfänge vorgesehen werden; es muß. also bei diesen kleinen Förderungen mit möglichst wenigen Kolben und großen Kolbenhüben (großen Exzenterstellungen) gearbeitet werden.

ίο Vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, die ein Arbeiten in dieser Weise gestattet. Die Pumpe ist an sich eine regelbare Kolbenpumpe mit umlaufenden Zylindern und exzentrischer Verstellung·, deren Förderung von der kleinsten bis zur größten erforderlichen Flüssigkeitsmenge beliebig geregelt werden kann, so daß also jede gewünschte Fordermenge einstellbar ist. Um bei den kleineren Fördermengen mit größeren Exzenterstellungen arbeiten zu können, wird eine Gruppe von Zylindern außer Wirkung gebracht; die verbleibenden wenigen Zylinder erfordern naturgemäß erheblich größere Kolbenhübe, als solche sich für die gleiche Fördermenge beim Arbeiten mit sämtlichen Zylindern ergeben. Hat z. B. eine regelbare Pumpe neun Zylinder, und werden davon sechs ausgeschaltet, so kann mit den übrigen drei Zylindern die Fördermenge bis auf etwa Y₃ der kleinsten Fördermenge der Gesamtpumpe heruntergeregelt werden, wobei die Exzenterstellung erst auf das Maß· der Gesamtpumpe bei dreifacher Förderung kommt. Das gleiche läßt sich erreichen, wenn eine Pumpe mit sechs Zylindern verwendet wird, von denen drei doppelt so großen Querschnitt haben wie die drei andern und erstere ausgeschaltet werden. Durch Zylinderzahl oder Verwendung von Zylindergruppen verschiedener Kolbenflächen kann das Schaltverhältnis der Pumpe den vorliegenden Bedürfnissen entsprechend festgelegt werden, dabei ist sowohl die Gesamtpumpe in ihren Grenzen beliebig regelbar als auch die nach Ausschaltung noch mit einzelnen Zylindern arbeitende Pumpe. Das Ausschalten der Zylinder geschieht z. B. dadurch, daß durch einen Schieber o. dgl. in bekannter Weise die auszuschaltenden Zylinder unter sich und mit dem Saugraum bzw. dem Ausgleichsbehälter verbunden werden; dieses Aus- und Einschalten kann von Hand vorgenommen werden oder maschinell in irgendeiner den vorliegenden Zwecken entsprechenden Weise erwirkt werden; es kann auch die Pumpe so eingerichtet sein, daß sie selbsttätig bei einer gewissen Exzenterstellung eine gegebene Zahl von Zylindern ausschaltet und diese auch nach der andern Richtung zur gegebenen oder gewünschten Zeit wieder einschaltet. Auf der Zeichnung ist in den Abb. 1 bis 7 ein Beispiel einer solchen Pumpe dargestellt. Dieses Beispiel zeigt eine Anordnung mit selbsttätiger Umschaltung bei gegebenen Exzentrizitäten (Förderungen), wobei die Exzentrizitäten der Pumpe nach beiden Richtungen zur O-Lage einstellbar sind, so daß die Förderrichtung der Pumpe in bekannter Weise umgekehrt werden kann. Abb. 8 und 9 veranschaulichen schematisch die Förderwirkung bei verschiedenen Schaltweisen.

Abb. ι zeigt einen Längsschnitt durch die Pumpe.

Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Zylinderebene (Schnitt A-B).

Abb. 3 stellt einen Schnitt C-D durch die Steuerung dar.

Abb. 4 zeigt in der rechten Hälfte eine Ansicht der Pumpe von links; in der linken Hälfte eine Ansicht der Pumpe bei abgeschobenem Deckel, wobei die Steuerwelle geschnitten gedacht ist.

Abb. 5 gibt einen Schnitt E-F durch den Steuerdeckel wieder.

Abb. 6 zeigt einen Horizontalschnitt durch einen Steuerdeckel mit beispielsweiser Anordnung einer selbsttätigen Umstellung der Sicherheitsventile auf verschiedene Drucke.

Abb. 7 zeigt die Anschlußkanäle für die Sicherheitsventile in der Steuerwelle.

Es ist ι ein Lagergehäuse, 2 ein Lagerdeckel, in dem der Zylinderblock 3 drehbar mittels Wälzlager gelagert ist. Er wird durch die mit Steueröffnungen versehene Welle 4 angetrieben. Im Zylinderblock sind im dargestellten Beispiel drei Kolbenpaare (Schleifenkolben) 5 angeordnet, welche je einen kleineren und einen größeren Kolben besitzen. Diese Kolbenpaare stützen sich mittels Rollen oder Gleitsteinen 6 auf den Stützzapfen 7, der in der Lagerscheibe 8 sitzt und mit dieser durch ein Stellzeug 9 in seiner Exzenterstellung zum Zylinderblock verstellt werden kann. 10 ist der Steuerdeckel, in dem die Steuerwelle 11 fest gelagert ist. 12 stellt einen Drucksammler dar, in welchem sich durch kleine Rückschlagventile 13, die in Abb. 5 ersichtlich ist, Druckflüssigkeit aus den jeweiligen Arbeitsräumen der Pumpe aufspeichert, um solche stets für Steuerzwecke zur Verfügung zu haben.

Soweit enthält die Pumpe bekannte Anordnungen, und ihre Wirkungsweise ist die gleiche wie bei allen derartigen umlaufenden Kolbenpumpen, indem die sechs Kolben 5, von denen drei von kleinem und drei von großem Querschnitt (Abb. 2) und zwei gegenüberliegende, durch Schleife verbundene Kolben schraffiert dargestellt sind, nacheinander zur Wirkung kommen und den durch die jeweilige Exzenterstellung des Stützzapfens bestimmten Hub ausführen.

Um eine Trennung der Zylinder zu ermöglichen, münden die Zylinderkanäle an der Steuerseite in zwei verschiedenen Ebenen C-D und G-H. Durch Verschieben der Steuerwelle Ii in ihrer Achsrichtung oder durch Betätigung besonderer Schalt- bzw. Absperrorgane, z. B. der dargestellten Schieber 14 und 14', ist es möglich, die eine Zylindergruppe oder beide gemeinsam zur Wirkung zu bringen. In der Darstellung (Abb. 1) trennen die beiden Schieber 14 und 14' die beiden Zylindergruppen, es ist nur die Gruppe mit den kleineren Kolben in Wirkung, während die weiter rechts mündenden Zylinder durch die rechts offene Steuerwelle miteinander verbunden sind und außerdem durch Kanäle 15 (Abb. 2) sowie 15' (Abb. 4) und 15" (Abb. 1) mit dem Ausgleichsraum in Verbindung stehen.

Die Betätigung dieses Schaltorgans bzw. Schiebers 14 kann von Hand erfolgen oder auch selbsttätig, indem es von irgendeinem Maschinenteil oder auch von der Pumpe selbst beeinflußt wird.

In dem dargestellten Beispiel ist eine selbsttätige Schaltung vorgesehen, und zwar in Abhängigkeit von der Exzenterstellung der Pumpe. Zu diesem Zweck sind die Schieber 14 und 14' an ihrem linken Ende in einen Kolben 27 eingehängt (Abb. 1 und 6). Dieser Kolben steht rechts dauernd mit dem Druckraum in Verbindung, während er auf seiner linken Seite, deren Wirkungsfläche um die Querschnitte der Schieber 14 größer ist, je nach der gewünschten Stellung der Schieber 14 belastet oder entlastet wird. Für die Einleitung dieser Wirkung ist beispielsweise ein Schieber 16 vorgesehen, der einseitig unter Federdruck steht und durch Vermittlung eines Druckbolzens 17 durch eine Steuerscheibe 18 verstellt wird. Die Steuerscheibe schwenkt in der Darstellung um einen Bolzen 19; diese Bewegung erfolgt durch die Verstellung der Exzentrizität der Pumpe, indem der Stützzapfen 7 in eine Bohrung dieser Steuerscheibe eingreift. Die Anordnung ist so in dem dargestellten Beispiel vorgesehen, daß die Bewegung sowohl bei linker als auch rechter Exzentrizität der Pumpe, also bei jeder Förderrichtung, in Tätigkeit tritt, und hierbei auch gleichzeitig das jeweilig auf der Rückflußseite befindliche Rückschlagventil 20 (Abb. 5 j nach dem Ausgleichsraum selbsttätig geöffnet wird.

Zu diesem Zweck ist der Schieber 16 nach beiden Richtungen verstellbar; er ist in seiner Mittelstellung dargestellt. Die Steuerscheibe 18 ist dementsprechend mit zwei Stufen für die Verschiebung des Druckbolzens 17 versehen, von denen, je nach der Schwenkrichtung der Steuerscheibe 18, der Druckbolzen 17 und somit der Schieber 16 nach links geschoben wird oder sich unter dem Druck der Feder nach rechts verschiebt. In jedem Fall tritt Druckflüssigkeit durch die dargestellten Kanäle unter Vermittlung der breiten Eindrehung im Schieber links hinter die Fläche des Kolbens 27, die bisher durch die schmale Nut und die Bohrung im Schie- , ber mit dem Ausgleichsraum verbunden war. Gleichzeitig werden durch die breite Eindrehung sowie die Endkanten des Schiebers 16 aber auch Kanäle 21 und 21'gesteuert, die hinter die Kolben 22 führen, durch die die Rückschlagventile 20 geöffnet werden.

Abb. 5 zeigt ein in die Druckleitung eingeschaltetes Sicherheitsventil 23. In vielen Fällen ist es erwünscht, um übermäßige Kräfte bei großen Förderungen zu vermeiden, hierfür Sicherheitsventile für niedrige Drucke einzuschalten. Abb. 6 zeigt eine Sicherheitsventilanordnung, bei der ein und dasselbe Sicherheitsventil für verschiedene Drucke selbsttätig eingestellt wird. Zu diesem Zweck ist das Sicherheitsventil 24' mit einer Zusatzdruckfläche versehen, die durch Kanal 25 bzw. 25' mit der Schaltung in Verbindung steht. Steht der Kolben 27 mit den Schiebern 14 und 14' in seiner linken Stellung (Abb. ι und 6), in der nur ein Teil der Arbeitszylinder zur Wirkung kommen, so werden die Kanäle 25 und 25' durch die schräg durch die Schieber 14 und 14' hindurchgeführten Bohrungen mit der Ringnut 26 verbunden, die mit dem Ausgleichsraum in Verbindung steht. Bei Rechtsstellung der Schieber 14 und 14' werden jedoch die Kanäle 25 und 25' durch die Winkelbohrungen in den Schiebern 14 und' 14' mit den Hauptbohrungen der Steuerwelle 11 verbunden, so daß sich unter den Zusatzflächen des Sicherheitsventils 24' auch der Arbeitsdruck der Pumpe einstellt, der der Belastungsfeder des betreffenden Sicherheitsventils entgegenwirkt, so daß das Ventil sich schon bei geringem Arbeitsdruck öffnet.

Die Schaltweise kann bei dieser Pumpe sehr verschieden erfolgen. In Abb. 8 und 9 sind einige Beispiele durch schematische Darstellung der Förderwirkung wiedergegeben. In horizontaler Richtung sind die Exzenter-Stellungen der Pumpe für beide Förderrichtungen aufgetragen, die mit ο bis 10 angegeben sind. Die vertikalen Aufzeichnungen ο bis 100 veranschaulichen die entsprechenden Fördermengen, wobei die Förderungen nach der einen Richtung mit

die nach der

andern Richtung mit ·— unterschieden sind. Hierbei ist die Förderung durch die ausschaltbaren Zylinder dreimal so groß angenommen wie die Förderung des ständig wirkenden Pumpensatzes. Die Linien—A~\-A

begrenzt die Förderung der gesamten Pumpe, während die Linie —B—\-B die Pumpenwirkung begrenzt, die nach der Ausschaltung der einen Zylinder gruppe verbleibt. In Abb. 8 wirkt für die —Förderung nur der ständig wirkende kleinere Zylindersatz, während für die -J--Förderung die Gesamtpumpe eingeschaltet ist. Die Förderungen sind durch die dünnen vertikalen Linien für ίο die einzelnen Exzenterstellungen dargestellt. Wie aus Abb. 8 klar ersichtlich, wird bei gleichen Exzentrizitäten mit der Gesamtpumpe eine Fördermenge bis ioo erreicht, während die ständig wirkende Zylindergruppe nur bis 25 fördert. Letztere ermöglicht also eine viermal so feinfühlige Einstellung als die Gesamtpumpe. Bei der Gesamtpumpe wird die gleiche Fördermenge 25 bereits bei der viel kleineren Exzenterstellung, bei 2,5, erao reicht. Hieraus ergibt sich ohne weiteres, daß bei der Gesamtpumpe die durch Federung, Spiele und Schlupf für einen bestimmten Flüssigkeitsdruck bedingte kleinste Exzenterstellung viel früher, also bei viel größerer Fördermenge, erreicht wird, als bei der ständig wirkenden kleinen Zylinder gruppe.

Während in Abb. 8 die Schaltung so gedacht ist, daß nach der einen Richtung mit der kleinen Zylindergruppe, nach der anderen mit der gesamten Gruppe gearbeitet wird, kann natürlich auch nach beiden Richtungen mit 'der kleinen Gruppe gearbeitet werden, oder es kann auch bei einer und derselben Pumprichtung an einer beliebigen Exzenterstellung· die Umschaltung erwirkt werden. Hierbei kann dann mit dieser Exzenterstellung unmittelbar weitergearbeitet werden, wobei sich also die Förderung um das Vierfache in dem dargestellten Beispiel geändert hat, oder es kann auf eine größere oder kleinere Exzenterstellung übergegangen werden, so daß jede gewünschte Förderung oder jedes gewünschte Förderverhältnis durch die Schaltung erzielt werden kann. In Abb. 9 ist die Umschaltung für die —Förderung zwischen den Exzenterstellungen 5 und 6 gedacht und für die -(—Richtung zwischen 7 und 8. In dieser Darstellung sind die größeren Exzenterstellungen für die Gesamtpumpe und die kleineren für die kleine Zylindergruppe ausgenutzt, wie durch die dünnen vertikalen Linien veranschaulicht. Wie jedoch aus den vorstehenden Darlegungen hervorgeht, kann beim Schalten auch auf jede andere Exzenterstellung zurückgesprungen werden.

Claims

'. Patentansprüche:

i. Pumpe mit umlaufenden Zylindern für Flüssigkeitsgetriebe, bei der die Förderleistung durch exzentrische Verstellung der die Zylinder oder Kolben führenden Lagerung beliebig verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise durch Schieber (14, 14') o. dgl. die Wirkung mehrerer Zylinder aus dem Stromkreis ausgeschaltet werden kann, wobei diese eine Gruppe von gleichmäßig über die ganze Umdrehung verteilten Zylindern bilden, so daß die Förderung durch die übrigbleibenden Zylinder eine regelmäßige und möglichst gleichmäßige bleibt und mit diesen allein durch die Verstellung der gemeinschaftlichen Exzenteranordnung eine feinfühlige Regelung dieser verringerten Förderleistung möglich ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Verstellbewegung des für das Aus- und Einschalten der Zylinder verwendeten Verteilers (11), Schieber (14, 14') o. dgl. mittels Kolben (27) bewirkt wird, der durch Preßluft oder Flüssigkeitsdruck, gegebenenfalls Flüssigkeitsdruck der Pumpe selbst entsprechend belastet wird.
3. Pumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung des Kolbens für das Ein- und Ausschalten der Zylinder durch Vermittlung eines Vorsteuerschiebers (16) oder Hahnes erfolgt, der von Hand oder mechanisch betätigt wird.
4. Pumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellbewegung für das Aus- und Einschalten der Zylinder oder die Betätigung des Vorsteuerorgans von der Verstellanordnung für die Exzentrizität der Pumpe oder von der Exzenterstellung der Pumpe selbst unmittelbar oder mittels Zwischengliedern (18) in Abhängigkeit steht.
5. Pumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Vor-Steuerschieber auch Kanäle (21, 21') nach den Saugventilen oder nach besonderen Steuerorganen (22) gesteuert werden, durch die zeitweise die Rückflußseite mit dem Saugraum verbunden wird.
6. Pumpe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung beim Ausschalten der Zylinder auch gleichzeitig durch Kanäle (25, 25') eine besondere Fläche des Sicherheitsventils, die entgegen dem Druck der Feder wirkt, ebenfalls mit dem Flüssigkeitsdruck in Verbindung gebracht wird, so daß das Ventil bei spezifisch geringerem Flüssigkeitsdruck in Tätigkeit tritt.
7. Pumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe

der auszuschaltenden Kolben aus Kolben größeren Querschnitts besteht als die Kolben der übrigbleibenden Gruppe.
8. Pumpe nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Doppelkolben (5), die schleifenartig miteinander verbunden sind, diese gegenüberliegenden Kolben verschieden sind, und daß die durch Kurzschluß auszuschaltenden Kolben die größere Fläche bzw. größere Masse haben, so daß die infolge der Zentrifugalkraft der schweren Kolben dauernd fest gegen die Stützung gehaltenen leichteren Kolben als wirksame Kolben für die Feinregelung verbleiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen