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Flüssigkeitspumpe bzw. -motor mit sternförmig angeordneten Kolben
Bei Kolbenmaschinen, z. B. Flüssigkeitspumpen und Flüssigkeitsmotoren, mit sternförmig
angeordneten Kolben und außenliegenden Zvlindern muß eine tangentiale Komponente
als Bahndruck über die Kolben auf den Druckkörper, der die Zylinder enthält, übertragen
werden. Durch diese Kraft versuchen die Kolben im Zylinder zu kanten. Hierdurch
entsteht ein erhöhter Reibungsverlust und eine einseitige Abnutzung der Kolben,
die schnell zu Undichtigkeiten führt.
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Die Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu vermeiden bzw.
zu vermindern und besteht in erster Linie darin, daß je zwei gegenüberliegende Kolben
eine derartig starre Verbindung (Ring oder Halbring) besitzen, welche dieKolben
parallel zu sich selbst hält, so daß das Kanten verhindert wird. An Stelle des Kantens
der Kolben in den Zylindern, das durch die starre Verbindung mit dem Ring unmöglich
gemacht ist, verteilt sich der Druck, den die Kolben zur Übertragung der Tangentialkomponente
auf den Drehkörper ausüben, auf zwei weit auseinander liegenden Kolben. Das Drehmoment
wird nun mit einem Hebelarm übertragen, dessen Länge nicht mehr der Länge der Kolben
entspricht, sondern dem Abstand der beiden Kolben voneinander. Die Reibungs- und
Abnutzungsverhältnisse der Kolben werden dadurch erheblich günstiger.
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Bei den meisten Kolbenmaschinen sind mehrere Kolbenpaare, beispielsweise
vier, sechs oder acht Kolben, vorhanden. Um je ein Kolbenpaar starr miteinander
zu verbinden, werden deshalb erfindungsgemäß für jedes .Kolbenpaar zwei Ringe symmetrisch
zur Mittelebene des Kolbensterns angeordnet, wobei der Abstand der Ringe jedes Paares
von der starren Mittelebene verschieden
von dem entsprechenden Abstand
der Ringe der anderen Kolbenpaare ist. Es werden also bei zwei Kolbenpaaren vier
Ringe, bei drei Kolbenpaaren sechs Ringe usw. angeordnet.
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Während auf diese Weise das Kanten der Kolben vermieden ist, bleibt
doch der einseitige Druck der Kolben auf die Zylinder, der eine einseitige Abnutzung
hervorruft, die zu Undichtigkeiten führt, welche insbesondere bei Kolbenmaschinen
mit flüssigen Arbeitsmitteln, die ohne Dichtungsringe oder dergleichen arbeiten,
zu schwerwiegenden Folgen führt. Gemäß einer weiteren Entwicklung der Erfindung
wird deshalb auch der einseitige Kolbendruck vermieden, und zwar dadurch, daß die
Kolben außerhalb des Zylinders zweckmäßig mit einem Querhaupt auf Führungsbahnen
laufen, welche dieTangentialkomponente des Bahndruckes, zweckmäßig unter Zwischenschaltung
von Rollen, aufnehmen. Die so entstehende Konstruktion ist mit einem Kreuzkopf bei
den üblichen Kolbenmaschinen vergleichbar, der die senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung
auftretenden Kräfte auf die Kreuzkopfbahn überträgt.
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Bei einer solchen Ausbildung bestehen jedoch herstellungstechnische
Schwierigkeiten darin, daß das Querhaupt, welches die Tangentialkomponente auf die
Führungsbahn übertragen soll, starr mit den Kolben verbunden ist. Es ist nämlich
hierfür eine kaum erreichbare Bearbeitungsgenauigkeit erforderlich, damit einerseits
die Tangentialkomponente ausschließlich auf die Führungsbahn abgelenkt wird, aber
andererseits auch die geringste Schrägstellung der Kolben im Zylinder vermieden
wird. Deshalb wird auf dem Kolbenquerhaupt ein senkrecht zur Kolbenachse verschiebbares,
den Bahndruck aufnehmendes Zwischenstück angeordnet. Dieses kann beispielsweise
auf Rollen gelagert oder als Wiege ausgebildet sein und gleitet, gegebenenfalls
unterZwischenschaltung von Rollen oder eines Rollwagens, auf der Führungsbahn. Eine
Wiege .wird dabei derartig angeordnet, daß ihre Berührungsgerade mit dem Kolben
bzw. mit dem Kolbenquerhaupt senkrecht zur Kolbenachse steht. Ein Rollwagen kann
zweckmäßig derart ausgebildet sein, daß er im Querhaupt des Kolbens senkrecht zur
Führungsbahn geführt ist. Die Führungsbahnen ihrerseits sind dabei beiderseits der
Querhäupter der Kolben am Druckkörper bzw. an mit diesem fest verbundenen Ringen
arageordnet.
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Die Montage einer Kolbenmaschine dieser Art bietet einige Schwierigkeiten,
da die über das Querhaupt und die Ringe starr miteinander verbundenen Kolben in
den einteiligen hohlen, einseitig gelagerten Druckkörper eingebracht werden müssen.
Die Einführung wird u. a. dadurch ermöglicht, daß die die Kolben verbindenden Ringe
zwei-oder mehrteilig ausgeführt sind und daß der Druckkörper bis nach außen durchgeführte
verschließbare Zylinderbohrungen besitzt, durch welche die Kolben von außen eingeführt
werden, um mit einem Querhaupt verbunden zu werden.
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Kolben und Exzenter führen stets eine Relativdrehung gegeneinander
aus, so daß also, wie die Konstruktion auch gewählt wird, zwischen ihnen Reibung
entsteht, die eine tangentiale Kraft auf die Kolben wirken läßt. Um diese Kraft
möglichst gering zu halten, wird der Druck zwischen Kolben und Exzenter durch Gleitschuhe
übertragen, die um eine zur Drehachse des Exzenters parallele Achse schwenkbar sind.
Die Gleitschuhe sind zweckmäßig nach Art der Gleitkörper eines Mitchellagers ausgeführt,
d. 1i. die bei der Drehung voranlaufende Seite ist etwas länger als die andere,
so daß sie sich unter der Wirkung des ölfilms ein wenig von der Gleitfläche abhebt
und dadurch eine bessere Anlage und Schmierung ermöglicht.
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Die Zeichnung bringt ein Ausführungsbeispiel einer Pumpe nach der
Erfindung, und zwar zeigt Fig. i einen Schnitt durch die Pumpe gemäß Fig. 2 entsprechend
der Linie I-K-I_-,II-N-O-P-Q-R-S, während Fig. 2 verschiedene Schnitte gemäß Fig.
i veranschaulicht, und zwar zeigt der obere Teil einen Schnitt gemäß A-B der Fig.
i, der linke Teil einen Schnitt gemäß C-D der Fig. i und das übrige einen Schnitt
gemäß E-F der Fig. 1.
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Fig.3 schließlich erläutert die Steuerung und zeigt einen Schnitt
nach T-(.' der Fig. i.
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Der Druckkörper i der Pumpe ist einseitig hei 2 auf einer Welle 3
gelagert und als Hohlzylinder ausgebildet, in welchem ein auf der Welle 3 verstellbarer
Doppelexzenter 4, 5 sowie die Vorrichtungen zur Übertragung der Kräfte zwischen
Kolben und Exzenter angeordnet sind. Ein Kolben 6 gleitet in dem Zylinder 7. Dieser
ist wie die übrigen Zylinder bis nach außen durchgeführt und dort durch eine Verschlußschraube
8 abgeschlossen. Der Kolben 6 besitzt ein Querhaupt 9, das mit einem gleichen Querhaupt
9 des gegenüberliegenden Kolbens io durc'h zwei Ringe i i derart starr verbunden
ist, daß die Kolben 6 und io stets parallel zueinander gehalten werden. In dem Querhaupt
9 befindet sich eine Wiege i4, die mit einer zylindrischen Fläche 15 auf dem Querhaupt
9 beweglich ist. Ihre Berührungsgerade mit dem Querhaupt 9 steht senkrecht zur Achse
des Kolbens, z. B. io. Seitlich der Wiege 1.4 ist ein Rollwagen 16 angeordnet, der
in einer Ausnehmung 17 im Querhaupt 9 senkrecht zu Führungsbahnen 18 geführt ist,
die auf Ringen i9 und 2o angeordnet sind. welche beiderseits der Kolben 6 und io
starr mit dem Druckkörper i verbunden sind. Senkrecht zu dem Kolbenpaar 6, io ist
ein weiteres Kolbenpaar mit Querhäupten 31 angeordnet, die durch Ringe 32 in gleicher
Weise wie die Querhäupter 9 miteinander verbunden sind und ebenfalls je eine Wiege
14 mit Rollwagen 16 tragen. Der Rollwagen 16 hat, wie Schnitt P-Q (Fig. i) zeigt,
etwas Spiel, so daß er den tangentialen Druck unbehindert von der Wiege i4 auf die
Rollbahn 09 übertragen kann. An seinem Zapfen 21 sind zur Reihungsverminderung Rollen
22 angeordnet, und an der Wiege 14 liegt er nur an den beiden Enden mit Anlageflächen
23 an. Die Wiege 14 besitzt eine Halbzylindrische Ausnehmung 24, in der entsprechend
ausgebildete Gleitschuhe 25 schwenkbar gelagert sind. Das
Ende 27
der Gleitschuhe, welches bei der Drehung voraneilt, ist etwas länger ausgeführt
als das Ende 28, so daß das Eintreten des -Öles unter den Gleitschuh erleichtert
wird. Die Kolben, z. B. 6 und io, sind im Querhaupt 9 von außen eingeschraubt und
besitzen zu diesem Zweck einen mit Gewinde versehenen Schraubenzapfen 29, der in
das Querhaupt eingedreht wird, und am anderen Ende einen Schlitz 30, in den ein
Schraubenzieher eingreifen kann. Die Querhäupter 31 des zweiten Kolbenpaares sind
durch zwei andere Ringe 32 starr miteinander verbunden, die ebenfalls symmetrisch
zu derjenigen Ebene, die durch sämtliche Kolbenachsen gelegt ist, angeordnet sind.
Der Abstand der Ringe 32 von dieser Sternmittelebene ist größer als der Abstand
der Ringe i i des Kolbenpaares 6, io von der gleichen Ebene. Die beiden Ringe 32
sind, ebenso wie die Ringe i i, bei 12 und an der gegenüberliegenden Seite geteilt
und durch Überlappungen mit Bolzen 13 untereinander verbunden. Diese Zweiteilung
ermöglicht es, sie in den hohlen Druckkörper i einzuführen. Zur Steuerung der Kolben
sind im Druckkörper i Bohrungen 33 angeordnet, die in bekannter Weise mit zwei Halbringkanälen
34 und 35 in der Welle 3 zusammen arbeiten. Zu- und Abfluß erfolgen durch radiale
Bohrungen 36 und axiale Bohrungen 37.
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Im Betrieb steht die Achse 3, welche den verstellbaren Doppelexzenter
4, 5 trägt, still, während der Druckkörper i umläuft. Durch den Druck, den die Druckflüssigkeit
auf die Kolben ausübt, entsteht eine Tangentialkomponente, die von der Wiege 14
über den Rollwagen 16 auf die Führungsbahn 18 abgeleitet wird, deren Träger, nämlich
die Ringe, i9, 2o, mit dem Druckkörper fest verbunden sind.
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Die Montage sämtlicher Teile erfolgt von links (vgl. Fig. i), und
zwar werden zunächst der Ring i9 und darauf die Ringe 32 und i i, an denen die Querhäupter
festsitzen, eingebaut. Letztere werden zweiteilig eingeführt und beide Teile nach
Verbringung an ihren Platz durch Bolzen 13 verbunden. Anschließend werden die Kolben,
z. B. 6 und 10, von außen in die Querhäupter 9 eingeschraubt. Die Zylinder
werden dann durch Eindrehen der Schrauben 8 verschlossen. Darauf werden die Rollwagen
16 nebst den Gleitschuhen 25 und die Exzenter 4, 5 eingeführt, worauf der Zusammenbau
durch Einfügen des Ringes 20 vollendet wird.