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Vorrichtung zur Änderung des Kolbenhubes bei Kurbeltrieben Zur Verstellung
des Kolbenhubes, vor allem bei Flüssigkeitspumpen, wurden bisher verschiedene Wege
beschritten. Für Maschinen kleinster Ausführung wurde die Kolbenstange vom Kreuzkopf
getrennt und durch eine Stellmutter jeweils mehr oder weniger tief in den Zylinder
geschoben, so daB sie, je kleiner der Hub sein soll, desto mehr nach dem Hubende
hin erst vom Kreuzkopfhals erreicht wird. Das Herausziehen .des Kolbens erfolgt
dabei durch Federkraft, und bei der oft stark angezogenen Stopfbüchsenpackung verbleibt
der Kolben leicht in,der hinteren Totpunktlage, und die Förderung versagt.
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Andere Konstruktionen, z. B. eine Kurbelschleife im Pleuelkopf, lassen
nur eine Hubminderung bis etwa zur Hälfte des Gesamthubes zu, wenn man das Auswechseln
von Maschinenteilen vermeiden will. Eine andere Bauart benutzt zwei Pleuelstangen
und einen durch Zahnstange verstellbaren Hebel mit Gleitführung, was nicht nur ein
umfangreiches Triebwerk, sondern auch eine Anzahl von sich ständig bewegenden und
abnutzenden Gelenken ergibt, so daB die Anordnung trotz einer Regelmöglichkeit bis
Null keine Verbreitung fand. Die bisher bekannteste Ausführung für eine Regelung
bis fast Null benutzt einen durch die Pleuelstange angetriebenen und um eine lange
Lenkerstange drehbaren, verstellbaren Schwinghebel mit Gleitführung. Die Beschränkung
der Hubzahl auf 70 U/min ist nicht nur durch Abnutzung der vielen sich ständig
bewegenden Gelenke, sondern auch durch das Mitschwingen des Verstelihandrades,
was
bei höheren Hubzahlen -zu Unfällen führen kann bedingt. Ein Nachteil ist das Mißverhältnis
des größten Kolbenhubes zu dem wesentlich größeren Kurbelweg und die Anordnung der
Kurbelwelle weit außerhalb der Kolben-und Zylinderachse, was z. B. die nachträgliche
Ausrüstung einer normalen Maschine mit Hubverstellung ausschließt.
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Bei der der Erfindung zugrunde liegenden Vorrichtung wird von der
bekannten Möglichkeit ausgegangen, die das Verstellen mehrerer ineinander angeordneter
Exzenter bietet. Der erforderliche Kurbelradius wird in Einzelradien von ineinander
drehbaren Exzentern aufgeteilt, derart, daß ein Exzenterradius gleich dem halben
Kurbelradius wird, während die Summe der Radien von den übrigen Exzentern ebenfalls
gleich dem- halben Kurbelradius wird. Bei zwei ineinander angeordneten Exzentern
wird also jeder Exzenterradius gleich dem halben Kurbelradius, bei z. B. drei ineinander
angeordneten Exzentern wird .der Radius des zweiten Exzenters gleich dem dritten
Teil des Kurbelradius und der Radius des dritten Exzenters gleich dem sechsten Teil
des Kurbelradius. Der Deutlichkeit halber werden im folgenden nur zwei Exzenter
in Betracht gezogen, deren Exzentrizitäten gleich groß sind. Der eine Exzenter besteht
-zweckmäßig finit der Kurbelwelle zusammen aus einem Stück. Der auf diesem drehbar
angeordnete zweite Exzenter läßt sich, angefangen vom größten Hub bei Addition beider
Exzentrizitäten stufenlos bis zum Nullhub bei gegenseitiger Aufhebung der Exzentrizitäten,
durch ein selbstsperrendes Getriebe in jede beliebige Stellung bringen und in dieser
Lage festhalten. Um die Getriebeverstellung während des Betriebes und beim Stillstand
zu 1;ctätigen, wird das Betätigungsorgan einerseits mit dein ständig in Ruhe befindlichen
Maschinengehäuse bzw. Fundament verbunden, anderseits direkt oder indirekt durch
ein zusätzliches Glied während der- Betätigungszeit mit dem Getriebe lose gekoppelt.
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Eine derartige Vorrichtung und ihre Arbeitsweise wird nachstehend
an Hand der Abb. i bis 9 beschrieben. Die Abb. i zeigt den Längsschnitt einer solchen
Hubverstellungsvorrichtung z. B. für schwere Antriebe Abb.2 zeigt die Exzenterstellungen
für den größten Hub bei Addition der Exzentrizitäten und Abb. 3 die Lage der Exzenter
bei gegenseitiger Aufhebung der Exzentrizitäten, wenn der Hub gleich Null geworden
ist.
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Die Antriebswelle i trägt, mit ihr fest verbunden, einen Exzenter
2, auf dem ein ;Exzenter 3 drehbar gelagert ist. Der Exzenter wird vom Pleuelstangenkopf
umfaßt und trägt einen Zapfen 4, der z. B. etwa ein Drittel des Kolbenstangendruckes
aufzunehmen hat und der den Exzenter sowohl in jeder gewünschten Lage festhält als
auch beim Verstellen bewegt. Der Zapfen 4 ist in einem Schlitz oder einer Nut 5
einer auf der Antriebs-\velle i drehbar gelagerten Büchse 6 geführt. Die Büchse
6 trägt ein Getrieberad 7, in -das ein anderes Getrieberad 8 eingreift, das mit
einem Schneckenrad 9 verbunden ist. Das letztere ist, wie auch Abb. 4 zeigt, mit
einer Schneckenwelle io gemeinsam in einem Gehäuse i i gelagert, das mit der Antriebswelle
r fest verbunden ist. Dadurch wird der verstellbare Exzenter 3 in bezug auf .die
Antriebswelle i in jeder beliebigen Lage festgehalten, weil das Getriebe selbstsperrend
ist. Man kann andere 'Getriebearten als die dargestellte benutzen, und wenn diese
an sich der Forderung der Selbstsperrung nicht hinreichend genügen, kann durch zusätzliche
Reiborgane die Selbstsperrung erreicht werden.
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Wie Abb.4 zeigt, trägt die Schneckenwelle io ein Reibrad 12, bei dessen
Drehung das Getriebe in Gang kommt und mittels der Büchse 6 (Abb. i) und des Zapfens
4 .den Exzenter 3 auf dem Exzenter 2 dreht und verstellt. Die Drehung des Reibrades
12, welches gemeinsam mit dem auf :der Welle i befestigten Getriebeteil bei Drehung
der Welle i ständig im Kreis geschwungen wird, erfolgt,-wie die punktierte Stellung
in Abb. i zeigt, sobald das verschiebbare Gehäuse 13 als Gegenreibscheibe durch'den
Hebel 14 an das Reibrad 12 gedrückt wird. Das Gehäuse 13 wird beim Laufen der Maschine
durch gleich starke Federn 15 und mittels des bei 16 mit dem Gehäuse 13 verstifteten
Bolzens 17 in genügendem Abstand von der Reibscheibe 12 gehalten. Sobald der Exzenter
3 und damit der Hub verstellt werden soll, wird durch Betätigung des um die Achse
18 drehbaren Hebels 14 und die in eine Nut eingreifenden Stifte i9 (Abb. 5) das
Gehäuse 13 verschoben, gegen das Reibrad 12 gedrückt und dieses in Umdrehung versetzt.
Ein Springstift 2o im Arm 2i, der am Maschinengehäuse bzw. Fundament 22 befestigt'
ist, verhindert durch Eingriff in einen Schlitz oder Nut 23 das Mitdrehen des Gehäuse
13. Der Hebel 14 und damit das Gehäuse 13 kann nach beiden Richtungen bewegt werden,
und dadurch werden das Reibrad i2, das Getriebe und die Büchse 6 nach .der einen
oder anderen Richtung gedreht. Mittels des Zapfens 4 wird dann die Stellung des
Exzenters 3 auf dem Exzenter 2 im Sinne einer Hubverkleinerung oder Hubvergrößerung
um jeden gewünschten größeren oder geringsten Betrag sofort selbsttätig verändert.
Würde das .Gehäuse i3 .die Reibscheibe 12 nur von einer Seite berühren können, dann
ließe sich der Exzenter 3 nur nach einer Richtung hin, z. B. im Sinne einer Hutverkleinerung,
verstellen und könnte aus einer mittleren Stellung heraus nicht sofort auf einen
größeren Hub verstellt werden, sondern würde erst über die Nullstellung hinweg in
die erforderliche Stellung gelangen, wie aus Abb. 2 und 3 erkennbar wird. Es kann
allerdings Fälle geben, wo dies genügt bzw. erwünscht ist.
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Bei .der in Abb. i bis 5 ,dargestellten Ausführung ist zu erkennen,
daß eine Hubverstellung beim Vor- und Rückgang des Kolbens, also beim Pumpen z.
B. während des Saug- und Druckhubes erfolgen kann, insoweit nicht die Reibscheibe
-hei
Vollast gleitet und nur bei Entlastung sich dreht. Man kann
aber eine Verstellung bei Entlastung, also z. B. während des Saughubes von Pumpen
absichtlich dadurch erreichen, daß man z. B. vom Gehäuse 13 nur die untere Hälfte
oder ein Drittel ausführt. Dieser Gehäusesektor kann dann samt dem Verstellhebel,
ohne Lagerung auf der verlängerten Welle, am Maschinengehäuse oder Fundament direkt
angebracht werden. Um den Hub auch bei stillstehender Maschine zu verändern, wird
der Springstift 2o herausgezogen und das Gehäuse 13 von Hand gedreht, während es
durch Druck auf den Hebel 14 die Reibscheibe 12 in Drehung versetzt und dadurch
in der oben geschilderten Weise die Hubverstellung vollzieht. Der Springstift 2o
kann durch eine Reibungsbremse od. dgl. ersetzt werden.
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Eine nicht dargestellte Anzeigevorrichtung, z. B. ein an einer Meßschiene
entlang gleitender Stift oder Zeiger, der zweckmäßig am Kreuzhopfbolzen angebracht
wird, kennzeichnet die eingestellte Hublänge und macht auch bei höheren Drehzahlen
die Betätigung des Verstellhebels leicht und sicher.
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Eine Entlastung des Zapfens q. und des Getriebes kann, wie Abb. 6
zeigt, durch Anordnung eines Klinken- oder Klemmgesperres 24 zwischen den Exzentern
:2 und 3 erzielt werden, allerdings ist dann eine Exzenter- bzw. Hubverstellung
nur in einer Drehrichtung über Null möglich, aber das Getriebe kann leichter und
einfacher werden und braucht nicht selbstsperrend zu sein, wenn die Schaltung im
entlasteten Sektor des Kurbelkreises erfolgt.
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Bezüglich des der Hubverstellung dienenden Getriebes umschließt der
Erfindungsgegenstand unbeschränkt zahlreiche Konstruktionsmöglichkeiten, die hier
im gegebenen Rahmen nicht alle dargestellt und beschrieben werden können. Ein Getriebe,
insbesondere für leichtere Antriebe, ist z. B. in den Abb. 7 bis 9 gezeigt, und
die gleichartigen Teile sind mit den gleichen Zahlen benannt. Auf der Getriebeseite
ist die Welle i mit einem axial verlaufenden geraden Schlitz 25 versehen, und die
auf der Welle i drehbare Büchse 6 hat auf der gleichen Strecke zwei gegenüberliegende
gewundene Schlitze 26, wie Abb. 8 erkeimen läßt. Der in einer weiteren axial verschiebharen
Büchse 27 befestigte Bolzen 28 durchdringt die drei Schlitze, wie Abb.9 zeigt, und
kuppelt die Welle i, die Büchse 6 und die Büchse 27 so, daß bei Verschieben der
letzteren die Büchse 6 und der Exzenter 3 mittels des Zapfens 4 in bezug auf die
Welle i gedreht und verstellt werden und daß beim Festhalten der Büchse 27 die genannten
Teile tinverrüclbar festgehalten werden. Zum Festhalten und Bewegen der Büchse 27
mit dein Bolzen 28 dient eine nur axial verschiebbare Büchse 29, die durch einen
Zapfen 30 und einen Schlitz oder eine Nut 31 in einem mit dem Maschinengehäuse
oder Fundament 22 fest verbundenen Gehäuse 32 geführt wird. Eine Schraube 33 verhindert
selbsttätiges Verstellen durch Erschütterung. Die Büchse 29 und damit auch die mit
der Welle i umlaufende Büchse 27 werden mittels eines in der Büchse 29 befindlichen
:Muttergewindes und der Schraubenspindel 3,4 verstellt, sobald die Schraube 33 gelöst
und die Spindel 34 durch Betätigung der Handgriffe 35 gedreht wird. Ist die an einer
Anzeigevorrichtung ablesbare Hubeinstellung erreicht, wird die Schraube 33 wieder
angezogen, und das Getriebe ist blockiert. Diese Vorrichtung arbeitet ebenfalls
unabhängig davon, ob die Maschine in Betrieb ist oder stillsteht. Die praktische
Bedeutung der neuen Vorrichtung liegt nicht nur darin, daß die mechanischen Mittel
während des Betriebes in Ruhelage relativ zur Antriebskurbelwelle verbleiben und
somit wesentlich höhere Drehzahlen und schwerere -Antriebe als bisher zulassen,
ohne sich abzunutzen, sondern sie ist auch für Fernsteuerung bestens geeignet, wenn
die Hubgrößen über eine Anzeigevorrichtung fernübertragen oder die Maschinenförderung
bzw. Leistung an der Verbrauchsstelle kontrolliert wird, während man die Handhabungsorgane,
Hebel 14 oder Handgriffe 35, entweder elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch
oder mechanisch fernbetätigt.