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Radialkolbenmaschine, insbesondere Kolbenpumpe Die Erfindung bezieht
sich auf eine Radialkolbenmaschine, insbesondere auf eine Kolbenpumpe, mit in einem
umlaufenden Zylinderträger geführtem Kolben, die durch eine ortsfeste, kurvenförmige
oder exzentrisch angeordnete Laufbahn derart gesteuert werden, daß sie beim Umlauf
des Zylinderträgers. in eine hin und her gehende Bewegung versetzt werden. Die bekannten
Radialkolbenm-aschinen dieser Art weisen erhebliche Nachteile auf. Unmittelbar auf
der exzentrischen Laufbahn schleifende Kolben verursachen erfahrungsgemäß eine so
starke Reibung und Erwärmung, daß sie in kürzester Zeit verbrennen. Bei der Steuerung
der Radiallcolben mittels Kurbel und Pleuelstange dagegen wird der Aufbau der Maschine
infolge der zahlreichen Gelenke sehr kompliziert und gibt rasch zu Betriebsstörungen
Anlaß, zumal derartige Kolbenmaschinen mit hoher Umdrehungszahl zu laufen pflegen.
Ein weiterer Nachteil der bisher zur Anwendung kommenden zylindrischen Kolben besteht
darin, da3 dieselben in ihren Zylinderführungen notgedrungen. wenigstens einige
hundertstel Millimeter Spiel haben müssen, um eine praktisch ausreichende Schmierung
zu erreichen und ein Klemmen der Kolben zu vermeiden. Je kleiner die Abmessungen
der Zylinder und je höher die Drücke werden, desto unangenehmer machen sich die
durch dieses Spiel zwischen Kolben und Zylinder verursachten Undichtigkeiten bemerkbar.
Besonders
tritt der Nachteil zylindrischer Kolben bei Radialkolbenmascliinen in Erscheinung,
bei denen zur Vermeidung der gleitenden Reibung der Kolben in der exzentrischen
Laufbahn jeder Kolben gewissermaßen. ein Fahrgestell erhält, das in der exzentrischen
Laufbahn abrollt. Selbst bei kleinen Kolbendurchmessern ergeben; sich außerordentlich
große Abmessungen der Umlaufkolben maschine, so daß das Leistungsgewicht mehrmals
so groß wie bei den.Kugelkolbenmaschinen wird.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile der bekannten Radialkolbenmaschinen,
zu beseitigen und darüber hinaus eine besonders einfache und leistungsfähige Maschine
zti schaffen.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die in dem Zylinderträger
geführten Kolben als Rollkörper ausgebildet sind, welche auf der kurvenförmigen
oder exzentrischen Kolbenlaufbahn. abrollen. Vorzugsweise werden als Rollkörper
Kugeln verwendet, die in zylindrischen, Bohrungen des Zylinderträgers geführt sind.
An Stelle der Kugeln können aber auch Scheiben- oder walzenförmige Rollen verwendet
werden, die dabei in rechteckigen Aussparungen des Zylinderträgers hin und her gehen.
Die Kugeln oder Rollen sind vorzugsweise frei-in ihren Zylindern beweglich und werden:
ohne zusätzliche Anordnung von Federn: od. dgl. lediglich unter der Wirkung der
Zentrifugalkraft gegen die den Zylinderträger umgebende exzentrische Laufbahn gedrückt.
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Durch die Anordnung von Kugeln oder Rollen an Stelle der bisher üblichen
zylindrischen Kolben wird eine besonders einfache Bauweise der Radialkolbenmaschine
erzielt. Insbesondere hat die Verwendung von Kugeln den Vorteil, daß handelsübliche
Kugellagerkugeln benutzt werden können, die ohne weiteres zur Verfügung stehen und
keiner Sonderanfertigung bedürfen. Vor allem aber wird durch die als Kolben dienenden
Rollkörper gemäß der Erfindung erreicht, daß die Kugeln oder Rollen, bei der Rotation
des Zylinderträgers auf der exzentrisch angeordnetenKolbenlaufbahn an Stelle einer
gleitenden eine rollende Bewegung ausführen, wodurch die Reibung auf ein Mindestmaß.
herabgesetzt und eine unzulässige Erwärmung mit Sicherheit vermieden wird. Auch
wird dadurch die Beanspruchung aller Triebwerksteile sehr gering, weil die Kugeln
oder Rollen unmittelbar auf das ortsfeste Gehäusedrücken und von den Zylinderwandungen,
lediglich die verschwindend kleine, zur Mitnahme der Kugeln oder Rollen auf der
exzentrischen Kolbenlaufbahn erforderliche Kraft aufgenommen zu werden braucht.
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. Außerdem wird durch die Verwendung der Rollkörper im Gegensatz zu
zylindrischen Kolben eine außerordentlich gute Schmierung und Kühlung der gegeneinander
beweglichen Teile erzielt, da auch infolge der Kugel- oder Rollenform der Schmierfilm
ständig erneuert und in den Rollkörperführungen des Zylinderkörpers ununterbrochen
ein Schmierdruckteil erzeugt wird, der den Verschleiß auf ein besonders geringes
Maß herabsetzt. Diese Schmierung wird durch Anwendung hoher Förderdrücke von beispielsweise
ioo Atmosphären sehr begünstigt. Da dieKttgeln bzw. Rollenmäntel lediglich inLinienberührung
mit den sie führenden Aussparungen des Zylinderkörpers stehen, ist eine Einpassung
dieser Rollkörper mit wenigen tausendstel Millimeter Spiel in die Führungsaussparungen
möglich, ohne daß die hervorragende Schmierung und Kühlung beeinträchtigt wird.
Durch diese feine Einpassungsmöglichkeit läßt sich eine mindestens ebenso gute Kolbendichtung
wie bei zylindrischen Kolben erzielen. Bei Anwendung von scheibenr oder walzenförmigen
Rollen besteht ohnehin an den Planseiten der Rollen eine Flächendichtung. Gemäß
einer besonders, vorteilhaften Ausführungsform dieser Rollen können dieselben mit.
axialen Bohrungen versehen sein. Die dadurch gebildeten ringförmigen Rollkörper
werden bei steigendem Druck .derart deformiert, daß sich ein ovaler Querschnitt
ergibt, wodurch sich die Mantelflächen dieser ringförmigen Rollen mit steigendem
Druck immer dichter an. die Zylinderwandungen anlegen und dadurch eine verbesserte
Dichtung ergeben. Die axiale Bohrung in dem ringförmigen Rollkörper wirkt außerdem
wie eine Ö1-kammer, so daß auch die Planflächen dieser kollkörper sehr gut geschmiert
werden.
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Die rollenförmigen Kolben laufen mit einer verhältnismäßig breiten,
linienförmigen Berührung auf der Rollfläche der exzentrischen Kolbenlaufbahn. Bei
kugelförmigen Rollkörpern ist dagegen nur eine punktförmige Berührung mit dieser
Laufbahn vorhanden. Zur Verringerung der starken Abnutzung der Kolbenlaufbahn ist
es vorteilhaft, die Kugeln in verschiedenen, axial gegeneinander versetzten Querschnittsebenen
des Zylinderträgers anzuordnen. Zweckmäßig werden jeweils zwei gegenüberliegende
Kugeln irr einer besonderen Querschnifitsebene geführt. Es ergibt sich durch diese
Ausführung bereits bei einer axialen gegenseitigen Verschiebung der Kugelpaare um
etwa i bis. z mm für jedes: Kugelpaar eine eigene Rollbahn, beispielsweise bei einer
Sechszylindermaschine drei Rollbahnen, wodurch die Lebensdauer der Laufbahn auf
das Dreifache erhöht wird. Um eine gleichmäßige Abnutzung der Kugeln und damit eine
wesentlich erhöhte Lebensdauer der Kugeln selbst und .der Kolbenbohrungen zu erzielen,
ist es zweckmäßig, die Innenfläche der Rollbahn nicht zylindrisch, sondern leicht
konisch auszubilden, um zu verhindern, daß die Kugeln selbst sich immer um die gleiche
eigene Achse drehen.
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Die Kugeln oder Rollen werden beim Abrollen auf der exzentrisch angeordneten
Kolbenlaufbahn in. eine hin und her gehende Hubbewegung von der doppelten Größe
der Exzentrizität der steuernden Kolbenlaufbahn versetzt. Der Hub wird praktisch
stets etwas kleiner als der halbe Kugel- oder Rollendurchmesser gewählt., .damit
die Kugeln oder Rollen in ihren äußeren Endstellungen, noch von den SeitenwanJungen
der zylindrischen bzw. reckteckigen Aussparungen des @ Zylinderträgers gefaßt bleiben.
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Bei der Verwendung der Kolbenmaschine als Pumpe kann die Fördermenge
mittels eines zentral angeordneten, von außen verstellbaren Steuerzapfens geregelt
werden, indem der Steuerzapfen auf der Saugseite der Maschine, ' auf der sich die
Rollkörper
nach außen bewegen, die radialen Durchflußkan.äle der Saugseite freigibt und mit
der Saugleitung verbindet, während er auf der Druckseite der Maschine, auf der sich
die Rollkörper nach innen bewegen, die radialen; Durchflußkanäle mit einem in der
Mitte des Steuerzapfens liegenden Druckstutzen in Verbindung bringt.
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. Durch die besonders günstige Unterbringungsmöglichkeit der Rollkörper
in dem umlaufenden Zylinderträger wird bei sehr kleinen Abmessungen einer Pumpe
gemäß der Erfindung eine im Verhältnis zu bekannten Kolbenmaschinen außergewöhnlich
hohe Fördermenge erzielt. Da praktisch keime gleitenden Teile in der Maschine gemäß:
der Erfindung vorhanden sind, wird auch der bestmögliche Wirkungsgrad erzielt.
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Der Zylinderträger kann auf besonderen Kugellagern laufen, wobei der
Steuerzapfen in dem Gehäusedeckel so festgelegt werden kann, d.aß zwischen dem Steuerzapfen
und dem umlaufenden Zylinderträger keine metallische Berührung und damit auch keine
Reibung entsteht. Es ist aber zwecks Ersparung besonderer Kugellager auch möglich,
den Steuerzapfen gleichzeitig als Lagerung für den umlaufenden Zylinderträger zu
benutzen. Diese Ausbildung hat zugleich den Vorteil, daß durch den Reaktionsdruck
des Zylinderträgers auf den Steuerzapfen eine besonders gute Dichtung an der Druckseite
erzielt wird. Statt der Dichtung am Umfang des Steuerzapfens kann auch eine Plandichtung
an der Stirnseite des Zylinderträgers vorgesehen sein, der sich zu diesem Zweck
ohne weiteres entsprechend gestalten läßt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Abb. i eine Radialkolbenpumpe gemäß, der Erfindung im Längsschnitt.;
Abb.2 veranschaulicht die Maschine im Ouerschnitt gemäß der Linie A-B der Abb. i,
und Abb. 3 schließlich zeigt die Anordnung eines ringförmigen Rollkörpers an Stelle
von. Kugeln für sich herausgezeichnet.
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Bei dem in- der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel der
Erfindung besteht das Geliäuse i der Kolbenmaschine aus einem topfartigen Körper
mit einem ein:schraubbaren Abschlußdeckel 2. In den dem: Deckel 2 gegenüberliegenden
Teil des Gehäuses, i ist dicht an der Abschlußwan.dung 3 ein Kugellager d. eingesetzt,
welches als Lager für eine buchsenartige Verlängerung 6 des umlaufenden Zylinderträgers
8 dient. Der Zylinderträger 8 besitzt radial zur Achse io der Maschine angeordnete
zylindrische Bohrungen i i, in denen die gemäß der Erfindung als Kolben dienenden
Kugeln 12 geführt sind. Die Welle i5 des Zylinderträgers 8 wird mittels eines Zahnrades
14 angetrieben. Bei der Rotation des Zylinderträgers 8 werden: die Kugeln 12 unter
der Wirkung der Zentrifugalkraft in ihren zylindrischen Führungen i i nach außen.
bewegt und legen sich gegen einen exzentrisch im Gehäuse i angeordneten, zweckmäßig
aus gehärtetem Stahl bestehen den Führungsring 17. Die Exzentrizität des Führungsringes
17 gegenüber der Achse io ist in Abb. -2 mit e bezeichnet. Bei einer Drehung des
Zylinderträgers 8 in Richtung des in Abb. 2 eingezeichneten Pfeiles i8 rollen die
Kugeln 12 von der Laufbahn 17 ab und werden, in ihren. Führungen: i i in eine. hin
und her gehende Bewegung versetzt. Im Ausführungsbeispiel bewegen sich die auf der
linken Seite der Abb.2 dargestellten Kugeln nach außen und die auf der rechten Seite
befindlichen Kugeln nach innen, während die oben und unten befindlichen Kugeln die
Totpunktstellungen einnehmen.
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Die Förderung der Flüssigkeit oder des: sonstigen Mediums erfolgt
durch eine Ansaugöffnung 2o des Deckels :2 hindurch. Der Zylinderträger 8 mit seinem
buchsenartigen Fortsatz 6 umgibt einen Steuerzapfen 2i, der mittels entsprechender
Aussparungen die Zylinderführungen i i der Kugeln 12 einerseits m:ii dem Ansaugraum
22 im Deckel der Maschine als auch mit der konzentrisch durch den Steuerzapfen2i
hindurchgeführten Druckleitung 23 verbindet. Im Ausführungsbeispiel ist zu diesem
Zweck im Steuerzapfen 21 eine muldenförmige Aussparung 25 vorgesehen, welche die
ansaugenden, in Abb. 2 auf der linken Seite befindlichen Zylinder mit dem Saugraum
22 verbindet:, während eine weitere, im Querschnitt die Form eines: Kreisabschnittes
aufweisende Aussparung 26 die auf der Druckseite befindlichen Zylinder mit der Druckleitung
23 verbindet. Aus Abb. 2 ist ersichtlich., daß. zwischen den beiden Aussparungen
25 und 26 eine Wandstärke des Steuerzapfens 2i verbleibt, die etwa im Durchmesser
der Mündung 27 der Kolbenführungen i i entspricht, wodurch eine Trennung und Abdichtung
der Ansaugseite der Kolbenmaschine von der Druckseite erzielt wird.
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Der Steuerzapfen:21 ist im Deckel 2 der Kolbenmaschine drehbar gelagert.
und mittels eines hebelartigen, Armes 28 verstellbar. Bei einer Verstellung dieses
Armes in Richtung des in Abb. 2 eingezeichneten Pfeiles 29 wird die Menge der geförderten
Flüssigkeit verringert, weil dann die ansaugenden Zylinder erst beträchtlich nach
der oberen Totpunkt stellung der Kugelkolben mit den Arnsaugkanalen verbunden werden.
Ebenso werden dann die fördernden Zylinder erst wesentlich nach der unteren Totpunktstellung
mit: der Druckleitung in Verbindung gebracht.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung können
die Kugeln 12 gegenüber der .durch den Schnitt A-B bestimmten Ebene paarweise in
verschiedene, parallel dazu verlaufende Ebenen versetzt werden, die beispielsweise
durch gestrichelte Linien C und D angedeutet sind. Durch diesen Versatz laufen diie
Kugeln nicht auf ein und derselben Ebene des exzentrischen Steuerringes 17, sondern
besitzen jeweils paarweise eine Laufbahn für sich, wodurch die Lebensdauer der Laufflächen
wesentlich vergrößert wird. Bei kleinen Förderdrücken kann man auch ohne weiteres
auf den Einbau eines besonders gehärteten Stahlringes verzichten und die Kugeln
12 unmittelbar in dem entsprechendenTeil des Gehäuses i umlaufen lassen. Eine weitere
vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung ist .in Abb. 3 angedeutet.
An Stelle von Kugelnwerdenbei dieserAusführungsform scheiben-oder walzenförmige
Rollen 5 verwendet, die in entsprechend ausgebildeten rechteckigen Aussparengen
7 ,des Zylinderträgers 8 geführt werden. Besonders: vorteilhaft ist hierbei die
Verwendung von ringförmigen Rollen, die mit axialen Bohrungen 9 versehen sind. Die
Vorteile dieser Anordnung sind im einleitenden Teil der Beschreibung bereits näher
erläutert worden.
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Die Kühl- und Schmierverhältnisse der Kolbenmaschine gemäße der Erfindung
sind besonders günstig, weil das Fördergut, beispielsweise Öl, infolge der Verwendung
des Deckelraumes: 22 als-Saugraum sowohl zu den Kugelre i2- als auch durch etwaige
StoBfugen 31 oder sonstige verbleibende Zwischenräume zu dem Kugellager 4_ gelangen
kann. Ebenso befindet sich das Fördergut infolge des Spiels und mittels des Kanals
32 zwischen dem Steuerzapfen 21 und dem Zylinderträger 8 bzw. dessen buchsenartigem
Fortsatz 6. Das zwischen diesen beiden Teilen austretende:Fördergut geht jedoch
nicht verloren, sondern gelangt stets, gegebenenfalls durch zusätzlich vorgesehene
Umlaufkanäle 33, wieder in den: Ansaugraum zurück. Mittels einer die Welle 15 umgebenden
Dichtungsmanschette 34, die durch einen Spreizring 35 angedrückt wird, wird der
Innenraum der Maschine an der Antriebsseite so abgedichtet, daß praktisch von außen
her keine Luft in die Pumpe eindringen kann. Die Bohrung 37 im Zylinderträger 8
dient zur Materialersparnis und verringert gleichzeitig das Gewicht der umlaufenden
Teile. Es sei noch bemerkt, daß in Umkehrung der drehbaren und ortsfesten, Teile
natürlich auch der Zylinderträger feststehen und das Gehäuse mit der exzentrischen
Kolbenlaufbahn umlaufen kann.