EP0097619B1

EP0097619B1 - Kolbenmaschine mit wenigstens zwei Kolben

Info

Publication number: EP0097619B1
Application number: EP83810262A
Authority: EP
Inventors: Guido Oberdorfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-18
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1987-09-30
Also published as: US4589329A; EP0097619A2; SU1570657A3; EP0097619A3; DE3373926D1

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine, mit einem Gehäuse, in dem ein Hohlraum vorhanden ist, der mit einem Deckel geschlossen ist, mit einem Exzenter, der auf der Maschinenwelle befestigt ist, mit einem Zwischenstück, welches den Exzenter umgibt und welches auf die Fusspartie der Kolben einwirken kann und mit einer Rückholvorrichtung, die an der Fusspartie der Kolben angreift.
Eine Kolbenmaschine dieser Art ist aus DE-A-1 528 504 bekannt. Diese Maschine weist eine Antriebswelle für die Kolben auf, die in einem Gehäuse beidseitig gelagert ist. Eine Exzenterscheibe sitzt auf der Antriebswelle und sie ist mit dieser Welle fest verbunden. Auf der Exzenterscheibe ist ein Ring gelagert, der zwei quer zur Achse der Arbeitswelle verlaufende hinterschnittene Nuten besitzt. Diese Nuten sind T-förmig ausgestaltet. Im Endbereich der den Kolben tragenden Kolbenstange ist eine Platte am Kolben befestigt, die in den Nuten geführt ist. Der Ring ist durch diese Platte am Drehen gehindert, sodass die Platte sich in den Nuten des Ringes beim Drehen der Antriebswelle nur hin- und herverschiebt. Auf den bzw. die Kolben wird somit lediglich die Auf- und Abbewegung der Exzenterscheibe übertragen. Beim Zusammenbau und bei allfälligem Zerlegen einer solchen Maschine ergeben sich beträchtliche Probleme. Die Kolben gehen ja durch das Maschinengehäuse rechtwinklig zur Wellenrichtung hindurch. Der Ring kann dagegen nur in der Wellenrichtung in das Gehäuse eingeschoben werden. Die Nuten verlaufen im Ring zudem noch parallel zur Tangente an diesem Ring. Nachdem diese Maschinenteile sich im Gehäuse befinden, ist es verhältnismässig schwierig, die erforderliche Verbindung zwischen den Kolben und dem Ring zu bewerkstelligen.
Eine weitere Maschine dieser Art ist in GB-A-879 285 offenbart. Auf einer Antriebswelle ist ein Antriebsglied mit sechskantförmigem Querschnitt gelagert, wobei auf der jeweiligen planen Fläche dieses Gliedes die Fusspartie eines der Kolben abgestützt ist. Zu den beiden Seiten dieses Gliedes sind Scheiben mit sechs Nuten angeordnet, wobei jeweils eine der Nuten einer der planen Flächen des Antriebsgliedes zugeordnet ist. Der Kolbenfuss weist einen zu den beiden Seiten desselben ragenden Flansch auf, der in den Nuten der einander gegenüberliegenden Scheiben liegt. Da die Antriebswelle auch in diesem Fall beiderends in einem Gehäuse gelagert ist, ist es sehr umständlich, die erforderliche Verbindung zwischen den Kolben und einer solchen Antriebsvorrichtung zu bewerkstelligen. Wenn sich die Teile der Antriebsvorrichtung im Gehäuse befinden, dann ist es problematisch, die einzelnen Teile dieser Vorrichtung derart untereinander zu verbinden, dass sich die Verbindung dieser Teile während des Betriebes der Kolbenmaschine nicht löst. Denn die Verbindung dieser Teile unterliegt während des Betriebes der Maschine einer starken und wechselhaften Beanspruchung.
Schliesslich ist aus DE-A-2 748 620 eine noch weitere Maschine der genannten Art bekannt, bei der die Fusspartien von zwei diametral gegenüberliegenden Kolben mit Hilfe eines U-förmigen Stückes aus verformten Blech miteinander verbunden sind. Die Fusspartien der Kolben weisen Ringflansche auf, die in Schlitzen eingesteckt sind, die im Verbindungsstück ausgeführt sind. Da starke Kräfte während des Betriebes solcher Maschinen auftreten, welche zudem noch ihre Richtung sehr rasch wechseln, schlagen sich die Halteflächen der Schlitze aus. Zwischen den Flanschen und den Halteflächen der Schlitze bilden sich Spalte, welche sich während des Betriebes der Maschine weitervergrössern bis die Maschine betriebsunfähig wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kolbenmaschine anzugeben, bei der die genannten Nachteile nicht vorkommen.
Diese Aufgabe wird bei der Maschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6 definiert ist.
Eine so ausgebildete Maschine kann drei oder mehr sternförmig angeordnete Kolben aufweisen, wobei sowohl die Montage einer solchen Maschine als auch deren Wartung sehr einfach durchgeführt werden kann.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt :

Figur 1 im achsialen Längsschnitt den wichtigsten Teil der vorliegenden Maschine,
Figur 2 eine Frontansicht des in Fig. 1 dargestellten Teiles der Maschine, wobei allerdings der Maschinendeckel, die Stützplatte und die Rückholvorrichtung hier nicht dargestellt sind,
Figur 3 einen Ausschnitt aus der Frontansicht nach Fig. 2, in dem auch die Rückholvorrichtung eingezeichnet ist,
Figur 4 eine Seitenansicht einer Baugruppe aus Fig. 1,
Figur 5 dieselbe Baugruppe in Draufsicht,
Figur 6 in Frontansicht eine besondere Ausführungsform der Hülse der vorliegenden Maschine.
Figur 7 in Längsschnitt eine Kolbenmaschine, die als eine Pumpe mit zwei Kolben ausgeführt ist,
Figur 8 in Frontansicht eine weitere Ausführungsform der Rückholvorrichtung, die auch als Joch bezeichnet wird,
Figur 9 in Draufsicht das Joch nach Fig. 8,
Figur 10 entlang der Linie X-X in Fig. 9 geführten Schnitt durch das Joch,
Figur 11 entlang der Linie XI-XI in Fig. 9 geführten Schnitt durch das Joch,
Fig. 12 in Ansicht eine noch weitere Ausführungsform des Joches,
Figur 13 teilweise in Längsschnitt eine Weiterbildung der Maschine nach Fig. 7,
Figur 14 entlang der Linie XIII-XIII geführten Schnitt durch einen Teil der Maschine nach Fig. 13,
Figur 15 eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Befestigen des Kolbens im Joch,
Figur 16 eine Spannzangenmutter der Befestigungsvorrichtung nach Fig. 15, und
Figuren 17 und 18 zwei weitere Ausführungen der Vorrichtung zum Befestigen des Kolbens am Joch.

Die in den Zeichungen dargestellte Maschine ist eine Pumpe, die an einem Elektromotor angebracht ist, und die durch diesen Elektromotor angetrieben wird. Die Kolbenmaschine weist ein Gehause 2 auf, das mittels Schrauben 3 am Gehäuse des Elektromotors 1 befestigt ist.
Im mittleren Bereich weist das Maschinengehäuse 2 einen Hohlraum 4 auf, in dem die Antriebselemente für die Kolben 5 der Maschine untergebracht sind. Entlang der Umfangspartie des Hohlraums 4 im Maschinengehäuse 2 sind die in Zylindern 6 untergebrachten Kolben 5 sternförmig angeordnet. Vorne ist der genannte Hohlraum mit Hilfe eines Deckels 7 abgeschlossen, der am Gehäuse 2 mit Schrauben 8 wegnehmbar befestigt ist.
Das die Pumpe antreibende Ende 9 der Welle des Elektromotors 1 ist in einem Lager 10 gelagert, das zugleich auch als das Lager der Pumpe dient. Auf der Maschinenwelle 9 ist ein Exzenter 11 aufgesteck und mit Hilfe eines Keile 12 (Fig. 3) mit der Welle 9 gekoppelt. Wenn man den Hub der Kolben 5 und somit auch die Fördermenge der Pumpe ändern will, kann man den Exzenter 11 durch einen anders geformten Exzenter ersetzen. Auf dem Exzenter 11 lagert eine Hülse 13, welche zur Einwirkung auf die Fusspartie des jeweiligen Kolbens 5 bestimmt ist.
Die Kolbenmaschine ist mit einer Rückholvorrichtung 14 versehen, die an der Fusspartie 15 des Kolbens 5 angreift. Diese Rückholvorrichtung 15 weist einen Grundkörper 16 auf, der auf dem Exzenter 11 gelagert ist. Ferner weist die Rückholvorrichtung 15 Krallen 17 auf, die an der Fusspartie 15 der Kolben 5 angreifen. Im dargestellten Beispiel ist der Grundkörper 16 ringförmig. Die Rückholkrallen sind als Ausläufer aus dem Grundkörper 16 ausgeführt, die an der Umfangspartie des Ringes 16 verteilt sind und die in der radialen Richtung von diesem weglaufen. Die Enden dieser Ausläufer sind nach einer Seite gebogen, und dadurch erhalten die Krallen 17 ihre Form. Diese abgebogenen Partien 18 der Ausläufer greifen an der Fusspartie 15 des Kolbens 5 an. Zu diesem Zweck kann die Fusspartie 15 des Kolbens 5 mit einer entsprechenden Ausnehmung (nicht dargestellt) versehen sein.
Im dargestellten Beispiel ist die Fusspartie 15 des Kolbens 5 mit einem Schuh 19 versehen. Dieser Schuh 19 weist eine Platte 20 auf, die auf der Hülse 13 aufliegt. Der Kolbenschuh 19 weist ferner eine Klemme 21 (siehe z. B. Fig. 2) auf, die mit der Fussplatte 20 einstückig ist und in der die Endpartie des Kolbens 5 festgeklemmt ist. Der Kolben 5 kann dabei aus Metall oder aus einem keramischen Material hergestellt sein.
Wie erwähnt worden ist, liegt die Fussplatte 20 mit ihrer Unterseite auf der Hülse 13 auf. Die Rückholkralle 17 greift dagegen auf der oberen Seite der Fussplatte 20 an. Die Bewegung des Kolbens 5 nach vorne wird somit durch die auf dem Exzenter 11 sitzende Hülse 13 verursacht, auf der die Fussplatte 20 allerdings nur aufliegt. Die rückwärts gerichtete Bewegung des Kolbens 5 wird dagegen durch die Kralle 17 der Rückholvorrichtung 14 verursacht. Denn der Grundkörper 16 der Rückholvorrichtung 14 ist auf dem Exzenter 11 gelagert, so dass diese Vorrichtung dieselbe Bewegung ausführt, wie die die Kolben 5 antreibende Hülse 13. Da die abgebogene Partie 18 der Kralle 17 auf der oberen Seite der Fussplatte 20 angreift, bleibt die Fussplatte 20, auch wenn sie die Rückwärtsbewegung ausführt, im Kontakt mit der Hülse 13.
Der Vorteil dieser Ausführung der vorliegenden Maschine dürfte einleuchtend sein. Bei der Montage der Maschine führt man die Kolben 5 von innen in die Zylinder 6 ein. Dann steckt man den Exzenter 11 mit der Hülse 13 auf das Wellenende 9 auf. Jetzt führt man die Kolben zurück, bis deren Fusspartien 15 auf der Hülse 13 aufliegen. Es reicht nun aus, die Rückholvorrichtung 17 auf den Exzenter 11 so aufzustecken, dass deren Krallen 17 auf den Fussplatten 20 aufliegen. In dieser Weise kann eine Kolbenmaschine ohne Probleme zusammengebaut werden, die drei oder mehr sternförmig angeordnetete Kolben aufweist. Die Kolben können dabei direkt im Material des Pumpengehäuses 2 gelagert sein, das normalerweise aus Aluminium ist.
Damit sich die Rückholkrallen 17 während des Betriebes der Maschine nicht zurückbiegen, liegt auf der Rückholvorrichtung 14 eine Stützplatte 22 auf, die mittels einer im Wellenende 9 eingeschraubten Schraube 23 an Ort und Stelle gehalten ist. Die Stütztplatte 22 ist mit einem Auswuchtgewicht 24 versehen, das allfällige Unwuchten in dieser Anordnung eliminiert. Es versteht sich, dass man Stützplatten 22 mit Auswuchtgewichten verschiedener Grösse bereit halten kann, um verschieden grosse Unwuchten ausgleichen zu können.
Zwischen dem Lager 10 und der beschriebenen Anordnung befindet sich eine Distanzscheibe 25, auf der sich der Exzenter 11, die Hülse 13 aber auch die Fusspartie 15 des Kolbens 5 abstützen. Die Lage dieser Maschinenelemente und auch die Betriebssicherheit der Maschine werden durch die Anwendung der Distanzscheibe 25 verbessert.
Aus den Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, dass die Fussplatte 20 eine gegen die Rückholvorrichtung 14 hin verlängerte Partie 26 aufweist, auf der die Rückholkralle 17 angreift.
In Fig. 6 ist eine besonders vorteilhafte Ausführung der Hülse 13 dargestellt. Die Aussenseite der Hülse 13 ist mit Vorsprüngen 27 versehen, in deren Scheitelbereich sich eine Gleitfläche 28 befindet. Diese Gleitfläche 28 wirkt auf die Unterseite der Fusspartie 15 der Kolben 5 ein. Im dargestellten Beispiel wirkt die Gleifläche 28 auf die Unterseite der Fussplatte 20. Die Abmessung der jeweiligen Gleitfläche 28 in der Umfangsrichtung der Hülse 13 ist vorteilhaft kleiner als die entsprechende Abmessung der Unterseite der Fussplatte 20. Die Gleitfläche 28 und die Unterseite der Fussplatte 20 bilden ein Gleitlager. Die Hülse 13, die die genannten Gleitflächen 28 auf- .weist, und der Exzenter 11 bilden zusammen jedoch auch ein Gleitlager. Der Innenraum 4 im Gehäuse 2 ist normalerweise etwa bis zur Hälfte mit Oel gefüllt. Während des Betriebes der Pumpe ist die Belastung der Welle durch die Kolben impulsartig. Die genannten Gleitflächen wirken sich unter solchen Umständen sehr vorteilhaft aus, weil sie dank ihrer Grösse und dank dem zwischen diesen bestehenden Oelfilm eine solche Belastung verhältnissmässig weich aufnehmen, und daher dämpfend wirken. Dies schafft auch bessere Bedingungen beim allfälligen Notlauf.
Um die Baulänge der Pumpe in achsialer Richtung möglichst klein zu halten, kann die Klemme 21 im Bereich der abgebogenen Partie 18 der Kralle 17 mit einem Ausschnitt 25 (Fig. 1 und 2) versehen sein, in den die abgebogene Partie 18 der Rückholkralle 17 eingreift.
Bei Kolbenmaschinen mit zwei einander gegenüberliegenden Kolben aus einem keramischen Material treten andere Probleme auf. Die Rückholvorrichtung, die als ein Joch ausgebildet ist, das die zwei Kolben miteinander verbindet, überbrückt den Exzenter 11. In den Enden dieses Joches ist das eine Ende des jeweiligen Kolbens gelagert. Zu diesem Zweck ist das Ende des jeweiligen Kolbens mit einer Führungsplatte aus Metall versehen. Im Querschnitt ist das Joch ebenfalls U-förmig ausgebildet, wobei in den Endpartien des Joches Teile des Bodens des in Querschnitt U-förmigen Joches entfernt sind. Die freistehenden Seitenwände des Joches sind mit je einem Schlitz versehen, in welchem die Führungsplatte des jeweiligen Kolbens gelagert ist.
Die Verbindung zwischen der Führungsplatte und dem Kolben kommt bei dieser bekannten Maschine dadurch zustande, dass im Kolbenende ein Sackloch mit Gewinde ausgeführt ist. Die Führungsplatte ist mit einem Gewindebolzen versehen, der im Sackloch des Kolbens eingeschraubt ist.
Während des Betriebes einer solchen Pumpe liegt der Exzenter auf der Führungsplatte jenes Kolbens auf, der sich auf dem Hinweg befindet. Die Rückwärtsbewegung dieses Kolbens wird dadurch bewirkt, dass die Führungsplatte dieses Kolbens über das Joch mit der Führungsplatte des gegenüberliegenden Kolbens gekoppelt ist, der durch dem Exzenter nunmehr vorwärts bewegt wird. Das Joch zieht somit an der Führungsplatte des sich jetzt rückwärts bewegenden Kolbens, wobei diese Platte über den an dieser Platte befestigten Bolzen mit dem Kolben verbunden ist.
Wie ersichtlich, wird die Verbindungsstelle des Kolbens aus Keramik mit dem Bolzen aus Metall während des Betriebes der Pumpe durch grosse Kräfte beansprucht, deren Richtung ausserdem rasch wechselt. Dies kann zu einer Zerstörung dieser Verbindungsstelle und somit auch zu einem vorzeitigen Ausfall der Pumpe führen. Ausserdem sitzt das Joch eigentlich nur lose auf den Führungsplatten der Kolben, so dass die Spiele, die zwischen den Führungsplatten und den Schlitzen im Joch vorhanden sind, sich mit der Zeit beträchtlich vergrössern können. Dies kann zur Zerstörung des Joches und somit ebenfalls zum Ausfall der Pumpe führen. Ausserdem weist das aus dem Joch und den zwei Kolben bestehende Gefüge eine nur geringe Steifigkeit auf, so dass in der Pumpe Schwingungen entstehen können.
Solche Probleme treten nicht auf, wenn die Kolbenmaschine die nachstehend beschriebene Rückholvorrichtung aufweist.
Die in Fig. 7 dargestellte Kolbenmaschine ist als eine Kolbenpumpe ausgeführt. In einem Gehäuse 101-ist eine Antriebswelle 102 drehbar gelagert. Diese Welle 102 ist mit einer Exzenterscheibe 103 versehen, auf der ein Zwischenstück 104 gelagert ist. Dieses Zwischenstück ist als ein Gleitring ausgebildet.
Die Pumpe weist zwei horizontal angeordnete und diametral gegenüberliegende Kolben 105 auf, die aus einem keramischen Material sind. Diese Kolben 105 haben die Form einer zylinderförmigen Stange und sie sind in je einem Zylinder 106 längsverschiebbar gelagert. An den jeweiligen Zylinder 106 schliesst sich ein Zylinderkopf 107 an, in dem Ventile (nicht dargestellt) untergebracht sind. Der jeweilige Zylinderkopf 107 ist auch mit Anschlüssen (nicht dargestellt) für eine Saugleitung und für eine Druckleitung (nicht dargestellt) versehen.
Im Gehäuse 1 der Pumpe befindet sich ein Joch 110, das U-förmig ausgebildet ist und als die Rückholvorrichtung dient. Der Querschnitt des Joches 110 ist jedoch auch U-förmig, so dass sich Teile des Gleitringes 104 im Joch befinden können. Die Endpartien der Schenkel 111 des U-förmigen Joches 110 sind mit Klemmvorrichtungen 112 versehen, in welchen die Kolben 105 einerends befestigt sind. Eine starre Halterung der Kolben 105 in der jeweiligen Klemmvorrichtung 112 wird mit Hilfe von Schrauben 113 erreicht.
Durch die Anordnung der erwähnten Partien des Gleitringes 104 im Joch 110 erhält der Gleitring, der sonst auf dem Exzenter 103 verschiebbar ist, eine seitliche Führung. Und umgekehrt verhindert diese gegenseitige Anordnung des Joches 110 und des Gleitringes 104, dass das Joch 110, das sonst nur mit den Kolben 105 verbunden ist, kippen kann.
Das dem Exzenter 103 zugewandte Ende des jeweiligen Kolbens 105 ist mit einem Sackloch 114 versehen. In diesem Sackloch 114 liegt ein Bolzen 115, der an einer Platte 116 aus Metall befestigt ist. Mit einer ihrer Seiten liegt diese Platte 116 auf der Stirnfläche des Kolbenendes auf. Die andere Seite der Platte 116 kann während des Betriebes der Pumpe mit dem Gleitring 104, der sich auf dem Exzenter 103 befindet, in Berührung gelangen.
Wenn der Kolben 105 volles Profil haben muss, dann kann die Platte 116 den Boden einer Hülse darstellen. Dieses kappenförmige Gebilde ist auf dem dem Exzenter 103 zugewandten Ende des Kolbens 105 aufgesetzt.
Der Kolben 105 kann jedoch auch als eine Hülse ausgeführt sein. In einem solchen Fall ist die Mündung einer solchen Hülse durch die Platte 116 zugedeckt, wobei der Bolzen 115 sich zwecks Führung der Platte im Inneren des hülsenförmigen Kolbens befindet.
Wenn man die Welle 102 antreibt, beispielsweise in der Richtung des in Fig. 7 dargestellten Pfeiles, stösst der Gleitring 104 auf der Exzenterscheibe 103 zunächst den rechten Kolben 105 nach rechts, indem er auf die Platte 116 Druck ausübt. Da das Joch 110 mit Hilfe der rechten Klemmvorrichtung 112 am rechten Kolben 105 befestigt ist, bewegt sich auch das Joch 110 nach rechts. Am anderen Ende des Joches 110 ist mit Hilfe der linken Klemmvorrichtung 112 der linke Kolben 105 befestigt. Infolgedessen bewegt sich jetzt auch der linke Kolben 105 nach rechts. Nachdem der Exzenter 103 seine äusserste rechte stellung erreicht hat, beginnt er auf die Platte 116 des linken Kolbens 105 Druck auszuüben. Dies bewirkt, dass sich das starre Gefüge, bestehend aus den zwei Kolben 105 und dem Joch 110, beginnt nach links zu bewegen. Nachdem der Exzenter 103 seine äusserste linke Stellung erreicht hat, beginnt er wiederum auf die Platte 116 des rechten Kolbens 105 Druck auszuüben. Das genannte starre Gefüge bewegt sich jetzt wiederum nach rechts, usw. In der Zusammenarbeit mit den nicht dargestellten Ventilen in den Zylinderköpfen 107 erreicht man bei einer solchen Kolbenmaschine eine Pumpwirkung.
Das in Fig. 8 dargestellte Joch 110 entspricht dem in Fig. 7 gezeigten Joch, wobei aus den Fig. 9 bis 11 weitere Einzelheiten dieses Joches ersichtlich sind. Wie bereits gesagt worden ist, ist dieses Joch 110 U-förmig ausgebildet, wobei seine Schenkel 111 mit je einer Klemmvorrichtung 112 für die Kolben 105 versehen sind. Wie ebenfalls bereits gesagt worden ist, ist auch der Querschnitt des Joches im wesentlichen U-förmig, was aus Fig. 9 bis 11 ersichtlich ist. Die Klemmvorrichtung 112 weist eine im wesentlichen ringförmige Partie 120 auf, wobei in der Oeffnung 121 dieser ringförmigen Partie 120 sich das eine Ende des jeweiligen Kolbens 105 befindet. Diese ringförmige Partie 120 ist durch einen Schlitz 122 unterbrochen. Der so unterbrochene Ring 120 kann somit federn. Das in den Zeichnungen dargestellte Joch ist als ein Gusstück ausgeführt, obwohl es auch z. B. aus Blech angefertigt sein kann.
Beiderseits des Schlitzes 122 weisen die Enden der ringförmigen Partie 120 Materialanhäufungen 123 auf, wobei diese Materialanhäufungen 123 mit Bohrungen 124 und 125 versehen sind. Die untere Bohrung 125 ist mit einem Gewinde 126 versehen, mit dem das Gewinde der Schraube 113 (Fig. 7) in Eingriff steht. Durch das Anziehen der Schraube 113 verkleinert sich der Schlitz 122, und dadurch wird der Kolben 105 in der ringförmigen Partie 120 und somit auch im Joch 110 festgeklemmt.
Bei Kolbenmaschinen grösserer Leistung würde das U-förmige Joch der beschriebenen Art doch eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen, so dass das Gefüge, bestehend aus dem Joch und den Kolben nicht so starr wäre, wie dies der schwingungsfreie Betrieb der Maschine erfordert. Um die Schwingungsfreiheit des genannten Gefüges auch bei grösseren Leistungen der Maschine sicherstellen zu können, kann das Joch.bzw. das Verbindungsstück so ausgeführt sein, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist.
Das Joch 130 nach Fig. 12 weist zwei parallel zueinander liegende Stirnwände 131, von welchen in Fig. 12 nur die vordere Stirnwand ersichtlich ist. Die Stirnwände 131 sind mit Hilfe von Seitenwänden 132 miteinander verbunden, die kürzer sind als die Stirnwände 131. Die Stirnwände 131 weisen je eine Oeffnung 133 auf, durch welche die den Exzenter 103 tragende Welle 102 hindurchgehen kann. Die Seitenwände 132 dieses Joches sind mit den bereits erwähnten Klemmvorrichtungen 112 für die Kolben 105 versehen. Die Oeffnung 121 in der ringförmigen Partie 120 der Klemmvorrichtung 112 setzt sich in der Seitenwand 132 des Joches 130 fort. Die ringförmige Partie 120 weist auch in diesem Fall den Schlitz 122 auf, durch welchen die genannte Schraube (hier nicht dargestellt) hindurchgeht. Die Befestigung des jeweiligen Kolbens in diesem Joch 130 erfolgt somit in der bereits beschriebenen Weise.
Da die Verbindung der Kolben 105 untereinander mit Hilfe einer oberen Partie 134 und einer unteren Partie 135 des Joches 130 erfolgt, weist dieses Joch eine ausserordentlich hohe Steifigkeit auf, und das Gefüge bestehend aus den Kolben und diesem Joch ist sehr starr.
Das Joch 130 kann jedoch auch derart ausgeführt sein, dass die obere Partie 134 und die untere Partie 135 zwei Teile bilden, die, um das Joch bilden zu können, mit Hilfe von vier Schrauben 113 zusammengeschraubt sind. Jede der Jochhälften 134, 135 weist dann nur einen Abschnitt der ringförmigen Partie der Klemmvorrichtung 112 auf, wobei allerdings an den beiden Enden des jeweiligen Abschnittes der ringförmigen Partie sich je eine Materialanhäufung (nicht dargestellt) befindet, durch welche die Schrauben 113 hindurchgehen, bzw. in welchen diese Schrauben eingeschraubt sind.
Bei der vorliegenden Maschine können die Kolben auch in Reihen nebeneinander angeordnet sein. Nebeneinander liegende Kolben können durch mehrere auf einer gemeinsamen Kurbelwelle 102 sitzenden Exzenter angetrieben werden. Das in Fig. 12 dargestellte Joch 130 bietet jedoch auch die Möglichkeit, dessen Seitenwände 132 mit mehreren Klemmvorrichtungen 112 zu versehen, so dass sich dann die Kolben z. B. übereinander befinden. Zum Antrieb mehrerer Kolben reicht im einem solchen Fall nur ein einziger Exzenter und ein einziges Joch aus.
In Fig. 13 ist eine Weiterbildung der Maschine nach Fig. 7 dargestellt. Diese Maschine weist zwar wiederum ein U-förmiges Joch 110 auf, die die Schenkel 136 dieses Joches verbindende Partie 137 desselben ist jedoch mit Verstärkungsrippen 138 versehen. Diese Rippen 138 vergrössern die Steifigkeit des Joches 110. Die Ausbildung und die Anordnung der Verstärkungsrippen 138 ist aus Fig. 14 gut ersichtlich. Im dargestellten Beispiel befinden sich die Verstärkungsrippen 138 an der Aussenseite der Verbindungspartie 137. Solche Rippen können sich, wenn erforderlich, auch an der Innenseite der Verbindungspartie 137 befinden. Eine der Folgen der Anwendung solcher Rippen ist, dass sich die Biegebeanspruchung der Kolben 105 im Bereich der Klemmvorrichtung 112 verringert. Ausserdem trägt diese Massnahme zum ruhigeren Lauf der Maschine bei, besonders wenn die Maschine mit einer hohen Drehzahl arbeitet.
Das Zwischenstück, das sich zwischen dem Exzenter 103 und dem Kolben 105 befindet, ist bei dieser Ausführung der Maschine als ein Gleitstein 140 ausgebildet. Dabei ist die jeweilige plane Fläche 141 des Gleitsteins 140 dem exzenterseitigen Ende des Kolbens 105 zugewandt. Die Verwendung des Gleitsteines 140 bringt den Vorteil mit sich, dass die Berührungsfläche zwischen dem Gleitstein 140 und dem Kolben 105, bzw. der dem Kolben 105 vorgeschalteten Platte 116, gross ist, wobei sich dazwischen ein Schmierfilm ausbilden kann. Das vom Exzenter zum Kolben übertragene Moment kann infolgedessen grösser sein, ohne dass das Material dieser Bestandteile überbeansprucht wird.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Maschine ist auch die Platte 116 anders ausgeführt. Diese Platte 116 weist Ausläufer 142 auf, die in Nuten 143 ruhen. Diese Nuten 143 sind in der Innenseite der Schenkel 136 des Joches 110 ausgeführt. Die Platte 116 ist beidseitig plan, und sie ist mit Hilfe ihrer Ausläufer 142 an Ort und Stelle gehalten. Die eine plane Fläche dieser Platte 116 liegt auf dem Kolben 105 auf, während die andere plane Fläche unter der Einwirkung des Gleitsteins 140 steht. Wie aus Fig. 14 ersichtlich ist, weist die Platte 116 einen viereckigen Grundriss auf.
In Fig. 15 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, wie man, den Kolben 105 im Joch befestigen kann. Die Innenwand der ringförmigen Partie 120 ist mit einem konischen Gewinde versehen, in das eine Spanzangenmuter 144 eingeschraubt ist. Die Spanzangenmutter 144 ist in Fig. 16 gesondert dargestellt. Sie weist eine flache Partie 145 auf, deren Umfang sechskantförmig ist. An dieser Partie kann man mit einem Schlüssel angreifen und dadurch die Mutter 144 in das Joch einschrauben. An diese flache Partie 145 schliessen sich Zungen 146 an, deren Aussenseite mit entsprechendem Gewinde versehen ist. Durch das Anziehen der Mutter 144 vermidert sich der Abstand zwischen den Zungen 146 und dadurch wird der Kolben 105 am Ort und Stelle gehalten.
Wie aus Fig. 17 ersichtlich ist, kann die Innenseite der ringförmigen Partie 120 mit einer Auflagefläche 147 versehen sein. Diese weitere Ausführungsform der Klemmvorrichtung weist ein Andrückelement 148 auf, das eine rohrförmige Partie 149 enthält. Der Flansch 150 dieses Elementes ist mit Oeffnungen versehen, durch welche Schrauben 151 hindurchgehen, die im Joch 110 eingeschraubt sind. Zwischen der Stirnseite der rohrförmigen Partie 149 und der Auflagefläche 147 befindet sich ein ringförmiges Spannelement 152. Durch das Anziehen der Schrauben 151 wird das Spannelement zusammengedrückt, so dass sich der Durchmesser der Oeffnung im Spannelement . 152 verkleinert und dadurch wird der Kolben in der Klemmvorrichtung gehalten.
Aus Fig. 18 ist noch eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Klemmvorrichtung 112 ersichtlich, die vor allem dann benützt werden kann, wenn der Kolben 105 aus Stahl ist. Die ringförmige Partie 120 des Joches.110 ist als ein Rohrstück ausgeführt, wobei die Wand des Rohrstückes mit einer ein Gewinde aufweisenden Oeffnung 154 versehen ist. In dieser Oeffnung ist eine Klemmschraube 155 eingeschraubt, deren Spitze in das Material des Kolbens 105 hineindringt.
Die den Kolben 105 rückführenden Kräfte greifen bei einer so ausgebildeten Maschine auf der Oberfläche des Kolbens an. Die Fläche, auf der die genannten Kräfte nun einwirken, ist jedoch grösser als diejenige Fläche, die im Bereich der Schraubverbindung zwischen dem Gewindebolzen und dem Kolben bisher zur Verfügung stand. Ausserdem ist jetzt der Kolben 105 in einer Klemme 112 gehalten, während man früher nur eine Schraubverbindung zwischen dem Kolben und dem Bolzen verwendet hat. Schliesslich weist das Gefüge bestehend aus dem Joch 110 und aus wenigstens einem Kolben 105 eine wesentlich grössere Steifigkeit auf, so dass Schwingungen kaum auftreten können.
Bei der vorliegenden Maschine kann der mit der Platte 116 ein Ganzes bildende Bolzen 115 in den Kolben 105 zwar auch eingeschraubt sein, vorteilhaft ist dieser Bolzen 115 im Kolben 105 jedoch lediglich eingeschoben. Denn diese Verbindungsstelle wird ja nur auf Druck beansprucht, weil die Rückführung des Kolbens 105 mit Hilfe des auf dem Kolbenkörper angreifenden Joches 110 erfolgt.
Im vorstehenden sind Pumpen beschrieben, die zwei oder mehr Kolben aufweisen. Falls eine Pumpe oder eine andersartige Kolbenmaschine nur einen einzigen Kolben aufweisen soll, so kann man anstelle eines der Kolben einen sogenannten Blindkolben (nicht dargestellt) im Joch befestigen. Dieser Blindkolben kann als eine nur kurze Stange ausgeführt sein, die in der anderen Klemmvorrichtung festgeklemmt ist. Das dem Exzenter zugewandte Ende dieser Stange ist mit einer Platte versehen, die im Zusammenhang mit der Maschine nach Fig. 1 bereits beschrieben worden ist.

Claims

1. Kolbenmaschine, mit einem Gehäuse (2, 101), in dem ein Hohlraum vorhanden ist, der mit einem Deckel geschlossen ist, mit einem Exzenter (11, 103), der auf der Maschinenwelle (9, 102) befestigt ist, mit einem Zwischenstück (13, 104), welches den Exzenter umgibt und welches auf die Fusspartie (15) der Kolben einwirken kann und mit einer Rückholvorrichtung (14, 110, 130), die an der Fusspartie der Kolben (5, 105) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückholvorrichtung (14) einen ringförmigen Grundkörper (16) sowie Rückholkrallen (17) aufweist, dass der Grundkörper (16) sich auf dem Exzenter (11) neben dem Zwischenstück (13) befindet, dass die Rückholkrallen (17) die Form von vom Grundkörper (16) abstehenden Vorsprünge aufweisen, die entlang der Umfangspartie des Grundkörpers (16) verteilt sind und dass jedem Kolben eine Kralle (17) zugeordnet ist, welche an jener Seite der Fusspartie (15) des Kolbens (5) angreift, die dem Wellenende (9) zugewandt ist.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Fusspartie (15) des jeweiligen Kolbens (5) am Zwischenstück (13) eine vorstehende Gleitfläche (28) ausgebildet ist, die auf die Unterseite der Fusspartie (15) des Kolbens (5) einwirken kann.

3. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite des Zwischenstückes (13) Vorsprünge (27) aufweist und dass im Scheitelbereich dieser Vorsprünge (27) die Gleitfläche (28) ausgeführt ist.

4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützplatte (22) am freien Ende der Welle (9) befestigt ist und dass die Stützplatte (22) mit einem Auswuchtgewicht (24) versehen sein kann.

5. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fusspartie (15) des Kolbens (5) mit einem Schuh (19) versehen ist, dass dieser Schuh (19) eine Platte (20) aufweist, an der die Rückholvorrichtung (14) angreift, und dass die Platte (20) mit einer gegen das Wellenende hin verlängerten Partie (26) versehen sein kann, an der die Kralle (17) der Rückholvorrichtung (14) angreift.

6. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, mit zwei einander gegenüberliegenden Kolben (105), die mit Hilfe eines Joches (110, 130) untereinander verbunden sind, wobei dieses Joch Vorrichtungen (112) zum Festklemmen des jeweiligen Kolbens aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (105) über ihre gesamte Länge zylinderförmig sind, dass das Joch (110 bzw. 130) in einem Abstand voneinander angeordnete Stirnwände (131) aufweist, dass die Klemmvorrichtungen (112) sich zwischen diesen Stirnwänden (131) im Bereich der Kolbenenden estrecken und dass zwischen den Stirnwänden (131) des Joches (110) sich das Zwischenstück (104) befindet, das auf der Antriebswelle (102) gleitbar gelagert ist und das durch die Stirnwände geführt werden kann.

7. Kolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (110) U-förmig ist und dass der Querschnitt dieses Joches (110) auch U-förmig ist.

8. Kolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Verbindungspartie (137) des Joches (110) mit Längsrippen (138) versehen ist. (Fig. 14).

9. Kolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zueinander verlaufenden Stirnwände (131) des Joches (130) durch zwei Seitenwände (132) untereinander verbunden sind, in welchen die Klemmvorrichtungen (112) ausgebildet sind und dass die Stirnwände (131) Oeffnungen (133) für den Durchgang der Welle (102) aufweisen, auf der das Zwischenstück (104) sitzt.

10. Kolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (130) zwei Hälften (134, 135) aufweist, die sich zu den beiden Seiten der Welle befinden und dass jede dieser Hälften einen Teil der ringförmigen Partie (120) der Klemmvorrichtung (112) trägt.

11. Kolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Klemmvorrichtung (112) eine ringförmige Partie (120) aufweist, die den zylinderförmigen Mantel des jeweiligen Kolbens (105) umfasst und dass sich zwischen dem Boden des jeweiligen Kolbens (105) und dem Zwischenstück (104) eine Platte (116) befindet, über die der Kolben antreibbar ist.

12. Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand der ringförmigen Partie (120) des Joches mit einem konischen Gewinde versehen ist und dass in dieses Gewinde eine Spannzangenmutter (144) einschraubbar ist, die den zylinderförmigen Mantel des Kolbens (105) umgibt, wobei die Mutter (144) eine flache Partie (145) aufweist, an die sich auf dem Kolben aufliegende Zungen (146) anschliessen. (Fig. 15 und 16)

13. Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der ringförmigen Partie (120) mit einer Auflagefläche (147) versehen ist, dass ein etwa ringförmiges Andrückelement (148) vorgesehen ist, das einen Flansch (150) sowie eine von diesem Flansch abstehende rohrförmige Partie (149) aufweist, dass durch den Flansch (150) Schrauben (151) hindurchgehen, die im Joch eingeschraubt sind und dass sich zwischen der Stirnseite der rohrförmigen Partie (149) und der Auflagefläche (147) ein Spannelement (152) befindet. (Fig. 17)

14. Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (105) aus einem keramischen Material sind und dass die Platte (116) aus Stahl ist.

15. Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (116) seitliche Ausläufer (142) aufweist, dass in der Innenseite der Schenkel (136) des Joches Nuten (143) ausgeführt sind und dass die Ausläufer (142) der jeweiligen Platte (116) in den Nuten (143) liegen. (Fig. 14)

16. Kolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein seitlicher Bereich der ringförmigen Partie (120) eine Materialanhäufung (123) aufweist, dass diese durch einen quer verlaufenden Schlitz (122) in zwei Teile unterteilt ist und dass durch diese Materialanhäufungen (123) eine Klemmschraube4.113) hindurchgeht.