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Doppelt wirkende Pumpe mit zwei parallelachsig angeordneten Zylindern
Die Erfindung bezieht sich auf eine doppelt wirkende Pumpe, Wassermotor oder Verdichter
mit parallelachsig angeordneten Zylindern, zwei miteinander verbundenen Kolben und
zwischen den Zylindern liegendem Gehäuse, in welchem ein schwingendes und gleitend
angeordnetes Kolbenverbindungsstück bei außermittigem Antrieb einer der beiden Kolben
den anderen mitnimmt.
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Bei den bekannten doppelt wirkenden Pumpen dieser Art ist der Schwenkpunkt
des starren Verbindungsstückes zwischen den beiden Kolben in bezug auf die Zylinder
ortsfest, das heißt in der Ebene durch die Zylinderachsen unverschieblich. Diese
unverschiebliche Lagerung des Schwenkpunktes hat den erheblichen Nachteil, daß die
Achse des mitgenommenen Kolbens eine andere Bahn beschreibt als die Achse des angetriebenen
Kolbens. Während die Bahn des angetriebenen Kolbens kreisförmig ist, ist die des
mitgenommenen birnenförmig. Dieser Umstand ist bei der Ausbildung des Kolbenumfanges
bzw. der Zylinderwandung zu berücksichtigen im Hinblick auf eine gleichmäßige Förderung
der Pumpe. Ein weiterer Nachteil dieser Ausführungen liegt darin, daß die ortsfeste
Führung einem hohen Druck unterliegt, wodurch große Reibungsverluste und einseitige
Abnutzung entstehen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen,
und löst diese Aufgabe dadurch, daß das schwingende Verbindungsstück mittels eines
Schlitzes mit Spiel in Richtung der Ebene durch die Kolbenachsen auf einer Walze
beweglich gelagert ist, die ihrerseits drehbar und in Richtung auf die Zylinder
verschiebbar im Mittelteil des Gehäuses angeordnet ist.
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Im Hinblick auf diesen Lösungsgedanken sei erwähnt, daß es für doppelt
wirkende Drehkolbenmaschinen bekannt ist, einen von einem Exzenter angetriebenen
Arbeitskolben durch zwei weitere Exzenter derart zu führen,
daß
der obere und untere Teil des Arbeitskolbens einander entsprechende Bewegungen ausführen,
wobei an den Exzenterzapfen eine rollende Reibung auftritt.
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Die erzielte fortschrittliche Wirkring ergibt sich aus der Aufgabenstellung.
Die Bewegungsbahn des mitgenommenen Kolbens ist gleich der Bahn des angetriebenen
Kolbens, was durch eine sehr einfache Führung erzielt wird. Durch die gleichen Bewegungsbahnen
der beider. Kolben ist eine sichere und einwandfreie Abdichtung zwischen den Kolben
und den beiden Zylinderkörpern möglich. Von besonderem Vorteil ist bei dieser Art
der Führung ferner, daß an der losen Walze lediglich rollende Reibung auftritt,
wodurch die Reibungsverluste herabgesetzt werden. Bei einfacher Gesamtanordnung
und gleichmäßiger Förderung der Pumpe wird daher ein höchstmöglicher Wirkungsgrad
erzielt.
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Zweckmäßig ist die Führungswalze in Dekkelschlitzen des Pumpgehäuses
gelagert, die in der Ebene durch die Zylinderachsen gesehen etwas größere Abmessungen
als die genannte Walze haben, so daß dieselbe bei der Versetzung des betreffenden
Kolbens gegen die Endstellungen hin vom Verbindungsstück mitgenommen wird, damit
die Winkelgeschwindigkeit des von der Exzentereini-ichtung nicht unmittelbar betätigten
Pumpkolbens im Verhältnis zu dem anderen Kolben verändert werden kann. Hierdurch
wird die Möglichkeit, eine unterbrochene Strömung durch die Pumpe während des Betriebs
zu erhalten, erleichtert.
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Ferner ist die Walze zweckmäßig mit ringförmigen Aussparungen versehen,
, um den Umlauf etwa in dem Schlitz des Verbindungsstückes eingetretenen Fördermittels
zu ermöglichen.
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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsfortil
der Erfindutlg bei einer Pumpe.
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Fig. i zeigt einen zu der Antriebswelle senkrechten Schnitt nach der
Linie I-I der Fig. 2.
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Fig. a ist ein senkrechter Schnitt in der Längsrichtung der Antriebswelle
nach der Linie II-II von Fig. i.
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Fig.3 gibt eine Endansicht der Pumpe wieder.
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Fig. ¢ ist ein Schnitt entsprechend Fig. i, wobei das Pumporgan sich
in einer anderen Lage befindet.
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Fig. 5 ist ein Schnitt entsprechend Fig. i, obere Hälfte, und einer
Einheit im verändertem Maßstab.
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Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Einzelheit. Das Pumpgehäuse besteht
aus zwei Zylindern i, 2, die nebeneinander und in einigem Abstand voneinander liegen
und mittels eines dazwischenliegenden Gehäuseteils verbunden sind. In letzterem
'sind Saug- und Drucköffnungen 3, 4 einander gegenüberliegend etwa senkrecht zu
der Antriebswelle vorgesehen. Gegebenenfalls können die Anschlußleitungen, .die
in die Saug- und Drucköffnungen münden, parallel zu der Antriebswelle angeordnet
werden, wie mit gestrichelten Kreislinien bei 7 und 8 in Fig. i angedeutet ist.
Das Pumpgehäuse ist mit Deckeln 5 und 6 versehen.
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Das Pumporgan besteht aus zwei Kolben g und io (einem in jedem Zylinder
und einem dazwischenliegenden Verbindungsstück i i, Das Verbindungsstück i i geht
mit konkaven Seitenflächen in die zylindrischen Flächen der Kolben über.
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Die Kolben g und io sind mit einem Belag 12 aus nachgiebigem Werkstoff,
beispielsweise einer weichen Metallegierung, Kautschuk o. dgl., überzogen, um das
weiche Gleiten der Kolben an den Zylinderwänden zu erleichtern und um eine abdichtende
Wirkung gegen die Wände auch in der Axialrichtung zu erzielen. Außerdem brauchen
die Pumpkolben und die Zylinderwände durch diese Anordnung nicht mit der Genauigkeit
ausgeführt zu werden, die erforderlich ist, wenn metallische Flächen miteinander
zusammenarbeiten sollen. Auch das Verbindungsstück i i ist mit einem Belag 12' versehen,
der mit dein Belag 12 aus einem Stück bestehen kann, so daß der Belag an dein Pumporgan
ohne Fuge angebracht ist. Die Beläge können wehgelassen werden, oder es kann anstatt
an den Kolben ein Belag 12" an den Zylinderwänden angebracht sein, wie in Fig. 5
gezeigt ist.
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Die Antriehswelle 13, die mittig zum Putupzylinder i angeordnet ist,
trägt einen Nocken 14 zur Steuerung des Kolbens g. Der Nocken 14 ist derart ausgebildet,
daß sich die Mitte des Kolbens längs einer Irreisbahn 15 bewegt und seine Mantelfläche
an der Zylinderwand rollt.
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In dem Verbindungsstück i i ist ein Schlitz 19 und in den Deckeln
5, 6 sind Schlitze 18 vorgesehen. .Eine zylindrische Walze 17 durchsetzt den Schlitz
ig; die Walze ist lose oder auf rollende Reibung gleitend in den Schlitzen 18 geführt.
Die Schlitze haben eine größere Ausdehnung in der Kolbenachsenebene als die Walze
17. Somit ist die Abmessung der Schlitze 18 etwa gleich der Summe des Walzendurchmessers
und des Halbmessers des Kreises, um den die Achsenmitte der Kolben schwingt, wobei
die Mittellinie der genannten Schlitze 18 mit der Querebene durch die Mitte des
Pumpgehäuses zusammenfällt. Während der Pumparbeit kann also der Walze 17 neben
einer Rollbewegung auch eine auf und nieder gehende Bewegung
in
den Schlitzen 18 erteilt werden, wobei das Verbindungsstück gegenüber der Walze
schwing- und verschiebbar ist. Die Walze 17 hat eine ringförmige Nut 2o, so daß
Flüssigkeit, die durch den Schlitz i9 eintreten kann, die Möglichkeit hat, darin
ohne Widerstand umzulaufen. Die Enden der Walze können außen abgerundet sein, wie
in Fig. 2 dargestellt, um einen Umlauf auch in den Schlitzen 18 zu gestatten. Der
Schlitz kann durch Üff. nungen oder Kanäle ersetzt werden. Die Wände des Schlitzes
i9 und gegebenenfalls auch diejenigen der Schlitze 18 sind, wie bei 3o angegeben
wird, mit einem Belag und einer Führungsfläche versehen, die aus einem verschleißfesten
Werkstoff bestehen.
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An den Begrenzungsrändern der Saug- und Drucköffnungen sind in den
Zylinderwänden in bekannter Weise nutenförmige, axiale Aussparungen 22 vorgesehen.
Auf dem Pumporgan, etwa an der Stelle, wo die konkaven Flächen des Verbindungsstückes
ii in die zylindrischen Flächen der Kolben 9, io übergehen, sind in ebenfalls bekannter
Weise abgerundete, axiale Abdichtungskanten 23 vorgesehen, deren Form annähernd
der Form der Aussparungen 22 entspricht und die zum Zwecke einer Abdichtung der
betreffenden Zylinderkammer mit den genannten Aussparungen in gewissen Lagen des
Pumporgans zusammenw irken.
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In dem Kolben 9 können federnde Rollen-oder Antifriktionslager zwischen
dem Nocken 14 und der Lagerfläche (angedeutet durch eine strichpunktierte Linie
32 in Fig. 6) des Kolbens vorgesehen sein, um eine nachgiebige Bewegung zwischen
den Elementen zu gewährleisten. Es kann auch, wie bei 33 angedeutet, zwischen der
Welle 13 und dem Nocken 14 Spiel vorgesehen werden, was eine gewisse Federwirkung
zwischen den genannten Bauteilen auslöst. 34 bezeichnet einen vorzugsweise viereckigen
Keil, der in diesem Fall zur Verbindung der Teile 13 und 1d. verwendet wird.
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Die Wirkungsweise ist folgende: In der in Fig. i- dargestellten Lage
hat der obere Kolben 9 einen Hub vollendet. Die Abdichtungskanten 23 erstrecken
sich in die Aussparungen 22 hinein und sperren die Zylinderkamtner a von den Saug-
und Drucköffnungen ab, so daß die in einer früheren Stufe des Hubes in die Kammer
angesaugte Flüssigkeit dort eingeschlossen gehalten wird. Der untere Pumpkolben
i o liegt mit seinem äußeren Ende gegen die Zylinderwand an und sperrt die beiden
Kammern b und c und damit die Druckseite von der Saugseite flüssigkeitsdicht ab.
Während dieser Bewegung wird die in der Kammer b vorhandene Flüssigkeit in der Richtung
des Pfeils in der Fig. i hinausgetrieben, und in der Kammer c findet, wie sich aus
den gezeichneten Pfeilen ergibt, ein Ansaugen statt. Wenn die Welle 13 ihre Bewegung
in der Pfeilrichtung fortsetzt, wird der Kolben 9 nach links geschwenkt, der Kolben
io nach rechts, und der Mantel des Kolbens 9 wird veranlaßt, mit der Zylinderwand
in Berührung zu treten, wobei der Abdichtungseingriff bei 22 ausgelöst wird. Die
Flüssigkeit in der Kammer a wird durch die Offnung q. ausgepreßt, wobei das Volumen
der Kammer allmählich verringert wird, je nachdem sich die Wälzbewegung des Kolbens
9 an der Zylinderwand fortsetzt. Wenn die Welle eine halbe Drehung ausgeführt bat,
hat der Kolben 9 dieselbe Lage wie der Kolben io der Fig. i. Die Flüssigkeit in
dem rechten Teil der Kammer a wird immer mehr ausgepreßt, wobei in dem linken Teil
Unterdruck entsteht, so daß Flüssigkeit angesaugt wird. Je mehr der Kolben 9 aus
der in der Figur gezeigten Lage weiter wandert, je mehr wird das Volumen der Kammer
a vergrößert und mehr Flüssigkeit angesaugt, bis die Welle eine ganze Umdrehung
ausgeführt hat und die Kammer wieder ganz gesperrt ist.
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Infolge der Form der Führungswalze 17
und der Nuten wird der
Kolben io sich in der angegebenen Richtung des Pfeils, d. h. synchron und, in einer
der Richtung des Kolbens 9 entgegengesetzten Richtung mit seiner Achsenmitte längs
des Kreises 16 (Fig i) bewegen. Wenn somit der Kolben io in der Pfeilrichtung bewegt
wird, wird sieh seine Mantelfläche unter stetiger Abdichtung zwischen der Saug-
und Druckseite gegen die Zylinderwand bewegen, wobei das Volumen der Kammer c mehr
und mehr auf Kosten der Kammer b zunimmt. Wenn die An. triebswelle eine halbe Umdrehung
von der gezeigten Lage ausgeführt hat, hat der Kolben io eine Lage erreicht, welche
der Lage des Kolbens 9 auf der Zeichnung entspricht, und dichtet die gemeinsame
Kammer b, c von den Saug- und Drucköffnungen ab.
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Wie aus den die Strömungsrichtungen bezeichnenden Pfeilen ersichtlich
ist, durchläuft das zu fördernde Mittel die Pumpe spiralförmig.
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Wenn der Kolben io auf die in der Fig. i gezeigte Lage zu und von
dieser weg bewegt wird, wird die Winkelgeschwindigkeit des Kolbens io infolge der
Aufwärtsbewegung der Welle i j in den Nuten 18 gesteigert, so daß das Volumen der
Kammer b schneller als das Volumen der Kammer a abnimmt, wodurch die Gesamtausströmung
praktisch ununterbrochen vor sich geht. Der umgekehrte Bewegungsverlauf entsteht,
wenn sich der Kalben io mit seiner Mitte innerhalb der oberen Hälfte des Kreises
16 bewegt.
Die Tiefe der Aussparungen 22 wird zweckmäßig etwas größer
als die Höhe der Abdichtungskanten z3 gewählt, so daß Kammern oder Höhlungen 31
entstehen (Fig. 4). Während der Pumpbewegungen dient die in den genannten Höhlungen
zurückbleibende Flüssigkeit als Flüssigkeitsdämpfung, so daß, wenn die Abdichtungskanten
23 in die Aussparungen 22 eintreten, ein geräuschloser und ruhiger Gang ohne Stöße
und Schläge erreicht wird, und zwar auch bei großen Saughöhen.
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Die zwei zusammenwirkenden Teile 21 und 23 (Fig. 4) können auch umgekehrt
angeordnet werden, wie in der Fig. 5 gezeigt ist, wobei somit Aussparungen 22' in
den Kolben und Abdichtungskanten 23' an den Zylinderwänden vorgesehen sind.
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Infolge der gezeigten konkaven Form des Verbindungsstücks erhält man
einen ebenen Übergang zwischen den Saug- und Drucköffnungen und den Pumpkammern.
Deshalb bewegt sich die ausgepumpte Flüssigkeit durch die Pumpe hindurch. in einem
gleichmäßigen Strom und infolge der doppelt wirkenden Bauart vorzugsweise in einem
ununterbrochenen Strom ohne Wirbelbildung, was von besonderer Bedeutung ist, wenn
z. B. eine Flüssigkeit, wie Milch o. dgl., gepumpt wird, die bei Wirbelbildung leicht
ungünstig beeinflußt wird.
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Der abnehmbare Deckel 6 wird von Bolzen gehalten, deren Köpfe mit
24 bezeichnet sind. Das Stellmittel 26 ist mit einem Schraubenbolzen 27 verbunden,
der die Nabe 28 des Bügels 29 durchsetzt und dessen zugespitztes Ende in eine Aussparung
des Deckels 6 eingreift. Die Enden der Arme des Bügels 29 sind als Befestigungsglieder
(Klauen o. dgl.) ausgebildet, die den Körper 25 der betreffenden Bolzen fassen.
Wenn der Deckel 6 entfernt werden soll, wird das Stellmittel 26 der. art gedreht,
daß kein Druck auf den Bügel wirkt, wonach der letztere gegen den Uhrzeigersinn
verdreht wird, bis er vollständig frei ist und der Deckel entfernt werden kann,
so daß die inneren Teile der Pumpe zwecks Besichtigung, Reinigung und Ausbesserung
leicht zugänglich werden.