-
Kolbenpumpe Die Erfindung bezieht sich auf Kolbenpumpen, und zwar
insbesondere auf solche, deren Kolben zugleich eine Drehbewegung und eine geradlinige
Bewegung ausführt, die sich zu einer schraubenlinienförmigen Bewegung zusammensetzen,
wobei der Kolben durch seine Drehbewegung die Verteilung und durch seine Längsbewegung
das Ansaugen und Ausstoßen der zu fördernden Flüssigkeit oder eines anderen Fluidums
steuert.
-
Die Erfindung hat eine verbesserte Pumpe dieser Art zum Gegenstand,
die sich durch eine besonders einfache und widerstandsfähige Bauart und einen geringen
Selbstkostenpreis auszeichnet. Die neue Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, daß ihr
Kolben mit einer Antriebswelle, deren Achse einen gewissen Winkel mit der Längsachse
des Kolbens und des Pumpenzylinders bildet, durch ein Universalgelenk gekuppelt
ist, das- ein Kreuzgelenk enthält, dessen Mittelpunkt exzentrisch zu der eingangs
erwähnten Antriebswelle liegt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der eine Zapfen des Kreuzgelenks
in einem an dem einen Ende der Antriebswelle angebrachten Lagerteil drehbar gelagert,
während an dem zweiten Kreuzgelenkzapfen zwei eine Gabel bildende Laschen angelenkt
sind, deren andere Enden mittels
einer zu dem zweiten Kreuzgelenkzapfen
parallelen Achse mit der Kolbenstange gelenkig verbunden sind.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung dargelegt. In der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungform
der Erfindung darstellt, zeigt Abb. i eine teilweise aufgebrochene Ansicht einer
Pumpe gemäß der Erfindung, Abb. 2 einen waagerechten Schnitt nach Linie 2-2 der
Abb. i, Abb. 3 eine Stirnansicht der Pumpe, - gemäß Abb. 2 von links, Abb.4 eine
Draufsicht auf den in Abb.3 gezeigten Teil der Pumpe, Abb. 5 einen- Teilschnitt
in vergrößertem Maßstab nach Linie 5-5 der Abb. 2, Abb.6 eine Ansicht der Antriebswelle
und des mit ihr gekuppelten Kolbens. mit Pumpenzylinder im Schnitt, Abb. 7, 8, 9
und io weitere Darstellungen des Kolbenantriebs bei aufeinanderfolgenden Arbeitsstellungen.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe in ein dichtes
Gehäuse eingebaut, das die Gestalt eines starren: rechteckigen Behälters iiat, der
aus einer Grundplatte oder Boden i, Seitenwänden 2, 3, 4 und einem abnehmbaren Deckel
5 besteht, der mittels Schrauben 6 an, einer Randleiste 7 der Seitenwände befestigt
ist.
-
Im Innern dieses Gehäuses ist die eigentliche Pumpvorrichtung angeordnet.
-
Diese hat einen Träger, der- um eine zum Boden i senkrechte Achse
A-A verschwenkbar gelagert ist und' im wesentlichen durch ein Traggerüst 8 gebildet
wird, dessen beide Arme 9 und io einerseits an dem Boden 1 und andererseits an dem
Deckel 5 um eine Achse A-A verschwenkbar gelagert sind.
-
Der Arm 9 des Traggerüstes ist um einen am Boden z befestigten Drehbolzen
i i verschwenkbar gelagert, während der Arm io bei 12 auf einem Drehzapfen 13 befestigt
ist, der sich in einer ortsfesten Lagerbüchse 14 drehen kann. Die Lagerbüchse 14
ist in dem Deckel 5 und einem Eisenträger 15 befestigt, der mittels eines Ständers
i6 auf dem Boden i abgestützt ist.
-
Es ist ,möglich, das Traggerüst 8 an seinen Armen 9 und. io mittels
einer außenliegenden Verstellvorrichtung (die in den Abb. i und 4 besonders dargestellt
ist) um die Achse A-A @u verschwenken und zwischen zwei (z. B. einen Winkel von
300 miteinander einschließenden) Grenzstellungen beliebig einzustellen. Auf dem
oberen Ende des Drehzapfens 13 ist ein Gabelhebel 17 befestigt, der eine Mutter
i8 trägt, die um zwei in dem Gabelhebel gelagerte Drehzapfen i9 -gedreht werden
kann. Diese Mutter 18 ümfaßt das Gewinde einer Verstellspindel2o (Abb.4). Diese
Spindel ist einerseits in einem an dem Deckel 5 befestigten Lagerschild 21, andererseits
in einem Lager-2.2 drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert. Die Verstellspindel
2o trägt an ihrem einen Ende einen Handgriff oder ein Handrad 23, das man in der
einen oder anderen Richtung drehen kann, damit der Gabelhebel 17 um die Achse A-A
verschwenkt wird und dabei den Drehzapfen 13 sowie mit Hilfe des Armes io auch das
Traggerüst 8 der Pumpe verschwenkt. Durch die Drehung des Handrades 23 kann man
also für das Traggerüst 8 innerhalb bestimmter Grenzen jede -beliebige Winkelstellung
mit der Achse A-A als Drehachse einstellen.
-
.In dem Traggerüst 8 ist ein Pumpenkörper 24 befestigt, der mit einer
zylindrischen Bohrung 25 versehen ist. Die Längsachse B-B der Bohrung 25 schneidet
die Achse.A-A in einem Punkt Al. Ungefähr in der Längsmitte des Zylinders münden
in diesen zwei Querkanäle, nämlich der Einlaßkana126 und der Auslaßkanal27. In den
Einlaßkanal 26 ist ein Saugstutzen 28 eingeschraubt, der einfach in den von der
Bodenplatte i und den Seitenwänden 2, 3, 4 gebildeten Pumpenbehälter taucht. Dieser
Behälter, der z. B. Öl enthalten soll, hat eine Einfüllöffnung 29, die in dem Deckel
5 vorgesehen ist (Abb.4). Die Einfüllöf£nung ist mit einem Verschlußstopfen 3o versehen.
-
Der Auslaßkanal 27 ist durch einen Längskanal 31 und eine Querbohrung
32 mit einem Hohlraum 33 verbunden, der in dem vorderen Ende des Pumpenkörpers 24
angeordnet ist (Abb. 2). Diese Druckkammer 33 steht mit dem Inneren eines Anschlußstutzens
34 in Verbindung, an dem ein Druckrohr 35 für die ausgestoßene Flüssigkeit angeschlossen
ist. Die Verbindung zwischen der Druckkammer 33 und dem Anschlußstutzen 34 wird
durch ein Rückschlagventil 36 beherrscht, welches durch eine Feder 37 auf seinen
Sitz gedrückt wird.
-
Das- Druckrohr 35 ist parallel zu sich selbst haarnadelförmig zurückgebogen,
wie dies in Abb. i dargestellt ist, und mündet in einen Anschlußnippel 38, der gleichachsig
zu der Vertikalachse A-A am Ende des Drehzapfens 13 angebracht ist. Infolge dieses
auf der Achse A-A (also auf der Drehachse des Traggerüstes- 8) liegenden Anschlusses
des Druckrohres 35 bleibt eine Verschwenkung des Pumpenkörpers um die Achse A-A
ohne Einfluß auf das Druckrohr 35 und dessen Halterung. Der Anschlußnippel 38 steht
mit einem ortsfesten Förderrohr 39 in Verbindung, und zwar durch eine Axialbohrung
4o und Radialkanäle 41, die in dem Drehzapfen 13 vorgesehen sind und in eine Ringnut
an der Innenseite der Lagerbuchse 14 münden (Abb. i). Die Ringnut 42 steht durch
eine Radialbohrung 43 und einen Anschlußnippel 44 mit dem Förderrohr 39 in Verbindung,
durch welches das Öl oder eine andere Förderflüssigkeit zu der oder zu den Verbrauchsstellen
gedrückt wird, wie z. B. zu einer hydraulischen Winde.
-
Die Druckkammer 33, die mit dem Ausiaßkanal 31 des Pumpenkörpers in
Verbindung steht, kann durch einen Entleerungskanal 45 mit dem Inneren des Pumpenbehälters
1, 2, 3, 4 verbunden werden. Der Entleerungskanal -45 wird durch ein Kegelventil
46 beherrscht, das sich für gewöhnlich auf dem Rücks@chlagventil 36 abstützt und
dessen Spitze in das Innere der Zylinderbohrung 25 hineinragt.
In
diesem Zylinder 25 kann sich ein Kolben 47 hin und her bewegen, der durch einen
zylindrischen Körper von einer gewissen Länge gebildet wird. Der Kolben 47 teilt
die Zylinderbohrung 25 in zwei Räume 48 und 49, von denen der eine zwischen dem
Kolbenboden und dem Boden der Zylinderbohrung 25, der andere zwischen der hinteren
Kolbenfläche und der Innenfläche einer Stopfbüchse 5o gebildet wird, durch welche
die Kolbenstange 51 abdichtend hindurchgeführt ist.
-
Der Kolben 47 ist in seinem mittleren Teil mit zwei Einschnürungen
oder Ausnehmungen 52 und 53 versehen, die einander diametral gegenüberliegen (Abb.
5) und durch Längsbohrungen 54 und 55 mit je einem der Zylinderräume 48 bzw. 49
in Verbindung stehen (Abb. 2).
-
Dem Kolben47 wird eine schraubenlinienförmige Bewegung erteilt, indem
er einesteils in seiner Längsrichtung verschoben und andererseits gleichzeitig um
seine Achse verdreht wird, wobei diese Drehbewegung auf eine Umdrehung für einen
Hinundhergang des Kolbens beschränkt ist. Durch die Längsbewegung wird die in dein
Behälter 1, 2, 3, 4 enthaltene Flüssigkeit in den einen oder anderen der beiden
Zylinderräume 48 oder 49 angesaugt und zugleich die in dem anderen Zylinderraum
49 oder 48 enthaltene Flüssigkeit ausgestoßen. Die Drehbewegung des Kolbens dagegen
steuert die Eimaß- und Auslaßkanäle 26, 27, wie dies nachstehend noch beschrieben
werden soll.
-
Mit Rücksicht auf die Schraubenbewegung des Kolbens ist die Kolbenstange
5 1 mittels eines Gelenkbolzens 56 an dem einen Ende von zwei Kopplungslenkern 57
angelenkt, welche durch Distanzstücke 58' zu einem Stück miteinander verbunden sind
(Abb. 2). Die anderen Enden der beiden Lenker 57 sind an dem Zapfen 59 eines Kreuzgelenkes
angelenkt. Der zweite Zapfen 6o dieses Kreuzgelenks ist in einem Lagerbügel 61 drehbar
gelagert, der an dem inneren Ende einer Antriebswelle 62 befestigt ist oder mit
der genannten Welle aus einem Stück besteht.
-
Die Achse C-C der Antriebswelle 62 schneidet die Achse B-B des Kolbens
47 in dem Punkt Al, in welchem die Kolbenachse B-B auch die Vertikalachse A-A schneidet
(Abb. i und 2). Die Achse A-A steht senkrecht zu der Ebene, welche durch die beiden
Achsen B-B und C-C bestimmt ist. Die beiden Achsen B-B und C-C bilden miteinander
einen Winkel x (Abb. 2, 6 und 8), der verändert werden kann. Die Größe des Winkels
x hängt von der Winkelstellung ab, die man dem Traggerüst 8, 9, io durch Verschwenken
um die .C chse A-A mit Hilfe des Handrades 23 gegeben hat.
-
Es ist zu bemerken, daß das Kreuzgelenk 59, 6o, das eine Art Universalgelenk
zwischen der Antriebswelle 62 und den Kopplungslaschen 57 bildet, insofern kein
gewöhnliches Kreuzgelenk ist, als der Schnittpunkt seiner beiden Kreuzzapfen 59,
6o nicht in dem Punkt Al liegt. Die Mittelachse des Kreuzzapfens 59, die in einer
zur Achse C-C senkrechten Ebene D-D liegt, ist vielmehr in einem Abstand
e von der Achse C-C angeordnet (Abb. 2 und 6). Daraus ergibt sich, daß, wenn
die Antriebsachse 62 um ihre Mittelachse C-C eine Drehung von 36o° ausführt,
der Mittelpunkt des Kreuzgelenks 59, 6o in der Ebene D-D einen Kurbelkreis um die
Achse C-C beschreibt. Diese Drehbewegung wird in eine Schubbewegung des Kolbens
47 in seinem Zylinder 25 umgewandelt, wobei die Länge des Kolbenhubs von der Größe
des Winkels x abhängig ist. So ist .einerseits der Kolbenhub gleich Null, wenn der
Winkel x gleich Null ist, und andererseits wächst die Länge des Kolbenhubs mit der
Größe des Winkels x.
-
Die aufeinanderfolgenden Stellungen des Kolbens 47 zu seinem Zylinder
25 während einer Umdrehung der Antriebswelle 62 sind in den Abb. 6 bis io gezeigt.
In Abb. io ist eine der Abb. 8 entsprechende Stellung der Antriebswelle 62 dargestellt,
wobei jedoch der Winkel x zwischen der Achse C-C und der Kolbenachse B-B einen etwas
größeren Wert y angenommen hat. Ein Vergleich der beiden Abb. 8 und io läßt die
Auswirkungen dieser Winkeländerung deutlich erkennen.
-
Man sieht z. B., daß in Abb. 8 der Kolben 47, der in seinem vorderen
Totpunkt steht, von dem Boden des Zylinders 25 eben noch. so weit entfernt ist,
wie die Spitze des Kegelventils 46 in den Zylinder hineinragt. Das Kegelventil bleibt
also geschlossen. In der Abb. io dagegen liegt die gleiche Totpunktstellung des
Kolbens 47 wesentlich weiter vorn. Der Kolben berührt jetzt den Boden des Zylinders
25 und hat - infolgedessen das Kegelventil 46 aufgestoßen.
-
Die beschriebene Vorrichtung wird durch eine zum Antrieb der Welle
62 dienende Antriebsvorrichtung vervollständigt.
-
Für den motorischen Antrieb ist auf der Welle 62 ein Kegelzahnrad
63 befestigt, das mit einem Kegelrad 64 im Eingriff steht, das auf dem inneren Ende
einer in der Seitenwand 4 des Pumpenbehälters drehbar gelagerten Welle 65 befestigt
ist (Abb. 2). Auf dem äußeren Ende der Welle 65 ist eine Riemenscheibe 66 angebracht
(Abb. 3), welche durch einen Riemen od. dgl. mit einem Elektromotor 67 gekuppelt
werden kann. Der in Abb. i mit strichpunktierten Linien schematisch dargestellte
Motor 67 ist auf Schienen 68 befestigt, die von dem Lagerschild 21 (Abb. 4) getragen
werden.
-
Die Wirkungsweise der Antriebsvorrichtung ist die folgende: Der Motor
67 treibt mittels der Welle 65 die Kegelräder 64 und 63 sowie die Welle 62 an und
erteilt ihnen eine gleichbleibende Drehbewegung, deren Drehsinn grundsätzlich beliebig
ist und z. B". dem in Abb. 6 eingezeichneten Pfeil f1 entsprechen mag. Die Ausgangsstellung
für die folgenden Betrachtungen soll die in Abb.6 dargestellte Stellung der Antriebswelle
62 und des Kolbens 47 sein.
-
Man sieht, daß in dieser Ausgangsstellung der Kolben 47 sich in seinem
hinteren Totpunkt befindet und eine solche Drehstellung einnimmt, daß seine beiden
Ausnehmungen 52 und 53 nicht den Ouerkanälen 26 und 27 gegenüberstehen. Die Kammer
49 hat nur eine geringe Ausdehnung, während
die Kammer 48 ihre größte
Ausdehnung hat und mit angesaugter Flüssigkeit gefüllt ist.
-
Wenn die Antriebswelle 62 eine erste Vierteldrehung macht und in die
Stellung der Abb. 7 gelangt, dreht sich der Kolben 47 ebenfalls um 9o° und wird
gleichzeitig in der Längsrichtung verschoben. Durch die Drehung stellt sich die
Ausnehmung 52 dem Auslaßkanal 27 gegenüber und setzt dadurch diesen Kanal mit dem
Zylinderraum 48 in Verbindung, der fortschreitend verkleinert wird, so daß die Flüssigkeit
durch die Längsbohrung 54 des Kolbens, die Ausnehmung 52, die Querbohrung 27 und
den Längskanal 31 zu dem Auslaßstutzen 34 und in das Druckrohr 35 gedrückt
wird. Der andere Zylinderraum 49 dagegen wird gleichzeitig vergrößert und steht
durch die Längsbohrung 55 des Kolbens und durch die Ausnehmung 53 mit dem Einlaßkanal
26 in Verbindung.
-
Der Raum 49 füllt sich also, während der Raum 48 unter Druck entleert
wird. Dieser Vorgang hält an bis zur Erreichung des vorderen Totpunktes in Abb.
8, in welcher alle Teile in der Stellung dargestellt sind, die sie nach einer halben.
Umdrehung der Antriebswelle 62 um i8o° einnehmen.
-
Nach dem Überschreiten dieser Stellung, also während der nun folgenden
,weiteren Vierteldrehung der_Antriebswelle 62, wird der Kolben 47 nach rückwärts
gegen die Stopfbuchse So verschoben und stellt dadurch Verbindungen der Flüssigkeitswege
her, welche den bisherigen entgegengesetzt sind. In der Stellung der @Abb. 9 ist
z: B. der vordere Zylinderraum 48 mit dem Einlaßkanal 26 verbunden, während der
hintere Zylinderraum 49 jetzt mit dem Auslaßstützen 34 in Verbindung steht.
-
Nach einer vollständigen Umdrehung der Welle 42 sind die Teile der
Pumpe wieder in die Stellung der Abb. 6 zurückgekehrt. Die Länge des Kolbenhubs
und damit die Förderleistung der Pumpe hängen von der Größe des Winkels x zwischen
den Achsen D-D und C-C ab (Abb. 6 und 8). Wenn dieser Winkel den Wert y (Abb. i
o) erreicht, dann berührt der Kolben 47 den Boden des Zylinders 25 in seinem vorderen
Totpunkt. Er stößt daher das Kegelventil 46 auf, welches seinerseits gegen das Auslaßventi136
stößt und es öffnet. Auf diese Weise entsteht eine offene Verbindung zwischen dem
Druckrohr 35, das an dem Auslaßstutzen 34 angeschlossen ist, und dem Entleerungskanal
45, so daß das geförderte Öl od. dgl. von der Verbrauchsstelle in den Pumpenbehälter
i, 2, 3, 4 zurückfließen kann.
-
Wenn dagegen der Winkel x um so viel kleiner als der Grenzwert
y ist, daß das vordere Ende" des Kolbens 47 die Spitze des Kegelventils 46 nicht
mehr erreichen kann (Abb.8), dann wird die geförderte -Flüssigkeit in das Druckrohr
35 ausgestoßen, wobei der Druck in der Druckkammer 33 einerseits das Kegelventil
46 auf seinen Sitz drückt und andererseits das Rückschlagventi136 öffnet, wie dies
z. B. in Abb. 9 dargestellt ist.
-
Die Erfindung ist natürlich nicht allein auf die dargestellte und
beschriebene Ausführungsform beschränkt, welche nur die Bedeutung eines Ausführungsbeispiels
hat.