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Kolbenabstützung bei Radialkolbenpumpen Die Ausbildung von Radialkolbenpumpen,
insbesondere von stufenlos regelbaren Radialkolbenpumpen, stößt bei großen Abmessungen
auf Schwierigkeiten in der Beherrschung der durch die Kolben auf die Exzenterbahnen
ausgeübten Kräfte. Bei Pumpen wurden deshalb Schuhe angewendet, um die Kolbenkräfte
auf die meist kreisförmige und umlaufende Polkurve zu übertragen. Diese Ausführung
hat den Nachteil, daß die als Pumpe gut arbeitende Konstruktion sich als ölmotor
nicht mehr wirtschaftlich verwenden läßt.
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Es scheidet für große Abmessungen auch die bei kleinen Bauarten gebräuchliche
Ausführung aus, den Kolben direkt oder unter Zwischenschaltung eines Pilzes auf
die Exzenterkurve einwirken zu lassen. Bei Radialkolbenpumpen an Stelle von Schuhen
Rollen zu verwenden, hat den Vorteil, daß sich diese Pumpen auch als Ölmotoren benutzen
lassen. Es ist jedoch nicht immer einfach, die Rollen so auszubilden, daß sie den
gestellten Anforderungen an Lebensdauer und Betriebssicherheit entsprechen.
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Es ist auch bekannt, bei Radialkolbenpumpen für geringe Drücke Kugellager
an Stelle von Rollen zu benutzen. Die von Kugellagern übertragbaren Kräfte, insbesondere
bei umlaufendem Exzenter, sind infolge der nicht umlaufenden, sondern nur oszillierenden
Bewegung sehr klein.
Es ist auch bekannt, dem Kolbenbolzen von Radialkolbenpumpen
ein gewisses Spiel innerhalb des Kolbens zu geben, wodurch er sich um einen kleinen
Betrag schräg zum Kolben einstellen kann.
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Bei anderen Kolbenmaschinen und insbesondere Verbrennungsmotoren ist
es bekannt, den Kolbenbolzen im Kolben mit Wälzlagern zu lagern und entweder die
innere oder äußere Lauffläche oder beide zusammen zu bombieren, so daß bei Durchbiegung
des Kolbenbolzens eine gewisse Freiheit gewährleistet ist.
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Es ist bei Radialkolbenpumpen auch bekannt, die Lagerfläche des Kolbenbolzens
im Kolbenauge auf ein Mindestmaß in der Länge einzuschränken und die Kanten der
Auflagerfläche zu bombieren, so daß der Kolbenbolzen gegenüber dem Kolben eine gewisse
Einstellbarkeit erhält.
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Die hierbei erzeugbaren Einstellmöglichkeiten genügen jedoch bei der
Ausbildung großer Radialkolbenpumpen nicht mehr. Bei diesen Pumpen findet infolge
der überaus großen Kolbenkräfte und Momente nicht nur eine unvermeidbare Durchbiegung
des Mittelzapfens und des diesen Mittelzapfen aufnehmenden Gehäuses statt, sondern
auch eine unvermeidbare Durchbiegung des Kolbenbolzens.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Ausführung, die es gestattet,
trotz der obengenannten unvermeidbaren Durchbiegungen des Mittelzapfens und Gehäuses
einerseits und des Kolbenbolzens andererseits ein gutes Zusammenwirken der Laufrollen
mit den Polkurven des Exzenters herbeizuführen und damit die mit Rollen ausgerüstete
Radialkolbenpumpe auch für große Leistungen verwendbar zu machen. Die zu erhöhende
Beweglichkeit der einzelnen Teile untereinander erstreckt sich auf die Beweglichkeit
des Kolbenbolzens im Kolben und auf die Beweglichkeit der Rolle gegenüber dem Kolbenbolzen.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Kolbenbolzen mit einer schmalen Tragfläche
in einer Tragbüchse und diese Tragbüchse mit einer schmalen Tragfläche iln Kolben
mittig gelagert ist, wodurch eine vergrößerte Einstellbarkeit des Kolbenbolzens
gegenüber dem Kolben erzielt wird.
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Der Kolbenbolzen und der (vorzugsweise) geteilte Kolben können auch
mittels kugelförmiger Stützflächen verbunden werden. Die Tragfläche kann auf dem
(vorzugsweise) geteilten Kolben mittels kugeliger Berührungsflächen gehalten werden.
Dabei wird der Kolbenbolzen von der Tragbüchse entweder von deren gesamter Länge
oder auch von einer obenerwähnten schmalen Tragfläche gehalten.
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Die im Kolben drehfest oder drehbeweglich angeordnete, vorzugsweise
geteilte Büchse besitzt vorteilhaft innen Kugelflächen, auf die sich die kugelförmige
Tragfläche des Kolbenbolzens abstützt.
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Die Laufrollen sind durch ein Pendelwälzlager gebildet, dessen Außenring
ein entsprechend der Rollenbelastung vergrößertes Trägheitsmoment besitzt. Die Laufrollen
können auch aus einem handelsüblichen Pendellager und einem Rollenmantel großen
Trägheitsmomentes gebildet werden, in dem das Pendellager mit -entsprechender Vorspannung
untergebracht ist. Die Laufrolle wird zwecktnäßigerweise wenigstens auf einer Seite
durch eine Stützscheibe gegenüber dem Kolbenbolzen abgestützt, um ein Auspendeln
des Lagers gegenüber dem Kolben oder dem Kolbenbolzen über ein zur Montage notwendiges
geringes Maß hinaus zu verhindern.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt. Es zeigt Bild i Kolben mit Kolbenbolzen und Rolle mit handelsüblichem
Pendellager, Bild i a Rolle aus Sonderlager mit verstärktem Außenring, . Bild 2
Kolben mit Kolbenbolzen und eingeschobener Tragbüchse mit beiderseitiger schmaler
Tragfläche, Bild 2 a Kolbenbolzen und Tragbüchse mit bombierter Tragfläche, Bild
3 geteilter Kolben mit kugeliger Tragbüchse, Bild 3 a Bolzen mit kugeliger Tragbüchse
in Ansicht, Bild 4 einteiliger Kolben mit geteilter Tragbüchse.
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Die Durchbiegung des Kolbenbolzens i, dessen Durchmesser nicht beliebig
groß gewählt werden kann, würde bei großen Abmessungen in den bisherigen Ausführungen
zu einer übermäßigen Beanspruchung an den tragenden Kurven 3, des Exzenters
3 führen. Da die Rolle 4, wenn sie mit dem Kolbenbolzen i, wie bisher üblich, durch
Gleitlagerung verbunden ist, die Durchbiegung des Kolbenbolzens i mit ausführt,
stellt sie sich schräg zur Laufbahn 3, des Exzenters 3. Diese bleibt, gehalten
von den äußeren Exzenterscheiben 5, mit hoher Genauigkeit zylindrisch, auch wenn
die Beanspruchungen recht groß sind. Die beiden Rollen 4 stellen sich aber infolge
der hohen Biegebeanspruchung des Kolbenbolzens und der durch diese verursachten
Durchbiegung schräg ein, so daß ihre Mantellinie zum Zeitpunkt der Berührung mit
dem Exzenter den Teil eines Kegelmantels bildet. Bei dem Rollvorgang werden infolgedessen
die Exzenterlaufbahnen 3, nach der Mitte der Pumpe zu wesentlich stärker
beansprucht als außen. Beim Einlaufen der Maschine sind starke Walzenpressungen
zu erkennen, und es bildet sich an den Innenseiten 3t, des Exzenterringes 3 ein
Grat. Bei sehr großen Ausführungen stellt sich außerdem infolge der Durchbiegung
des Gehäuses der Exzenter 3 um einen gewissen Betrag schräg zur Achse des Zylindersterns,
so daß die Laufbahnen 3" bei ihrer Rotation einen zur Drehachse des Zylindersterns
um einen gewissen Betrag schräg gestellten Zylindermantel bilden.
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Die Abweichungen vom Idealzustand sind sehr gering. Bei den hohen
Beanspruchungen und der großen erforderlichen Genauigkeit im Bau stufenlos
regelbarer
Pumpen beeinflussen sie jedoch die Lebensdauer der Teile ungünstig. Die in Bild
i dargestellte Form ermöglicht, einen vollständigen Ausgleich aller aus Durchbiegungsvorgängen
herrührenden Abweichungen vom Idealzustand herbeizuführen und sowohl ungebührliche
Kantenpressung an den Lagerflächen des Kolbenbolzens als auch an den Polkurven und
dem Rollenmantel zu beseitigen sowie jede schädliche Biegungsbeanspr uchung des
Kolbens :2 zu unterbinden.
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Auf dem Kolbenbolzen i ist zu beiden Seiten des Kolbens 2 beispielsweise
je ein Pendelwälzlager 9 eingeführt, entweder ein kingpendellager oder ein Tonnenpendellager.
Das Pendellager kann in einen Rollenmantel 4" eingeführt werden. Dieser erhöht in
ausreichendem Maße das Trägheitsmoment des Außenringes am Wälzlager 9, so daß auf
dieses keine besonderen Biegungsbeanspruchungen kommen. Um den Pollenmantel 4, in
seinen Abmessungen klein und leicht zu halten, werden Stützscheiben io eingeführt,
die eine Deformation des Mantels 4Q durch ihr hohes Trägheitsmoment verhindern.
Sie können gleichzeitig die Aufgabe übernehmen, bei der Montage das Auspendeln der
Rolle 4 gegen den Kolbenbolzen i bzw. gegen den Kolben 2 in solchen Grenzen zu halten,
daß die Montage des Gesamtaggregates möglich wird.
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An Stelle einer zusammengebauten Rolle kann ein Pendellager verwendet
werden (Bild i a), dessen äußerer Laufring verstärkt ist. Hierbei bedeutet i i den
Innenring des Pendellagers, 12 die Bahn mit dem Käfig des als Pendellager ausgebildeten
Lagers, 13 den äußeren verstärkten Laufring und das gestrichelte Feld
11, den Außenring des Pendellagers normaler Bauform.
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Gemäß Bild 2 wird dem Kolbenbolzen i eine Tragfläche i" und der zwischen
Kolbenbolzen und Kolben 2 eingeführten Büchse 7 eine Tragfläche 7Q gegeben. Dabei
können die Enden 7h der tragenden Fläche 7Q mit einer leicht kugeligen Wölbung versehen
werden (Bild 2Q). Hierdurch kann die tragende Breite 7, im Falle der Schrägstellung
günstig erweitert und die spezifische Beanspruchung des Kolbens 2 bei Schrägstellung
vermindert werden.
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Die gesamte Außenfläche der Büchse 7 kann kugelförmig gestaltet werden
(Bild 3, 3Q). In den Kolben 2 ist dann eine entsprechende Hohlkugel einzuarbeiten.
Bei sehr großen Abmessungen wird das ohne Schwierigkeiten möglich, weil der Kolben
2 geteilt ausgeführt werden kann. Der Kolben :2 ist bei Radialkolbenpumpen praktisch
stets so beansprucht, daß der Kolbenbolzen i den Kolben 2 in Richtung 8 belastet,
daß also an der Fläche 2d Druckbelastung vorliegt, während die Fläche 2, kaum beansprucht
wird.
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Wenn die Teilung des Kolbens 2 Schwierigkeiten macht, kann die Büchse
7 in ihrem Außenmantel zylindrisch gehalten werden, so daß die Bohrung des Kolbens
2 zylindrisch bleibt und einfach herzustellen ist. Die Büchse 7 wird geteilt und
mit einer kugeligen Innenfläche 7Z (Bild 4) ausgeführt. Der Bolzen i erhält dann
eine entsprechende kugelig geschliffene Tragfläche iQ. Es ist damit möglich; die
Gleitfähigkeit der Büchse 7 innerhalb des Kolbens2 auszunutzen und auch den Kolbenbolzen
i mit der Büchse 7 rotieren zu lassen. Unter Umständen kann die Büchse 7 zusätzlich
nach Bild 2 oder 2 a ausgeführt werden.
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Die Freiheit des Kolbenbolzens i gegenüber dem Kolben :2 und die dadurch
-bedingte Schrägstellung des Bolzens i zu den zylindrischen Flächen 3" des Exzenters
3 bedingen eine entsprechende Freiheit der Rolle 4 auf dem Kolbenbolzen r, damit
sich der Mantel der Rolle 4 in seiner vollen Breite und mit möglichst gleicher Beanspruchung
auf die Laufflächen 3, des Exzenters 3 legen kann. 1VTur dann können die
vom Kolben 2 herrührenden Druckkräfte und die Zentrifugalkraft von der linienartigen
Berührungsfläche zwischen Rolle 4 und Hubkurve 3" auf die Dauer ohne Schaden übertragen
werden. Die Form hierfür ist in Bild i dargestellt und beschrieben,.
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Besondere Bedeutung kommt dieser Ausführungsform zu, wenn man an Stelle
eines Kolbens 2 deren 2 oder 3 nebeneinander an einem Kolbenbolzen i angreifen läßt,
der an seinen Enden mittels der Rollen 4 die Gesamtkräfte der Kolben auf die Exzenterbahnen
3" überträgt.
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Durch die Erfindung wird eine Lagerung des Kolbenbolzens i von Radialkolbenpumpen
in den Kolben 2 und eine dieser entsprechende Ausführung der Rollen .4 geschaffen,
durch ,welche diese Pumpen bis zu großen Abmessungen ausführbar werden, ohne daß
besondere Wege beschritten werden müssen, um die Steifigkeit dieser Maschinen, insbesondere
in ihrem Gehäuse, auf ein wirtschaftlich nicht mehr vertretbares Maß zu steigern.