DEK0026895MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. September 1955 Bekanntgemacht am 13. Dezember 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

KLASSE 59a GRUPPE INTERNAT. KLASSE F 05 b

K 26895 Ia/59a

sind als Erfinder genannt worden

Die Ausbildung von Radialkolbenpumpe^ 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.

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.

Es ist auch bekannt, bei Radialkolbenpumpeu 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.

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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.

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

ίο beide zusammen zu bombieren, so daß bei Durchbiegung des Kolbenbolzens eine gewisse Freiheit gewährleistet ist.

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.

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 Mittelas zapfen aufnehmenden Gehäuses statt, sondern auch eine unvermeidbare Durchbiegung des Kolbenbolzens. - ^v V"

Gegenstand der Erfindung ist-iiun 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 im Kolben mittig gelagert ist, wodurch eine vergrößerte Einstellbarkeit des Kolbenbolzens gegenüber dem Kolben erzielt wird.

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.

Die im Kolben drehfest oder drehbeweglich angeordnete, vorzugsweise geteilte Büchse besitzt vorteilhaft innen Kugelflächen, auf die sich die. kugelförmige Tragfläche des Kolbenbolzens abstützt.

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 zweckmäßigerweise 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 Mal3 hinaus zu verhindern.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

Bild ι Kolben mit Kolbenbolzen und Rolle mit handelsüblichem Pendellager,

Bild ι 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 bom-Werter Tragfläche,

Bild 3 geteilter. Kolben mit kugeliger Trägbüchse,

Bild 3 a Bolzen mit kugeliger Tragbüchse in Ansicht, ·

Bild 4 einteiliger Kolben mit geteilter Tragbüchse.

Die Durchbiegung des Kolbenbolzens 1, dessen. Durchmesser nicht beliebig groß· gewählt werden kann, würde bei großen Abmessungen in den bisherigen Ausführungen zu einer übermäßigen Beanspruchung an den tragenden Kurven J₀ des Exzenters 3 führen. Da die Rolle 4, wenn sie mit dem Kolbenbolzen 1, wie bisher üblich, durch Gleitlagerung verbunden ist, die Durchbiegung des Kolbenbolzens 1 mit ausführt, stellt sie sich schräg zur Laufbahn 3_ß 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_a 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 3_& 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_fl bei ihrer Rotation einen zur Drehachse des Zylindersterns um einen gewissen Betrag schräg gestellten Zylindermantel bilden.

Die Abweichungen vom Idealzustand sind sehr gering. Bei den hohen Beanspruchungen und der großen erforderlichen Genauigkeit im Bau stufen-

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los regelbarer Pumpen beeinflussen sie jedoch die Lebensdauer der Teile ungünstig. Die in Bild χ 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 Biegungsbeanspruchung des Kolbens 2 zu unterbinden.

Auf dem Kolbenbolzen ι ist zu beiden Seiten des Kolbens 2 beispielsweise je ein Pendelwälzlager 9 eingeführt, entweder ein Ringpendellager 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 Rollenmantel 4_a in seinen Abmessungen klein und leicht zu halten, werden Stützscheiben 10 eingeführt, die eine Deformation des Mantels 4_a durch ihr hohes Trägheitsmoment verhindern. Sie können gleichzeitig die Aufgabe übernehmen, bei der Montage das Auspendeln der Rolle 4 gegen den Kolbenbolzen 1 bzw. gegen den Kolben 2 in solchen Grenzen zu halten, daß die Montage des Gesamtaggregates möglich wird.

An Stelle einer zusammengebauten Rolle kann ein Pendellager verwendet werden (Bildia),

3Q dessen äußerer Laufring verstärkt ist. Hierbei bedeutet 11 den Innenring des Pendellagers, 12 die Bahn mit dem Käfig des als Pendellager ausgebildeten Lagers, 13 den äußeren verstärkten Laufring und das gestrichelte Feld I3_a den Außenring des Pendellagers normaler Bauform.

Gemäß Bild 2 wird dem Kolbenbolzen 1 eine Tragfläche I₀ und der zwischen Kolbenbolzen 1 und Kolben 2 eingeführten Büchse 7 eine Tragfläche 7 _a gegeben. Dabei können die Enden y_b der tragenden Fläche γ_α mit einer leicht kugeligen Wölbung versehen werden (Bild 2_a). Hierdurch kann die tragende Breite J_a im Falle der Schrägstellung günstig erweitert und die spezifische Beanspruchung des Kolbens 2 bei Schrägstellung vermindert werden.

Die gesamte Außenfläche der Büchse 7 kann kugelförmig gestaltet werden (Bild 3, 3_a). 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 1 den Kolben 2 in Richtung 8 belastet, daß also an der Fläche 2_d Druckbelastung vorliegt, während die Fläche 2_C kaum beansprucht wird.

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 y_t (Bild 4) ausgeführt. Der Bolzen 1 erhält dann eine entsprechende kugelig geschliffene Tragfläche i_e. Es ist damit möglich, die Gleitfähigkeit der Büchse 7 innerhalb des Kolbens 2 auszunutzen und auch den Kolbenbolzen ι mit der Büchse 7 rotieren zu lassen. Unter Umständen kann die Büchse 7 zusätzlich nach Bild 2 oder 2 a ausgeführt werden.

Die Freiheit des Kolbenbolzens 1 gegenüber dem Kolben 2 und die dadurch bedingte Schrägstellung des Bolzens 1 zu den zylindrischen Flächen 3_a des Exzenters 3 bedingen eine entsprechende Freiheit der Rolle 4 auf dem Kolbenbolzen 1, damit sich der Mantel der Rolle 4 in seiner vollen Breite und mit möglichst gleicher Beanspruchung auf die Laufflächen 3_a des Exzenters 3 legen kann. Nur dann können die vom Kolben 2 herrührenden Druckkräfte und die Zentrifugalkraft von der linienartigen Berührungsfläche zwischen Rolle 4 und Hubkurve 3_a auf die Dauer ohne Schaden übertragen werden. Die Form hierfür ist in Bild 1 dargestellt und beschrieben.

Besondere Bedeutung kommt dieser Ausführungsform zu, wenn man an Stelle eines Kolbens 2 deren 2 oder 3 nebeneinander an einem Kolbenbolzen ι angreifen läßt, der an seinen Enden mittels der Rollen 4 die Gesamtkräfte der Kolben auf die Exzenterbahnen 3_a überträgt.

Durch die Erfindung wird eine Lagerung des Kolbenbolzens 1 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 beschriften werden müssen, um die Steifigkeit dieser Maschinen, insbesondere in ihrem Gehäuse, auf ein wirtschaftlich nicht mehr vertretbares Maß zu steigern.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Radialkolbenpumpe mit einer oder mehreren parallelen Zylinderreihen im Zylinderstern und Führung der Kolben über auf den Kolbenbolzen angeordnete Laufrollen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Selbsteinstellbarkeit des Kolbenbolzens (1) . gegenüber dem Kolben (2) der Kolbenbolzen (1) in an sich bekannter Weise mit einer gegenüber der Tragbüchse (7) kürzeren Tragfläche (i_e) in der Tragbüchse (7) gelagert ist und diese mit einer an ihrem äußeren Umfang angeordneten, gegenüber der Bohrung im Kolben (2) kürzeren Tragfläche (y_a) im Kolben (2) gelagert ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenbolzen (1) und der vorzugsweise geteilte Kolben (2) mittels an sich bekannter kugelförmiger Stützflächen verbunden sind.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragbüchse (7) auf dem vorzugsweise geteilten Kolben (2) über kugelige Berührungsflächen gehaiten ist, und der Kolbenbolzen (1) von der Tragbüchse (7) von deren

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gesamter Länge oder von der schmalen Tragfläche (i₀) gehalten ist.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kolben (2) fest oder beweglich angeordnete, vorzugsweise geteilte Büchse (7) innen Kugelflächen besitzt, auf die sich die kugelförmige Tragfläche (i₀) des Kolbenbolzens (1) abstützt.

5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrollen durch ein bekanntes Pendelwälzlager (11, 12, 13) gebildet sind, dessen Außenring (13) ein entsprechend der Rollenbelastung vergrößertes Trägheitsmoment besitzt.

6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrollen aus einem bekannten Pendellager (9) und einem Mantel (4J großen Trägheitsmomentes gebildet werden, in dem das Pendellager (9) untergebracht ist.

7. Pumpe nach den Ansprüchen 1,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (4_a) wenigstens auf einer Seite durch eine Stützscheibe (10) gegenüber dem Kolbenbolzen (1) abgestützt ist, um ein Auspendeln des Lagers

(9) gegenüber dem Kolben (2) oder dem Kolbenbolzen (1) über ein zur Montage notwendiges geringes Maß hinaus zu verhindern.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheiben (10) aus gehärtetem Material bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 689074;
britische Patentschriften Nr. 680 416, 561 563.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen