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Einrichtung bei mehrzylindrigen Ulpumpen mit umlaufendem Zylinderkörper
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung bei mehrzylindrigen Ölpumpen mit umlaufendem
Zylinderkörper, bei welchen zwischen den Anschlußkanälen für die Zu- und Ableitung
der geförderten Flüssigkeit und den Pumpenzylinderräumen Steuerschlitze angeordnet
sind. Solche Anordnungen sind hauptsächlich bei Axial- bzw. Radialkolbenmaschinen
üblich, die als Pumpe oder Motor Hauptbestandteile der bekannten hydrostatisch wirkenden
Flüssigkeitsgetriebe sind.
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Bei diesen Pumpen mit umlaufenden Zylindern (im weiteren Text wird
nur die Bezeichnung »Pumpe« verwendet, alle Ausführungen gelten aber auch bei den
im Prinzip gleichwirkenden 'Motoren) werden die Kolben durch einen ortsfesten Exzenter,
eine ortsfeste Schiefscheibe oder andere Hubantriebe gesteuert.
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Daraus ergibt sich nun die Aufgabe, den in ortsfesten Kanälen zu-
bzw. abzuleitenden Flüssigkeitsstrom in der Kolbenbewegung entsprechendem Takte
den einzelnen umlaufenden Zylindern zuzuführen bzw. von dort wieder abzuleiten.
Praktisch wurde diese Aufgabe bisher gelöst, indem man die Zylindertrommel axial
gegen eine Gehäuseinnenfläche anlegte, welche als kreisrunde Planfläche (Steuerspiegel)
die Mündungen der ortsfesten Anschlußkanäle für die Zu- bzw. Ableitung des Flüssigkeitsstromes
enthält.
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Es ist üblich, auch die am Steuerspiegel anliegende Stirnfläche
des Zylinderkörpers als genau kreisrunde Planfläche auszubilden und die Hubräume
der Zylinder mit je einem'Steuerkanal zu versehen, der so in diese Planfläche
(»Steuerfläche«) des Zylinderkörpers mündet, daß die einzelnen Kanalöffnungen beim
Umlauf des Zylinderkörpers abwechselnd und je eine halbe Umdrehung lang mit
dem als Zuleitung bzw. dem als Ableitung dienenden Steuerschlitz am ortsfesten Steuerspiegel
zur Deckung kommen. Dabei liegen die beiden Stege, welche am Steuerspiegel die beiden
Steuerschlitze in Drehrichtung voneinander trennen, im allgemeinen so, daß der Wechsel
der Kanalöffnungen vorn einen Steuerschlitz zum anderen mit den Totpunktlagen der
zugeordneten Kolben zusammenfällt.
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Die auch bei sehr hohen Flüssigkeitsdrücken ausreichend dichte Überleitung
der geförderten Flüssigkeit an der durch die sich berührende Planfläche des Steuerspiegels
und der Steuerfläche gebildeten Trennstelle setzt bei allen Betriebsumständen die
Aufrechterhaltung dieser genauen Anlage voraus. Durch Herstellungsungenauigkeiten,
unvermeidbares Lagerspiel und sowohl therrnische als auch durch die am Zylinderkörper
und auch z. B. am Antrieb der Pumpenwelle angreifenden Kräfte verursachte elastische
Verformungen der Bauteile ist das aber unmöglich, wenn nicht besondere Vorkehrungen
getroffen werden, die dem Zylinderkörper so viel Freiheit der Lage beschaffen, daß
die genaue Anlage durch die genannten schädlichen Einflüsse nicht gestört werden
kann.
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Man hat zu diesem Zweck bisher den Zylinderkörper, obwohl das aus
baulichen und Kostengründen sehr erwünscht wäre, im allgemeinen nicht starr auf
der Pumpenwelle befestigt oder für sich starr auf einer Achse gelagert, sondern
stets Mittel dazwischengeschaltet, die dem Zylinderkörper eine ausreichende axiale
und kardanische Beweglichkeit sicherten.
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Diese Maßnahme ergibt aber auch in baulicher und betrieblicher Hinsicht
große Nachteile. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, zu erreichen,
daß der Zylinderkörper auf einfache Weise starr auf der Purnpenwelle befestigt oder
auf einer Achse starr gelagert werden kann, ohne die dichte Überleitung der geförderten
Flüssigkeit zwischen der Steuerspiegelfläche und der Steuerfläche zu gefährden.
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Dabei müssen jedoch noch folgende Bedingungen berücksichtigt werden:
Die wirkliche Drehachse des Zylinderkörpers kann sich gegenüber der theoretisch
erforderlichen, auf der Planfläche des Steuerspiegels genau senkrecht stehenden
und gleichmittigen Lage sowohl quer und parallel zu sich selbst als auch in ihrer
Richtung in wenn auch geringen Grenzen verlagern. Dazu kommt die Möglichkeit einer
axialen Verschiebung des Zylinderkörpers. Die reine achsparallele Querverlagerung
wäre durch die Planform der Steuerflächen so gut wie bedeutungslos, und bei Beibehaltung
der Planform des Steuerspiegels und der Steuerfläche beschränken sich die Bedingungen
der Aufgabe auf die Sicherstellung der axialen und richtkraftfreien Einstellmöglichkeit
der am Steuerspiegel anliegenden Steuerfläche.
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Die vorliegende Erfindung löst die genannte Aufgabe dadurch, daß zwischen
dem Träger der Steuerschlitze
und dem Zylinderkörper gleichmittig
mit diesem eine Steuerplatte axial beweglich und ein Ab-
weichen ihrer Rotationsebene
von der Senkrechten zur Drehachse zulassend angeordnet ist und mit dem Zylinderkörper
oder getrieblich gleichwertigen Teilen drehfest verbunden ist, zwei planparallele
Flächen besitzt, mit einer dieser Flächen als Steuerfläche an dem an sich bekannten
Steuerspiegel des Trägers anliegt, zu jedem Zylinder einen axialen Verbindungskanal
aufweist, der mit den Steuerschlitzen des Steuerspiegels zur Deckung kommt, und
daß die Zylinderhubräume je eine zylindrische und zur Drehachse genau parallel
liegende Mündungsbohrung besitzen, in die ein Paßring mit geringem Durchmesserspiegel
eingelagert ist, dessen Stirnfläche durch Federkraft und Flüssigkeitsdruck gegen
die Planfläche der Steuerplatte gepreßt wird und dabei die Mündung des zugeordneten
Verbindungskanals einfaßt.
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Die Steuerplatte besitzt zwischen dem Steuerspiegel und dem Zylinderkörper
so viel axiales Spiel, daß sie niemals eingeklemmt werden kann. Die Federkraft belastet
jeden der Paßringe stets in Richtung gegen die Steuerplatte, und diese legt sich
schon dadurch auch beim Lauf der Pumpe ohne Flüssigkeitsdruck immer leicht am Steuerspiegel
an. Ihre axiale und kardanische Freiheit erhält die Steuerplatte dadurch, daß sie
an der Zentrierbohrung oder an im gleichen Sinne wirkenden Stellen eine schmale
Auflage und ein geringes Durchmesserspiel besitzt. In Anbetracht des äußerst geringen
notwendigen Einstellbereiches der Steuerplatte genügt als Passung schon ein enger
Laufsitz.
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Der eben erwähnte geringe notwendige Einstellbereich verlangt von
den Paßringen in den Zylinderbohrungen eine so geringe kardanische Beweglichkeit,
daß das hierzu notwendige Durchmesserspiel der Paßringe deren Abdichtung am Umfang
noch nicht allzu sehr verschlechtert.
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Die axiale Beweglichkeit der Paßringe ergibt sich ohne weiteres durch
deren Lagerung in den zylindrischen Mündungsbohrungen. Querverlagerungen der Drehachse
gleichen sich durch eine radiale Verschiebung der Paßringe an der Steuerplatte oder
der Steuerplatte am Steuerspiegel aus.
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Durch die erfindungsgemäße Bauweise ist die Steuerplatte frei von
äußeren Krafteinflüssen. jedoch erfordert die Dichthaltung an den aufeinander gleitenden
Trennflächen am Steuerspiegel eine im gleichen Sinn wie der jeweils herrschende
Flüssigkeitsdruck sich ändernde zusätzliche, positive, d. h. die Steuerfläche
gegen den Steuerspiegel pressende Belastung. Bei der Ausbildung gemäß der Erfindung
stellt diese sich stets selbsttätig dadurch ein, daß zunächst in jedem Zylinder
bzw. jeder Mündungsbohrung der dort herrschende Flüssigkeitsdruck (vom Sang- und
vom Förderdruck abhängig) den eingelagerten Paßring mit einer Kraft gegen die Steuerplatte
hin belastet, die dem Produkt aus Mündungsbohrungsquerschnitt minus Querschnitt
der vom Paßring an der Planfläche der losen Stenerplatte eingerahmten Kreisquerschnitte
und dem herrschenden Flüssigkeitsdruck entspricht. Dadurch wird zunächst die Trennfläche
zwischen Paßring und Steuerplatte abdichtend belastet. Die Summe der eilizelnenPaßringbelastungen
überträgt sich dabei auch auf die Steuerplatte und ergibt einen Teil der benötigten
hydraulischen Anpreßkraff. Nun belastet der Flüssigkeltsdruck in den einzelnen Zylindern
zudem auch noch die Steuerplatte unmittelbar selbst mit einer positiven Gesamtlast,
die der Summe der Produkte aus den von den Paßringen an den Trennstellen eingefaßten
Kreisflächen und dem Flüssigkeitsdruck im Zylinder entspricht. Auch diese Belastung
wirkt positiv. Der von den Paßringen jeweils eingerahmte Kreisdurchmesser kann durchAnpassung
der Bohrung des Paßringes ohne Schaden nahe bis zum Außendurchmesser des Paßringes
vergrößert werden, so daß die hydraulisch belastete abdichtende Trennfläche eine
nur noch geringe radiale Breite aufweist.
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Die in der erläuterten Weise entstehende und die Steuerplatte positiv
belastende hydraulische Anpreßkraft wäre an sich so groß, daß an der Planfläche
des Steuerspiegels und der an ihr gleitenden Steuerfläche eine unzulässige Reibung
und Erwärmung auftreten würde. In Wirklichkeit erzeugt derselbe Flüssigkeitsdruck
auch eine negative, die Steuerflächen abhebende und daher die positive Anpreßkraft
der Steuerplatte mindernde hydraulische Kraft, die sich etwa als Produkt aus der
Fläche jedes der beiden Steuerschlitze und dem in ihm herrschenden Flüssigkeitsdruck
ergibt. Diese hydraulischen Kräfte lassen sich durch eine zweckmäßige Bemessung
der Steuerschlitze aber so gegeneinander ausgleichen, daß die Gleitflächen am Stenerspiegel
nur gerade die zum Dichthalten der Trennstellen notwendige Belastung bekommen.
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Der Zylinderkörper mit Steuerplatte gemäß Erfindung kann auf beliebige
Weise drehbar und starr gelagert und also auch auf der Pumpenwelle starr befestigt
sein. Diese ist dadurch imstande, beliebige Kräfte hydraulischer Art oder z. B.
von den Kolben ausgelöste Kräfte und Momente aufzunehmen. Damit ist die gestellte
Aufgabe gelöst.
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Bei hohem Flüssigkeitsdruck müßte jedoch zur Beschränkung der Leckverluste
auf ein zulässiges Maß das Durchmesserspiel der Paßringe immer kleiner bemessen
und gleichzeitig die Paßlänge verkürzt werden, um den benötigten kardanischen Bewegungsbereich
unverändert zu halten. Aus Fertigungsgründen und wegen der nicht großen, aber doch
bei hohem Flüssigkeitsdruck nicht zu übersehenden elastischen Durchmesservergrößerung
der Paßringe sind solchen Maßnahmen jedoch Grenzen gesetzt.
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Um nun die lose Steuerplatte gemäß der Erfindung auch bei hohen und
höchsten Drücken anwenden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der
in die Mündungsbohrung eingesetzte Paßring als Paßmuffe ausgebildet ist, deren der
Steuerplatte zugewendete Stirnseite eine Kugelfläche mit Mittelpunkt auf der Muffenachse
besitzt und an der kugelflächigen Stirnseite ein schmaler Kugelring mit passender
Gegenfläche anliegt und die dem Steuerspiegel zugewendete plan bearbeitete Stirnfläche
des Kugelringes durch Federkraft und durch Flüssigkeitsdruck gegen die Planfläche
der Stenerplatte gepreßt wird und dabei die Mündung des zugeordneten Verbindungskanals
der Steuerplatte einfaßt.
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Bei großen Pumpen, aber auch großen Durchmessern der Paßringe bzw.
Paßmuffen wird die Ab-
dichtung derselben erfindungsgemäß durch Dichtungsringe
verbessert.
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Nach der Erfindung soll die Lagerung der Zylindertrommel eine axiale
Einstellmöglichkeit derselben zulassen. Dabei ist erfindungsgemäß die Anordnung
so getroffen, daß die Zylindertrommel bzw. der Zylinderkörper durch auswechselbareAbstandsringe,
Gewinderinge od. dgl. in die günstigste Entfernung von der Steuerplatte gebracht
werden kann. Es erübrigt sich dadurch eine besondere Einstellmöglichkeit bei jedem
Paßring oder bei jeder Paßmuffe.
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Um die Verbindungskanäle der Steuerplatte möglichst zweckmäßig zu
gestalten, sind diese nach der
Erfindung langlochförtnig und besitzen
nach dem Zylinderkörper zu eine konische Erweiterung mit kreisförrnigern Querschnitt.
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Außerdem soll bei der drehfesten Verbindung zwischen der Steuerplatte
und dem Zylinderkörper oder getrieblich gleichwertigen Teilen eine Minderung des
Laufgeräusches der Pumpe dadurch ermöglicht werden, daß die drehfeste Verbindung
mit einem gewissen toten Gang versehen wird, der es der Steuerplatte bei jedem Drehrichtungswechsel
ermöglicht, selbsttätig ihre Stellung jeweils um einen gewissen Phasenwinkel der
theoretisch notwendigen Stellung nacheilen zu lassen und dadurch in den vom Saug-
zum Druckschlitz wechselnden Zylinderbohrungen eine gewisse Vorkompression bzw.
Expansion zu erreichen.
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Dazu schlägt die Erfindung vor, daß zur Antriebsverbindung der Steuerplatte
mit dem Zylinderkörper oder getrieblich gleichwertigen Teilen formschlüssig wirkende,
ein begrenztes Drehspiel zwischen Steuerplatte und Zylinderkörper zulassende Mittel
angeordnet sind.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ergibt sowohl bei Axialkolbenmaschinen
als auch bei Anordnungen, bei denen die Zylinder sternförrnig oder winklig zur Pumpenachse
angeordnet sind, besondere Vorteile.
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Bei den ersteren sind erfindungsgemäß die Zylinderbohrungen des Zylinderkörpers
mit gleichbleibendem Durchmesser durch den ganzen Zylinderkörper hindurchgeführt
und dienen gleichzeitig zur Aufnahme der Kolben und der Paßringe bzw. der Paßmuffen
mit Kugelring. Dabei wird der Paßring oder die Paßmuffe jedes Zylinders durch eine
teils im hohlen Kolben liegende und sich gegen diesen abstützende Feder belastet.
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Bei der anderen Bauart (Radialkolbenmaschinen) ist die Anordnung erfindungsgemäß
so getroffen, daß die Zylinderbohrungen des Zylinderkörpers in Mündungsbohrungen
münden, die parallel zur Mittelachse liegen und den ganzen Zylinderkörper durchdringen,
wobei in beiden Mündungen jeder Mündungsbohrung je ein Paßring oder eine
Paßmuffe mit Kugelring eingelagert und an beiden Stirnseiten des Zylinderkörpers
je eine Steuerplatte und an der benachbarten Gehäusewand je ein Steuerspiegel
angeordriet ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich auch aus der Vorbelastung der Kolben
in Richtung des Saughubes, wodurch die Pumpe frei ansaugen kann und im Saugkanal
keinen so großen Vordruck zur Rückführung der Kolben benötigt. Für die Lagerung
der Zylindertrommel ist es dabei sehr zweckmäßig, daß diese keinerlei hvdratilische
Axialkräfte übernehmen muß und sich daher einfach und billig bauen läßt.
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Zur axialen Vorbelastung werden nach der Erfindung verschiedene Arten
von Federn vorgeschlagen. Bei Pumpen mit umlaufendern Zylinderkörper, bei denen
sich innerhalb der Mündungsbohrungen keinerlei Federn anordnen lassen, sieht die
Erfindung eine Federung vor, die an der Stirnseite des Zylinderkörpers untergebracht
ist. Um überhaupt die Paßringe oder Paßmuffen von außen beeinflussen zu können,
schlägt die Erfindung vor, unter Vergrößerung des axialen Abstandes zwischen der
Steuerplatte und dem Zylinderkörper die Paßringe oder Paßmuffen weiter aus dem Zylinderkörper
herausstehen zu lassen und vor allem deren herausstehendes Ende am Außendurchtnesser
mit einer eingedrehten Rille oder einem radialen Bund oder mit beidem zu versehen.
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In Fällen, bei denen die Federn für die Belastung der Paßringe oder
Paßmuffen innerhalb der Mündungsbohrungen untergebracht werden können, wird erfindungsgemäß
eine Schraubenfeder je Mündungsbohrung verwendet. Nach einem anderen Vorschlag
der Erfindung wird zum gleichen Zweck ein gewellter Federring konzentrisch in der
Mündungsbohrung angeordnet.
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Wenn jedoch die innerhalb der Mündungsbohrung liegende Feder nicht
am Kolben, am Zylinderkörper oder am gegenüberliegenden Paßring bzw. an der gegenüberliegenden
Paßmuffe anliegen kann oder soll, ist nach der Erfindung die Anordnung so getroffen,
daß die Feder sich andererseits gegen einen Profilring abstützt, welcher an einem
mit halbem Querschnitt in einer in die Zylinderwandung eingedrehten Nut eingelassenen
Sprengring ansteht und diesen gleichzeitig gegen Herausspringen sichert. Der Profilring
hat dabei noch den Vorteil, daß seine Bohrung auf der Kolbenseite strömungsgünstig,
konisch angesenkt werden kann.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung
stützt sich die innerhalb der Mündungsbohrung liegende und der axialen Belastung
des Paßringes oder der Paßmuffe dienende Feder andererseits gegen den Kolben ab
oder, bei durchgehenden Mündungsbohrungen, gegen den gegenüberliegenden Paßring
bzw. die gegenüberliegende Paßmuffe. Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag
werden die an der Stirnseite des Zylinderkörpers vorstehenden Enden der Paßringe
oder Paßmuffen von zwei im Sinne eines Inkreises und eines Umkreises tangential
an denFlanken der eingedrehten Rillen oder der Bunde anliegenden und sich gegen
die Stirnfläche des Zylinderkörpers abstützenden gewellten Federn axial belastet.
Dadurch werden die Paßringe bzw. Paßmuffen jeweils an zwei sich gegenüberliegenden
Umfangspunkten axial belastet, und die Höhe der Belastung kann durch eine axiale
Verschiebung des Zylinderkörpers mittels Abstandsringen od. dgl. an seiner Lagerung
eingestellt werden.
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Zur gemeinsamen axialen Belastung aller Paßringe oder Paßmuffen eignen
sich nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung aber auch zwei Tellerfedern, welche
sich im Sinne eines Umkreises bzw. Inkreises tangential an die Flanken der Rillen
oder Bunde anlegen und sich andererseits gegen die Stirnwand des Zylinderkörpers
abstützen. Auch hier kann die Federspannung gemeinsam durch eine axiale Verschiebung
des ZylinderkÖrpers geregelt werden.
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Eine andere Art der federnden axialen Belastung der Paßringe oder
Paßmuffen besteht nach der Erfindung darin, jeden Paßring bzw. jede Paßmuffe mit
einer die Form einesDreiecks mit abgerundeten Ecken besitzenden Ringfeder zu versehen,
deren abgerundete Ecken gegen die Stirnseite des Zylinderkörpers zu abgebogen sind,
sich dort abstützen und deren Dreiecksseiten sich tangential an den Paßring bzw.
Paßmuffe anlegen und sich axial gegen die Flanke der eingedrehten Rillen oder des
radialen Bundes federnd abstützen. Auch hier wird die Federkraft bei allen Ringfedern
gemeinsam durch axiales Verschieben des Zylinderkörpers eingestellt, Die Jetztgenannte
Federart besitzt eine sehr hohe Eigenfrequenz und dabei einenverhältnismäßiggroßen
zulässigen Hub, so daß sie sich sowohl bei hohen Drehzahlen als auch bei größerem
zu erwartendem Verlagerungsbereich des Zylinderkörpers gleich gut eignet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung des Zylinderkörpers mit loser Steuerplatte
und Zubehör erweitert die Gestaltungsmöglichkeit der Pumpen mit umlaufenden
Zylindern
ganz erheblich. So ist es jetzt durchaus möglich, z.B. bei Pumpen mit auf einer
Welle gelagertem Zylinderkörper, diese Welle nur im Steuerdeckel oder nur im Lagerdeckel
zu lagern und als zweites Lager den Zylinderkörper selbst an seinem zylindrischen
Umfang mittels Gleit- oder Wälzlager unmittelbar im Gehäuse zu lagern, was bisher
wegen der notwendigen kardanischenBeweglichkeit desselben nicht möglich war.
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Dazu kommt, daß die Pumpen der neuen Bauart sich größenmäßig in den
meisten Fällen nicht nachteilig von den bisher bekannten unterscheiden, in der Herstellung,
z. B. bei achsparalleler Zylinderlage, durch die durchgehenden Zylinderbohrungen
besonders billig sind und es ohne weiteres möglich ist, den Zylinderkörper nur aus
hochwertigem Guß oder vergütetem Baustahl und dafür die leicht zu bearbeitende Steuerplatte
aus gehärtetem Stahl auszuführen.
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Infolge der starren Lagerung des Zylinderkörpers und seiner Unempfindlichkeit
gegenüber kleinen Verlagerungen seiner Drebachse können bei Pumpen in der neuen
Ausführung die den Hub erzeugenden und die die Kolben steuernden Bauteile
lediglich ihrem Zweck entsprechend angeordnet und gestaltet werden, ohne daß auf
äußere Belastung des Zylinderkörpers Rücksicht genommen werden muß.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren
Einzelheiten dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einenLängsschnitt durch eine mehrzylindrige
Schiefscheibenpumpe, Fig. 2 eine Ansicht der losen Steuerscheibe (zur Hälfte), Fig.
3 einenLängsschnitt durch eine mehrzvlindrige Pumpe mit sternförmiger Anordnung
der Zylinder, Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt durch Zy-
linderkörper,
Steuerplatte, Paßmuffe und Kugelring, Fig. 5 einen vergrößerten Längsschnitt
durch eine Zylinderbohrung mit eingelagertem und gefedertem Paßring, Fig.
6 eine Stirnansicht des Zylinderkörpers mit Paßringen und Federung (zur Hälfte),
Fig. 7 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Zylinder mit Paßmuffe
und Federung, Fig. 8 eine Stirnansicht des Zylinderkörpers (zur Hälfte) mit
Paßringen und Federung. Gleichwirkende Teile tragen in allen Figuren dieselben Bezugszeichen.
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Die Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine
mehrzylindrige Schiefscheibenpumpe im Längsschnitt. In dem am Gehäuse
1 angeflanschten und befestigten Steuerdeckel 2 und Lagerdeckel
3 ist die Pumpenwelle 4 mittels des Rollenlagers 5 und des Kugellagers
6 drehbar gelagert. Auf der Pumpenwelle4 ist der Zylinderkörper7 ohne Spiel,
eher mit Festsitz, angeordnet.. und seine achsparallel und in gleichmäßiger Teilung
um die Pumpenwelle4 herum liegenden Zylinderbohrungen 8 durchdringen den
ganzen Zylinderkörper 7 mit gleichbleibendem Durchmesser. In den Zylinderbohrungen
8 ist je einKolben 9
dicht und beweglich geführt und steht mit
seinem Kopf an der Planfläche des als Schiefscheibe die Kolben steuernden und in
schräger Lage im Lagerdeckel 3
gefaßten Längskugellagers 10 an. Zwischen
dem Zylinderkörper 7 und dem Steuerdeckel 2 ist eine scheibenförmige Steuerplattell
angeordnet (s.Fig.2), deren Stirnflächen genau planparallel sind und deren Mittelbohrung
gegenüber der Pumpenwelle4 so viel Durchniesserspiel aufweist, daß die Steuerplatte
sich zwanglos axial verschieben und in geringem Maße kardanisch bewegen läßt. Sowohl
der Zylinderkörper7 als auch die Stenerplatte 11 sind mit der Pumpenwelle4
durch einen für beide gemeinsam dienenden Keil 12 drehfest verbunden und dadurch
auch in ihrer gegenseitigen Drehlage fixiert. Der Steuerdeckel 2 besitzt auf der
Innenseite eine genaue Planfläche, im folgenden stets »Steuerspiegel« genannt, in
welche die beiden ortsfesten Anschlußleitungen 13 als zwei kreisringförmige,
zur Pumpenwelle symmetrisch und gleichmittig liegende Stenerschlitze 14 münden.
Die Steuerplatte 11 (s. auch Fig. 2) besitzt in der Achsverlängerung von
jeder Zylinderbohrung 8 je einen konischen Verbindungskanal 15, dessen
dem Steuerspiegel zugewendete Öffnung ]anglochförmig ist und in ihren radialen Abmessungen
genau mit den kreisringförmigenSteuerschlitzen derselben übereinstimmt. Die dem
Steuerspiegel zugewendete Planfläche der Steuerplatte 11 sei im folgenden
mit »Steuerfläche« bezeichnet. Die Mündungen der Verbindungskanäle kommen bei umlaufender
Steuerscheibe 11 abwechselnd je eine halbe Umdrehung lang mit dem
einen und dem anderen der beiden Steuerschlitze 14 zur Deckung. In den Zylinderbohrungen
8 ist außer dem Kolben 9 je ein schinaler Paßring 16 eingelagert
und mit solchem Durchmesserspiegel eingepaßt, daß er in Verbindung mit seiner geringen
Paßlänge in ihr außer der axialen auch eine ganz geringe kardanische Bewegungsfreiheit
besitzt. Eine in jede Zylinderbohrung 8 eingelagerte Schraubenfeder
17 stützt sich mit auch bei äußerster Kolbenlage noch vorhandener Vorspannung
einerseits gegen den Kolben 9 und andererseits gegen den Paßring
16 ab. Das bewirkt einen kraftschlüssigen Antrieb der Kolben 9 beim
Saughub und ein Andrücken des Paßringes 16 mit seiner genau plan geschliffenen
Stirnseite gegen die ihm zugewendete Planfläche der Steuerplatte 11, wobei
der Innendurchmesser seiner ringförmigen Stirnfläche jeweils die kreisrunde Öffnung
des zugeordneten Verbindungskanals 15 umfaßt. Die Steuerplatte
11 besitzt zur Sicherung ihrer axialen Beweglichkeit zwischen dem Steuerspiegel
und dem Zylinderkörper7 ein geringes axiales Spiel, wird aber stets gemeinsam von
allen Paßringen 16 mit geringer Kraft gegen den Steuerdeckel gedrückt, wodurch
der Steuerspiegel und die Steuerfläche dauernd in dichte gegenseitige Flächenberührung
kommen. Das axiale Spiel der Steuerplatte 11 kann durch Einlegen passender
Abstandsringe 18
neben dem gleichzeitig als Führungslager dienenden Kugellager
6 nach Bedarf einreguliert werden. Der Zylinderkörper7 ist am zylindrischen
Umfang noch unmittelbar im Gehäuse 1 gelagert, und dieses Lager kann entweder
als Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet sein.
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jeder Zylinderraum steht durch den Paßring 16
und den zugeordneten
Verbindungskanal 15 je nach Saug- oder Druckhub des Kolbens jeweils mit dem
einen oder dem anderen als Zu- bzw. als Ableitung dienenden Steuerschlitz 14 des
Steuerdeckels 2 in Verbindung. Die Dichtheit aller nur als Planflächen aneinander
anliegenden Trennstellen (Paßring 16,
Steuerplatte 11 bzw. Steuerplatte
11, Steuerdeckel 2) wird dabei zunächst durch die Kraft der Schraubenfedern
17 bewirkt. Dabei kann im Betrieb der Zylinderkörper 7 eine sogar sich laufend
verändernde geringe, aber beliebige Verlagerung seiner wirklichen Rotationsachse
erfahren. Ausgelöst werden diese Verlagerungen durch die Querkümponente der Kolben
und durch Kräfte, die vom Antrieb am äußeren Stummel der Pumpenwelle herrühren,
in Verbindung mit dem Lagerspiel -und der elastischen Nachgiebigkeit der Pumpenwelle
und anderer Teile.
Wenn diese Änderungen in der Richtung der Rotationsachse
und deren Querlage auch praktisch sehr gering gehalten werden können, so sind sie
doch noch viel zu groß, um auch bei hohen Förderdrücken eine genügende Dichtheit
der plan geschliffenenTrennstellen aufrechtzuerhalten. Durch die axial und kardanisch
bewegliche Lagerung der Steuerplatte 11 und der Paßringe 16 kann sich
aber die Steuerplatte 11
frei und ungezwungen nach dem Steuerspiegel ausrichten
und an diesen anlegen. Die Schraubenfedern 17 bzw. deren Kraft richten die
Paßringe 16 nach der anderen Planfläche der Steuerplatte 11 aus. Dabei
vollführt allerdings bei vorliegendem Richtungsfehler der Rotationsachse des Zylinderkörpers
jeder Paßring in seiner Zylinderbohrung bei jeder Umdrehung der Pumpenwelle 4 eine
geringe Hub- und Taumelbewegung, die aber durch das geringe, bei niederen
bis mittleren Förderdrücken noch unschädliche Durchmesserspiel desselben ohne weiteres
möglich ist. Sobald die Pumpe vom Flüssigkeitsdruck beaufschlagt ist, werden die
Schraubenfedern 17 durch hydraulische Kräfte unterstützt, die zunächst jeden
Paßring mit einer Kraft gegen die Steuerplatte pressen, die dem Produkt gleich Zylinderquerschnitt
minus der von der kreisringförmigen Anlageplanfläche des Paßringes 16
an der
Steuerplatte 11 umrahmten Kreisfläche mal dem in dem momentan zugeordneten
Steuerschlitz herrschenden Flüssigkeitsdruck (kg/cm2) entspricht. Die Summe aller
Paßringkräfte überträgt sich auf die Steuerplatte 11 als positive,
d. h. deren Steuerfläche gegen den Steuerspiegel pressende Kraft. Auf die
Steuerplatte 11 selbst wirkt aber noch eine weitere positive Kraft, die sich
aus der Summe der Produkte aller von den kreisringförmigen Dichtflächen der Paßringe
16 eingerahmten Kreisflächen und dem jeweils in ihrem zugeordneten Steuerschlitz
herrschenden Flüssigkeitsdruck (kg/crn2) ergibt. Die Summe beider Arten der positiven
Anpreßkräfte entspricht letzten Endes einfach der Summe aller Produkte aus den Zylinderquerschnitten
und dem in ihnen herrschenden Flüssigkeitsdruck. Dieser gesamtenAnpreßkraft wirkt
nun eine negative Kraft entgegen, die der Summe der Produkte jeder Steuerschlitzfläche
mal dem in dem Steuerschlitz herrschenden Flüssigkeitsdruck entspricht und die Steuerplatte
11 vom Steuerspiegel abzuheben versucht. Praktisch sind die positiven und
negativen Kräfte durch einen zweckmäßig gewählten Flächeninhalt der Steuerschlitze
aber ohne weiteres so zu bemessen, daß sich bei allen Förderdrücken eine sich selbsttätig
anpassende, zur Dichthaltung der Trennflächen genügende positive Restkraft ergibt.
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Vorkommende Querverlagerungen des Zylinderkörpers bzw. der Rotationsachse
werden ohne weiteres durch die gegenseitige Verschiebbarkeit der plan aneinander
anliegenden Dichtflächen zwanglos ausgeglichen.
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Die Einführung des Paßringes in Verbindung mit einer losen Steuerplatte
läBt also ohne schädliche Wirkung eine gewisse Richtungs-, Quer- und Axialverlagerung
des Zylinderkörpers zu. Dadurch kann der Zylinderkörper im Gehäuse mit und ohne
Pumpenwelle starr, aber drehbar gelagert werden, und es ist z. B. ohne weiteres
bei der in Fig. 1 gezeigten Schiefscheibenpumpe möglich, den Wellenstummel
links oder rechts oder auf beiden Seiten aus der Pumpe heraustreten zu lassen. Man
kann auch auf eines der Deckellager verzichten, die Pumpenwelle nur in einem Deckel
und gleichzeitig den Zylinderkörper 5 an seinem Umfang im Gehäuse
1 lagern, und als weitere Möglichkeit kann der Zylinderkörper 5
auch
ohne Welle für sich allein im Gehäuse 1 gelagert und über Steckwelle od.
dgl. angetrieben werden. Alle dieseBaumöglichkeiten werden durch die neue Steuerplatte
mit Paßring erschlossen. Die Lagerung des Zylinderkörpers hat keine Blindkräfte
zu übertragen, die durchgehenden Zylinderbohrungen 8 entlasten ihn von allen
hydraulischen Axialkräften, was für die Ausbildung der Lagerung einen großen Vorteil
bedeutet und auch die Bildung Geräusch erzeugender, hochfrequenter Axialschwingungen
vermeidet.
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In Fig. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine Pumpe mit sternförmig und radial angeordneten Zylinderbohrungen im Längsschnitt
gezeigt. An das Gehäuse 19 sind zu beiden Seiten einander gleiche Steuerdeckel
20 angeflanscht und befestigt und in ihnen über Wälzlager die Pumpenwelle 21 mit
aufgepreßtem Zylinderkörper 22 und zwei auf ihr axial und kardanisch beweglich zentrierte
Steuerplatten 11 gelagert. Aus der Bezeichnung geht hervor, daß diese genau
der von Pumpe gemäß Fig. 1 und 2 entsprechen. Zylinderkörper 22 und Steuerplatten
11
werden von einem durchgehenden Keil 12 gemeinsam mit der Pumpenwelle 21
drehfest verbunden und in ihrer gegenseitigen Lage so gesichert, daß jeder der achsparallel
und in gleichmäßiger Teilung um die Pumpenwelle 21 herum verteilten Mündungsbohrungen
23 an ihren beiderseitigen Mündungen je ein in gleicher Flucht liegender
Verbindungskanal 15 der Steuerplatten 11 gegenübersteht. An beiden
Mündungen ist je ein Paßring 16 eingelagert, der im übrigen dieselben
Eigenschaften wie beim Beispiel Fig. 1 besitzt. Die wieder vorhandene Schraubenfeder
17 stützt sich mit Vorspannung beiderseits gegen die Paßringe 16,
und diese bringen die Steuerplatten 11 zur Anlage an den Steuerspiegeln.
Die in radialen Zylinderbohrungen 24 öldicht geführten Kolben 25 werden durch
einen im Gehäuse 19 exzentrisch drehbar gelagerten und mit balliger Innenfläche
ausgerüstetem Laufring 26 gesteuert, wobei immer zwei nebeneinanderliegende
Kolben 25 auf einen gemeinsamen Steuerkanal einwirken. Der Zylinderkörper
22 weist auf beiden Stirnflächen einen kleinen Abstand von den Steuerplatten
11 auf, ist durch letztere in Verbindung mit den Paßringen von allen hydraulischen
Kräften befreit und in jeder Hinsicht in geringem Maße verlagerungsfähig, ohne die
dichte Verbindung seiner Steuerkanäle 23 mit den Steuerschlitzen zu gefährden.
Infolgedessen gilt für den Zylinderkörper 22 und seine Lagerung genau dasselbe wie
für den Zylinderkörper 7 nach Fig. 1. Eine unmittelbare Lagerung des
Zylinderkörpers 22 könnte z. B. durch beiderseits der radialen Kolben angeordnete
und die Steuerkanäle 23 umfassende Kugellager geschehen. Die in Fig.
3 gezeigten Steuerschlitze 14 heider Steuerdeckel 20 können außen verbunden
werden, ebenso die beiden nicht gezeichneten gegenüberliegenden (180' versetzt)
Steuerschlitze. EineVerbindung kann aber auch durch in die Steuerdeckel 20 und das
Gehäuse 19 eingegossene Kanäle erfolgen.
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Außer der Unempfindlichkeit in der Lagerung hat diese Ausführung der
Steuerung mittels zweier loser Steuerplatten auch den besonderen Vorteil, daß sich
dabei die Anwendung von hohe Drehzahlen begünstigenden großenZeitquerschnitten der
Steuerung ergibt.
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Die genau achsparallel oder genau winkelrecht zur Drehachse des Zylinderkörpers
liegenden Zylinder sind zu bevorzugende Auslegungen, denn nur sie lassen eine völlige
Befreiung des Zylinderkörpers von hydraulischen Axialkräften zu und lassen alle
Vorteile des Zylinderkörpers mit loser Steuerplatte zur
Geltung
kommen. Mit der Einschränkung, daß die Steuerkanäle mit -eingelagertem Paßring stets
achsparallel zur Drehachse des Zylinderkörpers liegen müssen, kann, wenn vor allem
nur Wert auf die mittels der losen Steuerplatte durchführbare starre Lagerung des
Zylinderkörpers gelegt wird, die Zylinderbohrung außer achsparallel und winkelrecht
jede beliebige andere Lage zur Drehachse einnehmen.
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In Fig. 4 ist in vergrößertem Maßstab eine besonders für hohe Förderdrücke
geeignete Ausbildung des Paßringes gezeigt. Die in der Zylinderbohrung
8 (bzw. der Mündungsbohrung 23) eingelagerte Paßmuffe 27
ist
im Gegensatz zum Paßring 16 verhältnismäßig lang und außerdem nur mit sehr
geringem Durchmesserspiel eingepaßt, so daß nur die axiale Beweglichkeit des Paßringes
16 (Fig. 1 und 3) besteht. Zur Herstellung der kardanischen
Beweglichkeit des Zylinderkörpers 7 ist die Paßmuff e 27' auf der
der Steuerplatte 11 zugewendeten Stirnfläche mit einer Kugelfläche versehen,
deren Mittelpunkt auf der Zylinderachse liegt. Mit dieser Kugelfläche legt sich
die Paßmuffe 27 mit kardanischer Beweglichkeit an einen mit passender Gegenfläche
versehenen Kugelring 28 an, dessen plan geschliffene Stirnfläche sich dann
an die Planfläche der Steuerplatte 11 anlegt, an ihr abstützt und ausrichtet.
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Die Paßmuff e 27 braucht infolge der zusätzlichen Verwendung
des Kugelringes 28 keine kardanische Beweglichkeit und kann daher beliebig
lang und mit sehr knappem Durchmesserspiel ausgeführt werden. Der wie beim Beispiel
von Fig. 1 bzw. 3 auf den Paßring 16 so auch hier auf die Paßmuffe
27 ein-,virkende hvdraulische Axialschub überträgt sich, je-
weils
die Äbdichtung bewirkend, auf mechanische Weise über die kugeligen und plan geformten
Trennflächen auf die lose Steuerplatte 11. Im übrigen gleicht die Wirkungsweise
den bisher bereits beschriebenen Beispielen. Durch die Aufteilung der notwendigen
Bewegungsfreiheiten auf zwei getrennte Bauteile kann die Paßmuffe 27 und
damit die ganze Pumpe auch ' bei hohen Drücken ohne zulässige Leckverluste
betrieben werden.
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Bei der Verwendung der Paßmuffe mit Kugelring ist es, wenn nicht besondere
radiale Begrenzungen für die Kugelringe vorgesehen werden, besonders wichtig, daß
die Kugelringe jederzeit durch eine Federkraft vorbelastet werden, um ein Herausfliegen
unter dem Einfluß der Fliehkraft zu vermeiden. Es ist für die Wirkungsweise ohne
Bedeutung, ob die Paßmuffe 27
oder der Kugelring 28 konvex kugelförmig
ausgebildet ist. Bei einer konvexen Kugelform an der Paßmuffe liegt aber der Kugelring
28 mit dem größten Teil seines mit Durchmesserspiegel zu versehenen zylindrischen
Außendurchmessers innerhalb der Zvlinderbohrung8 und ist schon dadurch gegen ein
lierausfliegen unter dem Einfluß der Fliehkraft bei einem Betrieb der Pumpe mit
kleinem oder ohne Flüssigkeitsdruck und hoher Drehzahl gesichert.
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In Fig. 4 ist zudem noch eine besondereAusführung der die Paßmuffe
vorbelastenden Feder mit Stütze gezeigt. In die Zylinderbohrung 8 ist eine
im Längsschnitt sichtbare Rille mit halbkreisförmigem Querschnitt eingestochen,
in welche ein Sprengring 29 aus Stahldraht eingelassen ist. Gegen diesen
Sprengring legt sich ein Profilring 30 mit Hals so an, daß ersterer am Herausspringen
verhindert ist. In den schmalen Spalt zwischen der Paßmuffe 27 und dem Profilring
30 ist eine durch eine gewellte Scheibe aus Federstahl gebildete Feder
31 eingeschaltet. Die Vorspannung dieser Feder 31 kann durch Beilagscheiben
bei ihr selbst oder durch die bereits bei Fig. 1 erwähnte Auswechslung der
Abstandsringe 18 behn Kugellager 6
eingestellt werden. Durch diese
Art von Federung wird die Schraubenfeder 17 (s. Fig. 1 und 2) überflüssig,
was z. B. bei formschlüssig gesteuertenKolben von Vorteil ist.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Möglichkeit der Federausbildung
für den Paßring oder die Paßmuffe. Im Beispiel nach Fig. 5 sind die Paßringe
16 im Bereich des aus dem Zylinderkörper 7 herausstehenden Endes
je mit einer Eindrehung 32 am Umfang versehen. Eine gewellte Feder
33 aus Federstahlblech umfaßt alle Eindrehungen 32 und klemmt sich
mit Vorspannung zwischen die eine Flanke der Eindrehungen 32 und die Stirnfläche
des Zylinderkörpers 7. Das gleiche geschieht durch eine kleinere und an allen
Paßringen auf der der Welle zugewandten Seite anliegende gewellte Feder 34 (s. Fig.
6 in Draufsicht). Die gewellten Federn 33 und 34 besitzen ebensoviel
Wellen als Zylinderbohrungen vorhanden sind und müssen in einer solchen Stellung
gegen Verdrehung gesichert werden, daß stets die höchsten Stellen an der Flanke
der Eindrehungen an den Paßringen in Anlage kommen und bleiben. Als eine der vielen
Möglichkeiten ist (vgl. Fig. 6) die äußere gewellte Feder 33 mit zwei
Nasen 35 versehen, die einen in den Zylinderkörper 22 eingelassenen Paßstift
36 teilweise umfassen. Statt des einen Paßstiftes 36 'können natürlich
auch mehrere verteilt liegende und in jeweils passend vorgesehene Nasen
35 eingreifende Paßstifte 36 vorgesehen sein.
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Die innere gewellte Feder 34 besitzt eine radiale Nase 37,
die sich zwischen den Paßringen 16 abstützt. Auch hier können mehrere dieser
Nasen, im äußersten Fall so viel als Zylinder vorhanden, vorgesehen sein.
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In Fig. 7 ist eine weitere Ausbildungsmöglichkeit der Federung
gezeigt. Dabei sind die Paßringe 16 am aus dem Zylinderkörper 7 herausstehenden
Ende mit einem vorstehenden Bund 38 versehen, und alle Paßringe werden inkreis-
bzw. umkreisartig von zwei Tellerfedern 39 eingefaßt, die sich zwischen die
Flanke des Bundes und die Stirnfläche des Zylinderkörpers klemmen. Durch eine von
der Lagerung des Zylinderkörpers 7 ausgehende und geregelte axiale Einstellung
(vgl. Beispiel Fig. 1) kann die Vorspannung der Tellerfedern auf das richtige
Maß gebracht werden.
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Fig. 8 zeigt noch eine andere -. dein gleichen Zweck
dienende Federausbildung in einer Stirnansicht des Zylinderkörpers 7. Wiederum
sind die Paßringe 16 je
mit einer Eindrehung 32 (s. Fig.
5) oder mit Bunden 38 (s. Fig. 7) versehen. Um jeden Paßring
16 ist ein dreieckig geformter Ring 40 aus Federstahldraht gelegt, dessen
Dreiecksecken abgerundet und gegen die Stirnfläche des Zylinderkörpers
7 zu abgebogen sind und sich gegen diese Stirnfläche abstützen, während die
hochstehenden Mitten der Dreiecksseiten des Ringes 40 sich mit elastischer Spannung
gegen die Flanke des Bundes bzw. der Eindrehung des Paßringes 16 legt. Auch
hierbei wird die Vorspannung aller federnden Ringe 40 durch eine zweckmäßige axiale
Abstützung des Zylinderkörpers 7 in seiner Lagerung vorgenommen.
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In Fig. 2, 6 und 7 sind noch Beispiele einer besonderen
Ausbildung der drehfesten Verbindung zwischen der Pumpenwelle 4 bzw. dem Zylinderkörper
7 und der losen Steuerplatte 11 dargestellt. Am einfachsten gestaltet
sich diese, wenn der Keil 12 bis in die Steuerplatte 11 hinein verlängert
wird (s. Fig. 1, 2, 3 und 4) und in eine Keilnut der Steuerplatte
eingreift.
Es kann aber auch-die Steuerplatte 11
unmittelbar mittels Paßstiften einerseits
und Bohrungen andererseits drehfest verbunden werden (s. Fig. 6, 7). Beide
Verbindungen lassen die Möglichkeit offen, der Steuerplatte 11 in Drehrichtung
einen gewissen toten Gang zu lassen, indem z. B. die Keilnut der Steuerplatte
11 gegenüber dem Keil 12 ein gewisses Flankenspiel aufweist (s. Fig. 2) oder
aber die Bohrungen 41, in welche die der.' alitnahme dienenden Paßstifte
36 eingreifen, zu einem Langloch 41 erweitert werden (s, Fig. 2,
6 und 7). Praktisch genügt natürlich der Keil oder die Mitnahme durch
Paßstifte je allein, bei der Steuerplatte in Fig. 2 wurden nur der Erläuterung
wegen beide Möglichkeiten an einem Stück angedeutet. Die Reibung der mitgeschleppten
losen Steuerplatte 11 ist am Steuerspiegel im allgemeinen am größten, so
daß sie bei einer Änderung der Drehrichtung der Pumpenwelle zunächst kurz stillsteht
und dadurch der tote Gang sich selbsttätig nach der anderen Seite verlagert. Diese
Phasenverschiebung dient einerdieGeräuschentwicklung vermindernden Vorkompression
in Zylindern beim Übergang vom Saug- zum Druckhub. Das Maß dieses toten Ganges wird
natürlich nach oben dadurch beschränkt, daß die kreisrunde Öffnung der konischen
Verbindungskanäle 15 sich nicht über den Umfang des zugeordneten Paßringes
16 bzw. Kugelringes 28 hinaus verschieben darf (vgl. Fig. 4 und
5).