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Beschreibung :
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Kolbenpumpenantrieb Die Erfindung betrifft einen Kolbenpumpenantrieb,
wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.
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Bei bekannten Pumpen dieser Art, die beispielsweise für Hochdruckreinigungsgeräte
eingesetzt werden, befindet sich am Wellenende der Motorwelle ein exzentrischer
Zapfen, auf welchen ein Rollenlager aufgesetzt ist. Auf dem Außenring des Rollenlagers
stützen sich der oder die Kolben mit ihrer Stirnseite ab und werden mittels geeigneter
Federmittel gegen den Außenring gedrückt. Die Kolbenbewegung wird dabei durch die
Exzentrizität des Wellenzapfens bewirkt. Dabei ist die Kolbenfrequenz gleich der
Motordrehzahl. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß bei Hochdruckreinigungsgeräten,
die beispielsweise mit vierpoligen oder zweipoligen Elektromotoren oder mit Benzinmotoren
arbeiten, ein Getriebe vorgesehen werden muß, um die Drehzahl des Motors herabzusetzen
und der gewünschten Kolbenfrequenz anzupassen. Außerdem war es bei praktischen Ausführungsformen
notwendig, wegen des Exzenterzapfens Motorwellen mit wesentlich größerem Durchmesser
zu verwenden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolbenpumpenantrieb
derart zu verbessern, daß bei Antriebsmotoren, deren Drehzahl höher ist als die
gewünschte Kolbenfrequenz, trotzdem kein zusätzliches Getriebe notwendig ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kolbenpumpenantrieb der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
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Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantriebes wälzen sich
die Wälzkörper sowohl auf der äußeren, konzentrisch zur Motorwelle angeordneten
und von dieser verdrehten Abwälzfläche als auch auf der inneren Abwälzfläche des
durch die unter Federkraft an der Außenfläche des Stützkörpers anliegenden Kolben
an einer Drehung gehinderten Stützkörpers ab. Dadurch bewegen sich die einen unterschiedlichen
Durchmesser aufweisenden Wälzkörper in Umfangsrichtung in dem Spalt zwischen äußerer
und innerer Abwälzfläche, so daß der Mittelpunkt der inneren Abwälzfläche des Stützkörpers
um den Mittelpunkt der äußeren Abwälzfläche wandert. Die dabei erzeugte Bewegung
des Stützkörpers enthält eine periodische Verschiebung des Stützkörpers in Kolbenverschieberichtung,
so daß die Kolben periodisch verschoben werden.
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Dabei hängt die Bewegungsfrequenz des Stützkörpers bei vorgegebener
Motordrehzahl von den jeweiligen Abmessungen der inneren Abwälzfläche, der äußeren
Abwälzfläche und der dazwischen angeordneten Wälzkörper ab. Durch geeignete Wahl
dieser Abmessungen kann das.Ubersetzungsverhältnis
verändert werden,
d.h. das Verhältnis der Motordrehzahl zur Kolbenfrequenz. Dies ist ein wesentlicher
Vorteil des erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantriebes, der also gleichzeitig die Drehbewegung
der Motorwelle in eine Translationsbewegung der Kolben umsetzt und als Untersetzung
fungiert.
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Günstig ist es, wenn die Wälzkörper in einem Käfig gelagert sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß ein
drehfest mit der Welle verbindbarer Ring auf die Welle aufgeschoben ist und daß
dessen äußere Umfangsfläche die äußere Abwälzfläche bildet. Es ist dann besonders
vorteilhaft, wenn der Ring zusammen mit dem Stützkörper und den Wälzkörpern eine
von der Welle lösbare Baueinheit bildet. Dadurch ist es möglich, solche Baueinheiten
mit unterschiedlichen Abmessungen der inneren und äußeren Abwälzfläche und der Abwälzkörper
gegeneinander auszutauschen, so daß in einfacher Weise das Untersetzungsverhältnis
veränderbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, daß der Stützkörper ein Ring mit einer kreiszylindrischen
Außenfläche ist. Bei einer solchen Ausgestaltung liegen die beiden Kolben mit ihren
ebenen Stirnflächen linienförmig an der Außenfläche des Stützkörpers an und verhindern
durch diese Anlage ein Drehen des Außenringes. Es ist aber möglich, daß zwischen
den Kolbenstirnseiten und dem ringförmigen Stützkörper ein Schlupf auftritt, so
daß sich der Stützring ein wenig dreht. Dadurch ist eine Anpassung der jeweiligen
Kolbenfrequenz an dem Belastungszustand möglich, beispielsweise beim Anfahren der
Pumpe.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Außenfläche
in dem den oder die Kolben abstützenden Bereich eben ausgebildet ist und senkrecht
zur Verschieberichtung des Kolbens verläuft. Bei dieser Ausführungsform verhindern
die ebenen Stirnflächen der Kolben ein Verdrehen des Stützkörpers.
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Bei mehreren Kolben liegen vorzugsweise jeweils zwei Kolben auf gegenüberliegenden
Seiten des Stützkörpers an dessen Außenfläche an.
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Günstig ist es dabei, wenn einander gegenüberliegende Kolben mittels
einer einerseits an einem Kolben und andererseits am anderen Kolben angreifenden
Zugfeder gegen den Stützkörper gespannt sind.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Figur
1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantriebs; Figur 2
eine Teilschnittansicht längs Linie 2-2 in Figur 1 und Figur 3 eine Ansicht ähnlich
Figur 2 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Kolbenpumpenantriebes.
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Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kolbenpumpenantrieb umfaßt
ein Gehäuse 1 mit einem gehäusefesten Stator 2 sowie einen mittels Kugellagern 3
und 4 im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor 5, dessen Welle 6 in ein an das Motorgehäuse
1 anschließendes Pumpengehäuse 7 hineinragt. Dieses Pumpengehäuse weist radial von
der Welle ausgehende Kolbengehäuse 8 auf, in denen Kolben 9 senkrecht zur Achse.
der Welle 6 verschieblich gelagert sind. Die Kolben 9 tauchen abgedichtet in Pumpräume
10 an dem der Welle 6 gegenüberliegenden Ende der Kolbengehäuse 8 ein. Das Pumpengehäuse
7 mit den radial abstehenden Kolbengehäusen 8 kann einstückig mit dem Motorgehäuse
1 ausgebildet sein, lediglich auf der dem Motor abgewandten Seite ist das Kolbengehäuse
8 mittels eines Deckels 11 verschlossen.
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Auf dem zwischen die einander gegenüberliegenden Kolben 9 ragenden
Ende der Welle 6 ist drehfest ein Ring 12 aufgesetzt, der eine kreiszylindrische,
konzentrisch zur Wellenachse angeordnete äußere Abwälzfläche 13 aufweist. Dieser
Ring wird von einem ebenfalls ringförmigen Stützkörper 14 mit einer kreiszylindrischen,
inneren Abwälzfläche 15 umgeben, deren Achse parallel zur Achse der äußeren Abwälzfläche
13 verläuft.
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In dem Spalt 16 zwischen äußerer Abwälzfläche 13 und innerer Abwälzfläche
15 sind eine Vielzahl von Wälzkörpern 17 in einem Käfig 18 in festem Abstand zueinander
gelagert. Die Wälzkörper 17 weisen unterschiedlichenDurchmesser auf, und zwar in
dem Sinne, daß die Durchmesser der.Wälzkörper in Umfangsrichtung des Spaltes 16
über eine Winkelbereich von 1800 kontinuierlich zunehmen, während sie über den sich
anschließenden
Winkelbereich von 1800 wieder kontinuierlich abnehmen. Die Abmessungen sind dabei
so getroffen, daß alle Wälzkörper an der äußeren Abwälzfläche 13 und an der inneren
Abwälzfläche 15 anliegen. Dadurch ist die innere Abwälzfläche 15 gegenüber der äußeren
Abwälzfläche 13 exzentrisch angeordnet. Die Exzentrizität wird dabei bestimmt durch
die Durchmesserunterschiede der Wälzkörper.
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Die beiden Kolben 9 werden mittels einer Zugfeder 19, die über an
den Kolben befestigte, seitlich vorstehende Stifte 20 zwischen beiden Kolben gespannt
ist , gegen die Außenfläche 21 des Stützkörpers 14 gespannt.
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Im Betrieb des beschriebenen Kolbenantriebes dreht sich die Welle
6, so daß sich die Wälzkörper 17 sowohl auf der äußeren Abwälzfläche 13 als auch
auf der inneren Abwälzfläche 15 abwälzen, wobei der Stützkörper 14 durch die an
ihm anliegenden Kolben 9 gegen ein Verdrehen weitgehend gesichert ist.
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Je nach den Abmessungen der äußeren Abwälzfläche (Durchmesser des
Ringes 12) und inneren Abwälzfläche (Durchmesser dieser Abwälzfläche) sowie der
entsprechenden Durchmesser der Wälzkörper ergeben sich unterschiedliche Ubersetzungsverhältnisse,
d.h. das Verhältnis Wellendrehzahl zur Kolbenverschiebefrequenz ist verschieden.
In jedem Fall ist die Kolbenfrequenz kleiner als die Drehzahl der Motorwelle.
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Wie sich aus der Darstellung der Figur 1 entnehmen läßt, kann die
aus Ring 12, Wälzkörpern 17 und Stützkörper 14 bestehende Baueinheit von der Welle
6 abgezogen und gegen eine
andere ausgetauscht werden, deren Abmessungen
anders gewählt sind, so daß einfach durch den Austausch des exzentrischen Wälzlagers
eine Änderung des Untersetzungsverhältnisses möglich ist.
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Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
im wesentlichen dadurch von dem oben beschriebenen, daß die Außenfläche 21a des
Stützkörpers 14 in dem Bereich, in dem sich ein Kolben 9 an ihr abstützt, eben ausgebildet
ist und senkrecht zur Verschieberichtung des Kolbens verläuft.
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In dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier jeweils
paarweise einander gegenüberliegende Kolben vorgesehen, die mittels die Kolben umgebenden
Schraubenfedern 22 gegen die Außenflächen 21a des Stützkörpers gespannt werden.
Die ebene und senkrecht zur Verschieberichtung verlaufende Außenfläche 21a führt
im Zusammenwirken mit den Stirnflächen der Kolben dazu, daß der Stützkörper gegen
Verdrehung gesichert ist.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist es selbstverständlich möglich,
die aus Ring, Wälzkörpern und Stützkörpernbestehende Baueinheit gegen eine anders
dimensionierte auszutauschen und damit das Untersetzungsverhältnis zu verändern.
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Mit dem erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantrieb ist es beispielsweise
möglich, mit zweipoligen Motoren, die eine Wellendrehzahl von 3000 U/min haben,
zu arbeiten und trotzdem eine Pumpenfrequenz von 1500 U/min zu erreichen. Es ist
auch möglich, Pumpen, die für 50-Hz-Betrieb optimiert sind, durch Austausch nur
eines Teils, nämlich des exzentrischen Wälzlagers, an den Betrieb mit Strom der
Frequenz 60-Hz anzupassen.
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Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch Auftreten eines Schlupfes zwischen
den Wälzkörpern einerseits und der inneren bzw. äußeren Abwälzfläche eine lastabhängige
Anpassung des Untersetzungsverhältnisses erfolgen kann.
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