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Kolbenpumpe für veränderliche Fördermengen bei gleichbleibender Drehzahl
und mit zwei parallel zueinander angeordneten Kurbelwellen Man hat bereits vorgeschlagen,
beiPumpen die Leistung durch Veränderung des Hubes des Kolbens ohne Veränderung
der Umdrehungszahl zu regeln. Bei bekannten Pumpen dieser Art wurde jeder Kolben
von zwei Kolbenstangen hin und her gestoßen, die an Kurbelwellen angeschlossen waren,
welche ihren Abstand voneinander je nach dernotwendigen Leistung regelten, so daß
bei größerer oder kleinerer Entfernung der Kurbelwellen voneinander auch der Hub
kleiner oder größer wurde. Eine derartig verschiebbare Lagerung von Kurbelwellen
ist jedoch aus baulichen Gründen nicht wünschenswert, und die vorliegende Erfindung
zeichnet sich gegenüber diesen bekannten Pumpen mit doppelten Kurbelwellen dadurch
aus, daß zur Veränderung der Leistung der Pumpe eine Verdrehung der Kurbelwellen
mit Bezug aufeinander und demnach auch eine Verdrehung jener Abkröpfungen stattfindet,
welche durch ein Doppelgestänge an einen gemeinsamenKolben angeschlossen sind. Die
Verdrehung der Abkröpfungen der beiden Kurbelwellen mit Bezug aufeinander findet
hier durch ein Planetengetriebe statt, das seinerseits durch eine am Überlieferungsende
der Pumpe angeordnete und vom Druck der Pumpe abhängige Vorrichtung gesteuert wird.
Zu diesem Zweck sitzt auf der einen Kurbelwelle ein Zahnrad in Eingriff mit einem
um die Achse der anderen Kurbelwelle drehenden Zahnrad und die zweite Kurbel wird
durch Planetenzahnräder in Drehung versetzt. Die Verstellung der Planetenzahnräder
wird dann die Winkellage derKröpfungen der beidenWellen zueinander verändern. DieamÜberlieferungsende
der Pumpe angeordnete Regelvorrichtung besteht in bekannter Weise aus einem Kolben,
der durch den Druck in der 'Förderleitung der Pumpe gesteuert wird. Dieser Kolben
verstellt je nach der Höhe-des Drucks in seinem Zvlinder einen Hebel, der die Planetenzahnräder
unterstützt. Dieser Hebel dient auch zum Anschluß an eine Zahnstange, die je nach
der Verstellung des Hebels eine Bewegung erfährt und dadurch ein Zahnrad auf einer
Welle verdreht. Mit dieser Welle ist eine Hubscheibe verbunden, durch die das Einlaßventil
für die Pumpe überwacht wird, so daß, je nach Verdrehung des von der Zahnstange
beeinfiußten Zahnrades, die Hubscheibe für dasEinlaßventileine Neueinstellung erfährt.
Dieses Zahnrad zur Überwachung der Hubscheibe des Einlaßventils sitzt lose auf seiner
Welle und wird nur zeitweise mit ihr gekuppelt. Die Kupplung erfolgt durch einen
Elektromagneten, dessen Stromkreis durch eine vom hohen Druck in der Förderleitung
überwachte Vorrichtung unterbrochen wird,
so daß das Zahnrad 51
durch seine Kupplung mit der zugehörigen Welle die Hubscheibe in eine Lage bringt,
welche eine Schließung des Einlaßventils verhindert.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:
Abb. i ist eine Seitenansicht.
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Abb.2 und 3 sind Querschnitte nach a-2 bzw. 3-3 der Abb. i.
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Abb. q. ist ein Querschnitt durch eine Einzelheit nach 4-d. der Abb.
3.
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Abb. 5 und 6 zeigen schematisch, in welche Lage die Kurbeln der Kurbelwellen
zueinander eingestellt werden können, und Abb. 7 zeigt` eine ähnliche Ansicht wie
Abb. 2 einer abgeänderten Ausführungsform. Die Erfindung kann au eine Pumpe von
beliebiger Zylinderzahl angebracht werden. Die neue Pumpe verfügt Tiber zwei getrennt
voneinander liegende Kurbelwellen, deren Achsen fest zueinander liegen. Die Kurbelwellen
sind mittels Pleuelstangen derart mit den Kolben der Pumpenzylinder verbunden, daß
eine Veränderung der Lage der Kröpfungen der Kurbelwellen zueinander, eine Veränderung
" der Fördermenge der Pumpe zur Folge hat.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke an einer Drillingspumpe
io erläutert, welche mit gewöhnlichen Kolbenkammern z i und Tauchkolben 12 versehen
ist. In der Zeichnung (Abb. i) ist der Einfachheit halber nur eine Pleuelstange
und ein Kolben dargestellt. Jede Tauchkolbenkammer ist mit einem gewöhnlichen federüberwachten
Einlaß- oder Saugventil 13 versehen, welches eine Ventilspindel 1¢ hat und
mit einem Auslaßventil 15, welches kurz vor dem Auslaßstutzen 16 sitzt.
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Die Antriebsvorrichtung für jeden Kolben ist so konstruiert, daß der
Hub des Kolbens verändertwerdenkann,zwecksVeränderung derFördermengen, welche von
den verschiedenen Pumpenkammern in die Leitung gedrückt werden.
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Nach Abb. i und 2 ist je ein Kreuzkopf 17 mittels eines Stiftes 18
an das obere Ende eines jeden Tauchkolbens angelenkt. Ein Ende eines jedenKreuzkopfes
ist mittels einer Pleuelstange 2o mit der Kurbelwelle ig verbunden, und das andere
Ende eines jeden Kreuzkopfes ist mittels einer gleichartig ausgeführten Pleuelstange
23 mit der Kurbelwelle 21: verbunden. Jede Kurbelwelle ist in feststehende Lager
derart gelagert, daß die Achsen der Kurbelwellen fest zueinander liegen. Die senkrechte
Bewegung der Tauchkolben wird durch eine Kulisse gesteuert, welche an senkrechten
Trägern 24 befestigt ist, an- denen auch die Lager für die Kurbelwellen angebracht
werden können.
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Irgendeine Kraftwelle, beispielsweise ein Elektromotor25, kann zumAntrieb
derPumpe benutzt werden. Wie dargestellt, ist die Motorwelle unmittelbar mit einer
Antriebswelle 26 gekuppelt, auf welcher ein Zahnrad27 sitzt, das mit einem Zahnrad
28 kämmt, welches auf der Kurbelwelle 2i befestigt ist. Die beiden Kurbelwellen
sind durch ein Zahnradgetriebe derart miteinander gekuppelt, daß sich beide Kurbelwellen
gleichzeitig drehen. Das Zahnradgetriebe ist so konstruiert, daß die Kröpfungen
der einen Kurbelwelle mit Bezug auf die Kröpfungen der anderen Kurbelwelle verstellt
werden können, wodurch der Hub der mit den Kurbelwellen verbundenen Tauchkolben
geändert wird. Das Zahnradgetriebe besteht aus einem Stirnzahnrad 2,9, welches an
der Kurbelwelle 21 befestigt ist und welches mit den äußeren Zähnen eines ringförmigen
Zahnrades 30 kämmt, welches auch eine Innenverzahnung hat und welches drehbar auf
der Kurbelwelle i9 befestigt ist. Ein Hebel 31 sitzt drehbar auf der Kurbelwelle
i g, und ein Ende desselben ist mit einem Zapfen 32 versehen, welcher in das Innere
des ringförmigen Zahnrades :3o hineinragt und mittels eines Stiftes an dem Hebelar
befestigt ist. EinPlanetenzahnrad 33 (Abb. 4) ist drehbar auf dem in das Zahnrad
33 hineinragenden Ende des Zapfens 32 befestigt und kämmt mit den inneren Zähnen
des Zahnrades 30 und ferner mit einem Stirnzahnrad 3q., welches auf der Kurbelwelle
z9 aufgekeilt ist. In dem anderen Ende des Hebels 31 ist ein Zapfen 35 drehbar gelagert,
welcher sich auch in das Innere des ringförmigen Zahnrades 30 hinein erstreckt,
und zwar diametral gegenüber der Stelle, an welcher sich der Zapfen 32 befindet.
An dem Zapfen 35 ist ein zweites Planetenzahnrad 36 aufgekeilt, welches mit den
inneren Zähnen des ringförmigen Zahnrades 30 und mit dem Stirnzahnrad 34
kämmt, das auf der Kurbelwelle i9 befestigt ist. An das entgegengesetzte Ende des
Zapfens 35 ist ein Kurbelarm37 befestigt, an dem eine Stange38 angelenkt ist, deren
Zweck später beschrieben wird. An dem Hebel 31 befindet sich ein Flansch oder eine
Fortsetzung 39, welche mittels einer Pleuelstange q0 mit einem Kolben verbunden
ist, der in einem Zylinder 42 spielt. Das untere Ende des Zylinders 42 ist mittels
einer Rohrleitung 43 mit der Auslaß- oder Förderleitung der Pumpe verbunden, so
daß der Kalben 41 durch jegliche Veränderung des Druckes in der Förderleitung beeinflußt
wird. Zwischen--einer Platte 45, «-elche an dem Kolben 41 sitzt und einer feststehenden
Platte 46, welche an nach aufwärts sich erstreckenden Stangen 47 befestigt ist,
ist eine Schraubfeder 44 eingespannt (Abb. 3). Die Stangen 47 sind an Ansätzen 4.8
befestigt, welche sich an dem Zylinder q.2 befinden. Es ist ohne weiteres verständlich,
daß bei einer Erhöhung des Druckes in der Förderleitung
der Kolben
41 entgegen der Wirkung der Feder44nach aufwärts bewegt wird, wodurch der Hebel
31, an welchem die Planetenzahnräder 33 und 36 sitzen, verstellt wird. Wenn jedoch
der Druck in der Förderleitung der Pumpe abnimmt, dann wird durchdieFeder44 der
Kolben 41 nach abwärts gedrückt. Die tiefste Stellung der Pleuelstange 4o und des
Kolbens 41 kann durch Verstellung einer Mutter 49 eingestellt werden, welche sich
mit der Pleuelstange im Gewindeeingriff befindet und gegen -die obere feststehende
Platte 46 anschlägt. Wenn die Kurbelwellen so zueinander eingestellt sind, daß die
Kröpfungen a., b und c der Kurbelweile 2i (Abb. 6) genau so stehen wie die mit denselben
zusammenarbeitenden Kröpfungen x, y und z der Kurbelwelle i g, dann ist der Hub
der Tauchkolben 12 ein Maximum und die Fördermenge ist infolgedessen auch ein Maximum.
Diese Stellung der Kurbelwellen bzw. der Kröpfungen zueinander wird dann erreicht,
wenn der Kolben 41 sich in seiner tiefsten Stellung befindet. Jegliche Aufwärtsbewegung
des Kolbens 41 jedoch verursacht eine Verstellung der Planetenzahnräder 33 und 36
und damit eine Verstellung der Kröpfungen der beiden Kurbelwellen zueinander, denn
eine solche Verstellung der Planetenzahnräder verursacht eine relative Verschiebung
der Zahnräder 29 und 34 zueinander, die an den entsprechenden Kurbelwellen aufgekeilt
sind. Es werden also die zusammenarbeitenden und in Phase miteinander sich befindenden
Kröpfungen a und x, b und y usw. mit Bezug aufeinander verdreht, und
dadurch wird ein resultierender Kolbenhub erzeugt, welcher kleiner ist als der Kolbenhub,
wenn sich die entsprechenden Kröpfungen in Phase miteinander befinden. Es wird also
die Fördermenge der Pumpe verringert. Die Zahnräder, welche das Planetenzahnradgetriebe
bilden, sind so ausgeführt, daß die beiden Kurbelwellen mit derselben Geschwindigkeit
angetrieben werden, wenn der Hebel 31 stillsteht. Ferner sind die Verhältnisse der
einzelnen Zahnräder 30 zueinander getroffen, daß bei einer Verdrehung des
Hebels 31 um 45° das Zahnrad 34 und damit die Kurbelwelle i9 um i8o° mit Bezug auf
die Kurbelwelle 21 gedreht wird. Wenn die Kröpfungen der Kurbelwellen sich in den
Stellungen befinden, wie sie schematisch in der Abb. 6 dargestellt sind, dann ist
die Fördermenge der Pumpe ein Maximum, weil je zwei zusammengehörende Kröpfungen
sich gleichzeitignachaufwärts und abwärts bewegen. Wenn jedoch von derPumpe mehrFlüssigkeit
gefördert wird, als verlangt wird, dann entsteht in der Förderleitung ein höherer
Druck, wodurch der Kolben 41 nach aufwärts bewegt wird und die Planetenzahnräder
verstellt werden, so- daß sich -die Kröpfungen der Kurbelwellen mit Bezug aufeinander
verdrehen. Wenn der Druck in der Förderleitung so groß wird, daß der Hebel
31 um 45' verdreht wird, dann nehmen die Kröpfungen der Kurbelwellen eine
Stellung zueinander ein, wie sie in Abb. 5 schematisch dargestellt ist. In dieser
Stellung der Kröpfungen bewegen sich die einander zugeordneten Kröpfungen in entgegengesetzen
Richtungen, und das Ergebnis ist, daß, wenn die eine Pleuelstange 2o nach aufwärts
bewegt wird, daß dann die andere Pleuelstange 2o sich nach abwärts bewegt und der
ergebende resultierende Kolbenhub fast gleich Null wird. Die von der Pumpe geforderte
Flüssigkeitsmenge ist in diesem Falle ein Minimum.
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Im praktischen Betriebe ist es nun unmöglich, die Fördermenge der
Pumpe gleich Null zu machen, und zwar ist dieses auf die Pleuelstangen 2o und 23
zurückzuführen, welche gemäß der obigen Konstruktion verschiedene Winkelstellungen
zueinander einnehmen. Um jedoch bei dieser Pumpe bei gleichbleibender Drehzahl die
Fördermenge gleich Null zu machen, sind die Einlaß- oder Saugventile der einzelnen
Tauchkolbenkammern mit einer besonderen Vorrichtung versehen, welche von dem im
obigen beschriebenen Zahnradgetriebe betätigt wird.
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Die im vorhergehenden erwähnte Stange 38 wird ununterbrochen durch
den Kurbelarm 37 hin und her bewegt. Das untere Ende der Stange 38 ist mit einer
Zahnstange 5o versehen, welche mit einem Zahnrad 51 kämmt, welches lose auf einer
hohlen Welle 52 sitzt und durch die Zahnstange 5c um seine Achse hin und her geschwungen
wird. Das hin und her schwingende Zahnrad 51 ist mit einem abgeschrägtenZahn53versehen,
welcher an beiden Seiten des Zahnrades sich nach auswärts erstreckt (Abb. i). Die
hohle Welle 5: ist an diametral gegenüberliegenden Stellen mit Schlitzen 54 versehen.
Eine Stange 55 ragt in Achsrichtung in die Hubwelle 52 hinein und ist mit einem
Stift 56 versehen, welcher sich an einer Seite der Stange 55 befindet, und durch
einen der Schlitze 54 nach auswärts ragt, und zwar zu einer Seite des Zahnrades
5i. An der Stange 55 befindet sich ferner ein Stift 57, welcher durch den anderen
Schlitz 54 nach auswärts ragt, und zwar an der entgegengesetzten Seite des Zahnrades
51. Die Stange 55 ist in Achsrichtung der Hubwelle 52 verschiebbar, so daß der eine
oder der andere der beiden Stifte 56 und 57 in Eingriff mit dem an dem Zahnrad 51
sich befindlichen Zahn 53 gebracht werden kann. Das äußere Ende der verschiebbaren
und verdrehbaren Stange 55 ist mit dem Anker 58 eines Elektromagneten
59 verbunden. Die
Stange 55' wird gewöhnlich' durch eine
Feder 6o nach rechts (Abb. i) - gedrückt, so daß der Stift 56 in den Weg des linksseitigen
Zahnes -53 zu liegen kommt. Wenn der Elektromagnet durch Schließung eines Schalters
6i erregt wird, dann wird die Stange 55 nach links (Abb. i) verschoben, und der
Stift 57 gerät in Eingriff mit dem rechtsseitigen Zahn 53, während der Stift 56
außer Eingriff mit dem linksseitigen Zahn 53 -gerät. Das Ende der hohlen Welle 52,
welches auf der dem Elektromagneten abgewendeten Seite liegt, ist mit einer Welle
62 gekuppelt, welche mit Hubscheiben 63 ausgerüstet ist. Die Hubscheiben 63 liegen
unterhalb der Saugventile i3 und stehen mit den Ventilspindeln 14 in Eingriff. Es
ist einleuchtend, daß, wenn die Welle 62
und damit die Hubscheiben 63 sich
in der in Abb. 2 dargestellten Lage befinden, daß dann die angesaugteFlüssigkeit
in diLFörderleitung gedrückt wird und nicht ganz oder teilweise wieder aus den Einlaßventilen
austreten kann.
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Wenn jedoch die Hubscheiben 63 um 1800 gedreht werden, dann werden
die Ventilspindeln 14 nach aufwärts bewegt, so daß die Ventile von ihren Sitzen
entfernt gehalten werden und die eingesaugte Flüssigkeit durch die Einlaßventile
wieder hinausströmt. Die Hubscheiben 63 sind so an der Welle 62 befestigt,
daß die eingesaugte Flüssigkeit aus den Einlaßventilen wieder hinausgetriebenwird,
wenn der Elektromagnet 59 nicht erregt ist, so daß die Fördermenge der Pumpe gleich
Null wird. Wenn der Elektromotor nicht erregt ist, dann wird durch die Feder 6o
der Stift 56 in den Weg des hin und her schwingenden Zahnes 53 des Zahnrades 5r
gebracht. Das hin und her schwingende Zahnrad 51 und damit der Zahn 53 bewegt sich
durch einen Winkel von 18o°, und diese Bewegung der Hubwelle 52 und der Hubscheiben
63 bewirkt die Einstellung der Saugventile 13 ineinesolcheLage, daß dieselben sich
nicht schließen können, so daß die eingesaugte Flüssigkeit wieder aus der Kolbenkammer
herausgetrieben wird. Wenn man den Elektromagneten 59 erregt, dann bewegt sich der
Stift 56 von dem hin und her schwingenden Zahnrad 51 hinweg, und der Stift 57 gerät
in den Weg des hin und her schwingenden Zahnes 53. Dadurch wird die. Welle 62 und
damit die Hubscheiben 63 um 18o° gedreht, so daß die niedrigen Teile der Hubscheiben
63 mit den Ventilspindeln 14 der Saugventile zusammenarbeiten und dieselben sich
schließen können, wenn die Tauchkolben sich nach abwärts bewegen. Die Abschrägung
des Zahnes 53 (Abb. i) verhütet, da.ß die Stifte 56 und 57 sich in keiner anderen
als in der gewünschten Richtung verschieben können, eine Rückwärtsdrehung der Hubscheiben
63 ist also nicht möglich. Gemäß der Erfindung ist die letztgenannte Vorrichtung
so eingerichtet, daß sie selbsttätig in Betrieb gesetzt wird, wenn keine Flüssigkeit
aus der Förderleitung entnommen wird, und daß die Pumpe selbsttätig die Förderung
von Flüssigkeit wieder aufnimmt, wenn wiederFlüssigkeit aus derFörderleitung entnommen
wird. Diese selbsttätige Überwachung besteht aus einem Schalter 64, welcher in dem
Stromkreis des Elektromagneten angeordnet ist (Abb. i) und der für gewöhnlich geschlossen
ist. Der Schalter 64 ist mit einem Betätigungshebel oder mit einem Ansatz 65 versehen,
welcher in den Weg der sich verschiebenden Platte 45 hineinragt. Wenn keine Flüssigkeit
aus der Förderleitung der Pumpe entnommen wird, dann entsteht, wie bereits ausgeführt,
in derselben ein höherer Druck, der eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 41 und damit
eine Verstellung der Planetenzahnräder verursacht. Die Platte 45 bewegt sich dabei
mit nach aufwärts und wirkt dem Druck der Feder 44 entgegen. Wenn nun der Kolben
q.1 und damit die Platte ¢5 sich so weit nach aufwärts bewegt hat, daß dadurch die
Kurbelwellen um 18o° mit Bezug aufeinander verdreht worden sind, dann ist es, wie
bereits erwähnt, nicht ohne weiteres möglich, infolge der verschiedenen Winkeleinstellungl
der Pleuelstangen die Fördermenge derPumpe gleich Null zu machen, denn selbst wenn
die Kröpfungen a und x sich in der in Abb. 5 dargestellten Stellung
befinden, wird sich der Tauchkolben 12 immer noch etwas ab- und aufwärts bewegen.
Durch den selbsttätigen Schalter 64 jedoch wird erreicht, daß die Fördermenge der
Pumpe praktisch gleich Null ist. Wenn nämlich die Platte 45 so weit nach aufwärts
bewegt ist, daß sie mit dem Betätigungshebel des Schalters 64 in Eingriff gerät,
dann wird bei einer noch weiteren Aufwärtsbewegung der Stromkreis des Magneten unterbrochen,
und dadurch wird durch die Feder 6o die Stange 55 nach rechts (Abb. i) verschoben,
so daß die Hubscheiben 63 so verstellt werden, daß sie eine Schließung der Einlaßventile
verhindern. Wenn hierauf eine Entnahme von Flüssigkeit aus der Förderleitung wieder
einsetzt, dann bewegt sich der Hebel 41 und damit die Platte 45 wieder nach abwärts,
und sobald die letztere mit dem Betätigungshebel des Schalters 64 außer Eingriff
gerät, wird der Schalter geschlossen, und der Elektromagnet wird wieder erregt,
und dadurch werden die Hubscheiben 63 in ihre ursprüngliche Lage gebracht, in welcher
sie eine Schließung der Einlaßventile gestatten. Ferner ist ein von Hand aus zu
betätigender Schalter 61 vorgesehen, welcher während des Betriebes der Pumpe geschlossen
ist.
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Der Kurbelarm 37 dreht . sich gleichzeitig
und mit
derselben Geschwindigkeit wie die Kurbelscheiben i9 und 21. Die Hubscheiben 63 werden
bei einer Aufwärtsbewegung des Kurbelarmes 37 gedreht. Der Kurbelarm 37 ist so eingestellt,
daß die Hubscheiben 63 nur während des Saughubes der verschiedenen Kolben gedreht
werden, wodurch verhütet wird, daß die Pumpe stößt, denn infolge der Form der Hubscheiben
wird ein Ansteigen der Drehkrgft von Null bis zu dem höchsten Wert erreicht, anstatt
eines plötzlichen Auftretens der höchsten Drehkraft, welches eine übermäßige Beanspruchung
und Abnutzung der Pumpenteile zur Folge hätte.
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In Abb.7 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
In dieser Ausführungsform ist jede Kurbelwelle 70 mittels einer Pleuelstange
71 mit getrennt voneinander liegenden Tauchkolben 72 versehen, welche in die Tauchkolbenkammer
i i hineinragen. Der Betrieb und die Wirkungsweise dieser Pumpe ist genau dieselbe
wie die der im vorhergehenden beschriebenen. Die beiden Kurbelwellen sind miteinander
durch dasselbe selbsttätig wirkende Planetenzahnradgetriebe verbunden, und es ist
ohne weiteres einzusehen, daß eine Veränderung der Lage der Kröpfungen der beiden
Kurbelwellen, eine Veränderung des resultierenden . Hubes der beiden Tauchkolben
72 zur Folge hat, und zwar in einer solchen Weise, daß dadurch eine Veränderung
der Fördermenge der Pumpe erzielt wird.