DE3040445A1 - Kolbenpumpenantrieb - Google Patents

Kolbenpumpenantrieb

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DE3040445A1
DE3040445A1 DE19803040445 DE3040445A DE3040445A1 DE 3040445 A1 DE3040445 A1 DE 3040445A1 DE 19803040445 DE19803040445 DE 19803040445 DE 3040445 A DE3040445 A DE 3040445A DE 3040445 A1 DE3040445 A1 DE 3040445A1
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piston
shaft
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pistons
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DE19803040445
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Werner Ing.(Grad.) Schulze
Bohumir 7057 Winnenden Svoboda
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Alfred Kaercher SE and Co KG
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Alfred Kaercher SE and Co KG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
    • F04B9/04Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/053Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the inner ends of the cylinders

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • Beschreibung :
  • Kolbenpumpenantrieb Die Erfindung betrifft einen Kolbenpumpenantrieb, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Kolbenpumpenantrieb der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • 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.
  • 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.
  • Günstig ist es, wenn die Wälzkörper in einem Käfig gelagert sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei mehreren Kolben liegen vorzugsweise jeweils zwei Kolben auf gegenüberliegenden Seiten des Stützkörpers an dessen Außenfläche an.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. Leerseite

Claims (8)

  1. Patentansprüche: Kolbenpumpenantrieb, insbesondere für Hochdruckpumpen in Hochdruckreinigungsgeräten, mit einer motorisch angetriebenen rotierenden Welle, die mittels eines Exzenterelementes mindestens einen senkrecht zur Wellenachse verschieblich gelagerten, durch einen elastischen Kraftspeicher gegen das Exzenterelement gedrückten Kolben reziprozierend verschiebt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Exzenterelement eine mit der Welle (6) drehfest verbundene, oder durch die Welle (6) selbst gebildete, kreiszylindrische, konzentrisch zur Wellenachse angeordnete, äußere Abwälzfläche (13), einen Stützkörper (14) mit einer kreiszylindrischen, die äußere Abwälzfläche (13) umgebenden, inneren Abwälzfläche (15) sowie in dem Spalt (16) zwischen äußerer und innerer Abwälzfläche mit festem gegenseitigem Abstand angeordnete Wälzkörper (17) umfaßt, deren Durchmesser in Umfangsrichtung der Abwälz-0 flächen über einen Winkelbereich von 180 derart zunehmen und über den restlichen Winkelbereich von 1800 wieder derart abnehmen, daß alle Wälzkörper (17) sowohl an der inneren Abwälzfläche (15) als auch an der äußeren Abwälzfläche (11) anliegen, wobei die beiden Abwälzflächen exzentrisch zueinander angeordnet sind, und daß der oder die Kolben (9) mittels des elastischen Kraftspeichers (19; 22) gegen die Außenfläche (21; 21a) des Stützkörpers (14) gedrückt ist bzw. sind.
  2. 2. Kolbenpumpenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (17) in einem Käfig (18) gelagert sind.
  3. 3. Kolbenpumpenantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehfest nit der Welle (6) verbindbarer Ring (12) auf die Welle (6) aufgeschoben ist und daß dessen äußere Umfangsfläche die äußere Abwälzfläche (13) bildet.
  4. 4. Kolbenpumpenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (12) zusammen mit dem Stützkörper (14) und den Wälzkörpern (17) eine von der Welle (6) lösbare Baueinheit bildet.
  5. 5. Kolbenpumpenantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (14) ein Ring mit einer kreiszylindrischen Außenfläche (21) ist.
  6. 6. Kolbenpumpenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (21a) in dem den oder die Kolben (9) abstützenden Bereich eben ausgebildet ist und senkrecht zur Verschieberichtung des Kolbens (9) verläuft.
  7. 7. Kolbenpumpenantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Kolben (9) jeweils zwei Kolben auf gegenüberliegendai Seiten des Stützkörpers (14) an dessen Außenfläche (21; 21a) anliegen.
  8. 8. Kolbenpumpenantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Kolben (9) mittels einer einerseits am einen Kolben und andererseits am anderen Kolben angreifenden Zugfeder (19) gegen den Stützkörper gespannt sind.
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