DE8213339U1 - Hubkolbenmaschine - Google Patents

Description

HOEGER, ST.ELJLRECHT; -&:PARTNER

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UHLANDSTRASSE 14C-D 7000 STUTTGART 1

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A 45 147 b Anmelder: Gebr. Holder GmbH & Co.

b-201 Stuttgarter Str. 40-46

29. April 1982 7430 Metzingen

HUBKOLBENMASCHINE

Die meisten bekannten Hubkolbenmaschinen, seien es nun Hubkolbenmotoren oder -pumpen, besitzen eine Kurbelwelle, welche über Pleuel mit den Kolben verbunden ist. Diese Triebverbindung übt auf die Kolben nicht nur in der Kolbenachse liegende Kräfte, sondern auch Querkräfte aus, die die Kolben zu kippen versuchen, wodurch der Verschleiss erhöht und Führungslängen für die Führung der Kolben in den Zylindern erforderlich werden, welche der Verkleinerung des Kolbenhubs und damit der Verringerung der Bauhöhe Grenzen setzen. Bei Sternmotoren und entsprechend ausgebildeten Kolbenpumpen entspricht dem ein Mindestdurchmesser der Hubkolbenmaschine. Mehrzylindrige, mit Kurbelwellen ausgerüstete Hubkolbenmauchinen weisen ausserdem in Abhängigkeit von der Zylinderzahl eine erhebliche Baulänge auf, ganz abgesehen davon, dass Kurbelwellen verhältnismässig teure Maschinenelemente darstellen.

Den vorstehend an erster Stelle erwähnten Nachteil weisen aber auch bekannte sogenannte Boxerpumpen auf, bei denen zwei bezüglich einer Kurbelwellenachse einander diametral gegenüber liegende Kolben über ein scheibenförmiges Koppelelement starr miteinander verbunden sind; das letztere besitzt eine ovale öffnung, in die ein Kurbelzapfen der Kurbelwelle eingreift, so dass eine gleichsinnige

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Bewegung der beiden Kolben in eine Rotation der Kurbelwelle oder umgekehrt umgesetzt werden kann.

Da diejenige Stelle, an der der Kurbelzapfen gegen den einem Kolben benachbarten Längsrand der ovalen öffnung des Koppelelements anliegt/ nur in dem Augenblick, in dem die Achse des Kurbelzapfens die Kolbenachsen schneidet, mittig zu den Kolben liegt, ergibt sich in jedem anderen Zeitpunkt ein aussermittiger Angriff der vom Kurbelzapfen auf die Kolben ausgeübten Kräfte, welche Momente erzeugen, die an den Kolben unerwünschte Querkräfte zur Folge haben.

Schliesslich sei noch darauf

hingewiesen, dass eine solche Hubkolbenmaschine, soll sie mehr als zwei Zylinder aufweisen, mit mehreren, in Richtung der Kurbelwellenachse hintereinander angeordneten Koppelelementen versehen werden muss und infolgedessen mit zunehmender Zylinderzahl eine zunehmende Baulänge besitzt.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenmaschine zu entwickeln, bei der sich auf den bzw. die Kolben wirkende Querkräfte und Kippmomente vermeiden lassen, und ausgehend von der erwähnten Boxerpumpe, d.h. von einer Hubkolbenmaschine mit einem Gehäuse, in dem eine einen Exzenter aufweisende Kurbelwelle drehbar gelagert und mindestens eine Zylinder-Kolben-Einheit mit zur Kurbelwellenachse senkrecht verlaufender Achse angeordnet ist.

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wobei zur kraftschlüssigen Kopplung von Kurbelwellenexzenter und Kolben eine sich quer zur Kolben- sowie zur Kurbelwellenachse erstreckende Anlauffläche eines zwischen Kolben und Exzenter liegenden Koppelelements vorgesehen ist, lässt sich diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch lösen, dass das Koppelelement an dem Kurbelwellenexzenter drehbar gelagert und über mindestens zwei, der Drehsicherung des Koppelelements dienende weitere Exzenter derart mit einem gehäusefesten Teil verbunden ist, dass bei sich drehender Kurbelwelle jeder Funkt des Koppelelements eine der Kreisbewegung des Kurbelwellenexzenter Zentrums entsprechende Kreisbewegung durchführt, und dass mit dem Kolben eine drehbar gelagerte und gegen die Anlauffläche anliegende Rolle verbunden ist, deren Achse die Kolbenachse senkrecht schneidet. Vorzugsweise verläuft die Anlauffläche parallel zur Kurbelwellenachse. Da bei der erfindungsgemässen Konstruktion die Berührungsstelle zwischen der einem Kolben zugeordneten Rolle vnd der demselben Kolben zugeordneten Anlauffläche des Koppelelements stets in der Kolbenachse liegt und, da die Rolle auf der Anlauffläche abrollen kann, praktisch auch keine reibungsbedingten Querkräfte auftreten können, lassen sich Momente vermeiden, so dass auf den Kolben auch keine Querkräfte wirken. Deshalb lässt sich die Führungslänge zwischen Kolben und Zylinderwand gegenüber den herkömmlichen Konstruktionen verringern, und ausserdem tritt kein durch Querkräfte und Kippmomente bedingter Verschleiss der Führung auf. Die Rolle kann vom Kolben selbst oder von einer mit dem letzteren fest verbundenen Kolbenstange getragen werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Konstruktionsprinzips besteht darin, dass sich mehr als zwei Zylinder-Kolben-Einheiten sternförmig um die Kurbelwelle herum anordnen lassen und man dennoch mit einem einzigen Koppelelement auskommt, das für jeden Kolben eine Anlauffläche aufweist, so dass man auch bei Hubkolbenmaschinen mit drei und mehr Zylindern nicht die übliche,

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mehrfach abgekröpfte und deshalb teure Kurbelwelle benötigt und ausserdem eine solche erfindungsgemässe Hubkolbenmaschine wesentlich kürzer baut als eine vergleichbare bekannte Konstruktion. Der zuletzt erwähnte Vorteil der kurzen Baulänge ergibt sich auch dann, wenn man die Anlaufflächen unmittelbar mit den Kolben- bzw. Kolbenstangen zusammenwirken lässt, d.h. auf die an den Kolben- bzw. Kolbenstangen drehbar gelagerten Rollen verzichtet; man hat dann allerdings den Nachteil in Kauf zu nehmen, dass reibungsbedingte Querkräfte auf die Kolben ausgeübt werden. Schliesslich sei noch erwähnt, dass eine erfindungsgemässe Hubkolbenmaschine mit drei und mehr Zylindern infolge der kürzeren Baulänge und der Möglichkeit der Durchmesserverringerung ein Gewicht haben kann, welches nur etwa 50 % oder weniger des Gewichts einer herkömmlichen Hubkolbenmaschine gleicher Zylinderzahl beträgt.

Sind die Kolben erfindungsgemässer Hubkolbenmaschinen stets druckbeaufschlagt, so dass sie von der Kurbelwelle nicht zurückgezogen werden müssen, genügt eine einzige Anlauffläche je Kolben, über die der Kolben von der Kurbelwelle weggedrückt wird bzw. über die der Kolben das Koppelelement und damit die Kurbelwelle antreibt. Ansonsten weist die erfindungsgemässe Hubkolbenmaschine ein Koppelelement mit zwei parallel zueinander verlaufenden Anlaufflächen je Kolben auf, deren Abstand dem Rollendurchmesser entspricht und zwischen die die Rolle eingreift. Die beiden Anlaufflächen können von einem Schlitz oder einer Nut des Koppelelements gebildet werden.

Da die Kurbelzapfen der der Drehsicherung des Koppelelements dienenden weiteren Exzenter stets in derselben Drehrichtung beansprucht werden, können sie mit Spiel in Aufnahmeöffnungen des Koppelelements bzw. des gehäusefesten Teils, bei dem es sich in der Regel um das Gehäuse selbst handeln wird, ein-

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greifen, so dass an die Fertigungsgenauigkeit diesbezüglich keine hohen Anforderungen gestellt werden müssen.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Hubkolbenmaschine sind Plüssigkeitspumpen zum Ausbringen von Behandlungsflüssigkeiten für die Land- und Forstwirtschaft, wobei eine solche Flüssigkeitspumpe so ausgebildet wird, dass ihre Kurbelwelle mit der Zapfv^lle eines Schleppers verbunden werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dreizylinder-Pumpe, wobei die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung teils eine Stirnansicht und teils einen Schnitt senkrecht zur Kurbelwellenachse und die Fig. 2 einen axialen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 darstellt.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Flüssigkeitspumpe besitzt ein Gehäuse 10, in dem eine einen Kurbelzapfen 12 aufweisende Kurbelwelle 14 drehbar gelagert ist. Die Achse dieser Kurbelwelle wurde mit 16 bezeichnet. Auf ihrem Kurbelzapfen 12 ist mit Hilfe eines Nadellagers 18 eine Kurbelscheibe drehbar gelagert, die im folgenden als Koppelelement 20 bezeichnet werden wird. Sie besitzt drei in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete Bohrungen 22, in die jeweils ein Exzenterzapfen 24 eingreift, welcher von einer im Gehäuse 10 drehbar gelagerten Exzenterscheibe 26 getragen wird. Die Exzentrizität "x" der Exzenterzapfen 24 entspricht der Exzentrizität des Kurbelzapfens

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Im Gehäuse 10 sind sternförmig um die Kurbelwelle 14 herum drei Zylinder 30 vorgesehen, in denen jeweils -ein verschiebbarer Kolben 32 angeordnet ist. Erfindungsgemäss schneiden die Kolbeiiachsen 34 die Kurbelwellenachse 16 sämtlich in demselben Pu^-JuCt (in Fig. 1 mit 16 bezeichnete Stelle) . Mit den Kolben ist jeweils eine Kolbenstange 36 fest verschraubt, deren inneres Ende 36a gabelförmig ausgebildet ist, das scheibenförmige Koppelelement 20 übergreift und eine Achse 40 hält, auf der eine Rolle 42 drehbar gelagert ist. Das Koppelelement 20 besitzt für jede dieser Rollen, d.h. für jeden Zylinder, einen Schlitz 44 mit einer inneren und einer äusseren, ebenen Anlauffläche 44a bzw. 44b, die im Abstand des Durchmessers der betreffenden Rolle 42 parallel zueinander und parallel zur Kurbelwellenachse 16 sowie senkrecht zur Achse 34 des zugeordneten Kolbens 32 verlaufen. Die Länge des Schlitzes 44 ist an die Exzentrizität "x" angepasst und so gewählt, dass beim Drehen der Kurbelwelle 14 die Rollen 42 nicht gegen die Enden der Schlitze 44 anlaufen können.

Dreht sich die Kurbelwelle 14, so verhindern die Exzenterzapfen 24 ein Mitdrehen des Koppelelements 20, sie ermöglichen es jedoch, dass jeder Punkt dieses Koppelelements dieselbe Kreisbewegung vollführt wir die Achse des Kurbelzapfens 12. Jeder der Schlitze 44 bewegt sich dabei sowohl in Richtung der Achse 34 des ihm zugeordneten Kolbens als auch quer zu dieser Richtung, d.h. in Schlitzlängsrichtung, wobei die letztere Bewegungskomponente ohne Einfluss auf den betreffenden Kolben bleibt, wenn erfindungsgemäss der Abstand der beiden Anlaufflächen 44a und 44b etwas grosser als der Durchmesser der Rollen 42 ist, so dass diese Rollen jeweils auf einer der Anlaufflächen abrollen können und sich so auf den Kolben wirkende Querkräfte vermeiden lassen.

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Das Koppelelement 20 übt also auf die Kolben 32 ausschliesslich axiale Kräfte aus.

Mit dem Gehäuse 10 sind ein Ansaugstutzen 50 und ein Auslassstutzen 52 verbunden und es weist für jeden Kolben 32 einen Druckraum 54 auf, in den durch den betreffenden Kolben 32 über ein Einlass-Rückschlagventil 56 Flüssigkeit aus dem Ansaugstutzen 50 eingesaugt und aus dem diese Flüssigkeit über ein Auslass-Rückschlagventil 58 zum Auslassstutzen 52 gefördert werden kann.

Wie bereits erwähnt, sind an sich nur zwei Exzentervorrichtungen 22, 24, 26 erforderlich, um das Koppelelement 20 am Mitdrehen mit dem Kurbelzapfen 12 zu hindern, aus verschiedenen Gründen wird jedoch eine Ausführungsform mit einer grösseren Anzahl derartiger Exzentervorrichtungen bevorzugt.

Claims (8)

HOEGER,"st:EL:LREbKt; -&:PARTNER "" \f=' 1..1» E h.- UHLANDSTHASSE McD 7OOO STUTTGART 1 A 45 147 b Anmelder: Gebr. Holder GmbH & Co. b-201 Stuttgarter Str. 40-46 29. April 1982 7430 Metzingen ANSPRÜCHE

1. Hubkolbenmaschine mit einem Gehäuse, in dem eine einen Exzenter aufweisende Kurbelwelle drehbar gelagert und mindestens eine Zylinder-Kolben-Einheit mit zur Kurbelwellenachse senkrecht verlaufender Achse angeordnet ist, wobei zur kraftschlüssigen Kopplung von Kurbelwellen-Exzenter und Kolben eine sich quer zur Kolben- sowie zur Kurbelwellenachse erstreckende Anlauffläche eines zwischen Kolben und Exzenter liegenden Koppelelements vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement auf dem Kurbelwellen-Exzenter drehbar gelagert und über mindestens zwei der Drehsicherung des Koppelelements dienende weitere Exzenter derart mit einem gehäusefesten Teil verbunden ist, dass bei sich drehender Kurbelwelle jeder Punkt des Koppelelements eine der Kreisbewegung des Kurbelwellenexzenter Zentrums entsprechende Kreisbewegung durchführt, und dass mit dem Kolben eine drehbar gelagerte und gegen die Anlauffläche anliegende Rolle verbunden ist, deren Achse die Kolbenachse senkrecht schneidet.

2. Hulbkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement zwei parallel zueinander verlaufende Anlaufflächen aufweist, deren Abstand dem Rollendurchmesser entspricht und zwischen die die Rolle eingreift.

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3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement einen die beiden Anlaufflächen bildenden Schlitz aufweist und dass ein die Rolle haltendes, gabelförmig ausgebildetes Ende einer Kolbenstange das Koppelelement übergreift.

4. Hubkolbenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement scheibenförmig ausgebildet ist.

5. Hubkolbenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten sternförmig um die Kurbelwelle herum angeordnet sind und für alle Kolben ein gemeinsames Koppelelement vorgesehen ist, welches tür jeden Kolben eine Anlauffläche aufweist.

6. Hubkolbenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kurbelzapfen der Drehsicherungsexzenter mit Spiel in Aufnahmeöffnungen des Koppelelements oder des gehäusefesten Teils eingreifen.

7. Hubkolbenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Flüssigkeitspumpe ausgebildet und die Kurbelwelle mit der Zapfwelle eines Schleppers verbindbar ist.

8. Hubkolbenmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eben ausgebildete Anlauffläche parallel zur Kurbelwellenachse verläuft.