Kugelkolbenpumpe

Abstract

 Bei einer Kugelkolbenpumpe ist der mit raumverändernden Taumelbewegungen umlaufende kugelsektorförmige Kolben (2) an einem Zapfen (6) angelenkt dessen ortsfeste Drehachse schräg zurAntriebsachse (M) verläuft und diese im Mittelpunkt (P) derKugelschale schneidet. Zur Vereinfachung und Erhöhung der Betriebssicherheit ist der Kolben (2) an der vorzugsweise gegabelten Antriebswelle (13) mittels eines Gelenks (15,16) gelagert, dessen Achse parallel zur Scheitellinie (5) des Kolbens (2) und ebenfalls durch den Mittelpunkt (P) verläuft. Das ortsfeste Lager des Zapfens (6) ist vorzugsweise an einem Tragstab (11) angeordnet, der die als Rohr ausgebildete Antriebswelle (13) durchsetzt. Ein Zahnradvorgelege (22) zum Antrieb der Kugelkolbenpumpe ist an diese angebaut.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kugelkolbenpumpe mit einem kugelsektorförmigen Kolben, dessen symmetrische Sektorflächen sich in einer Scheitellinie schneiden und der in einer Kugelschale mit raumverändernden Taumelbewegungen umläuft und an einem Exzenterzapfen mit schräg zur Antriebsachse verlaufender Drehachse gelagert ist, welche die Achse der Antriebswelle im Mittelpunkt der Kugelschale schneidet. Der Scheitel des Kugelkolbens ist mit einer Dichtleiste versehen, die sich am Abschlußdeckel der Kugelschale abwälzt und als Dichtgrenze zwi-, schen den Arbeitsräumen wirkt.

[0002] Bei derartigen Verdrängungssystemen, wie sie z. B. in DE-A-2 161 572 und DE-A-2 514 945 gezeigt sind, wird der Kolben über ein Kegelradgetriebe angetrieben, das aus einem mit dem Kolben konzentrisch zu einer Achse verbundenen, drehenden Hohlrad und mit einem diesem kämmenden koaxial zur Antriebswelle angeordneten fest-' stehenden Ritzel besteht, wobei die Mittelachsen von Hohlrad und Ritzel einen spitzen Winkel miteinander bilden, dessen Schnittpunkt im Mittelpunkt der Kugelschale liegt. Diese Antriebselemente erfordern als Präzisionsteile einen hohen Fertigungs- und Wartungsaufwand, wobei das Kegelradgetriebe als verschleißgefährdeter Bauteil besonderer Kühl- und Schmiermaßnahmen bedarf, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.Außerdem wirken sich die Flieh- und Trägheitskräfte bei den großen drehenden und schwingenden Massen des Kolbens mit Hohlrad und dessen Lager entsprechend nachteilig aus. Schließlich ist eine ständige Dichtwirkung der Dichtleiste bei der bekannten Antriebsart nicht gesichert, da die Dichtleiste nicht bei allen Bewegungszuständen des Kolbens in ihrer ganzen Länge an der Fläche des Abschlußdeckels anliegt, was eine Verringerung der Pumpleistung bewirken kann.

[0003] Durch die Erfindung sollen die bekannten Kugelkolbenpumpen der behandelten Art so verbessert werden, daß die genannten Mängel beseitigt sind. Insbesondere wird eine gegenüber bisher vereinfachte, leichtere Bauweise mit weniger Wartungsbedarf und größerer Betriebssicherheit sowie eine exakte ebene Führung der Dichtleiste angestrebt.

[0004] Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Kolbenbewegung kreuzgelenkartig angeordnete Mittel vorgesehen sind, wobei der Exzenterzapfen in einem ortsfesten Lager geführt und mit dem Kolben über ein Gelenk verbunden ist, dessen Achse rechtwinklig zur Scheitellinie des Kolbens durch den Kugelschalenmittelpunkt verläuft, und wobei der Kolben außerdem an der Antriebswelle gelenkig so gelagert ist, daß die Gelenkachse ebenfalls durch den Kugelschalenmittelpunkt, jedoch parallel zur Scheitellinie des Kolbens verläuft.

[0005] Bei dieser Anordnung werden die angestrebten Kolbenbewegungen ohne das bisherige Kegelradgetriebe erreicht, so daß die Fertigung und Montage vereinfacht und das Betriebsverhalten der Mittel für den Kolbenantrieb verbessert ist, was sich insbesondere in einer Verringerung des Wartungsbedarfs und des Verschleisses vorteilhaft auswirkt. Außerdem sind die umlaufenden bzw. schwingenden Massen verkleinert, wodurch sich weitere konstruktive und funktionelle Vorteile ergeben. Ferner ist durch die Kinematik des Kreuzgelenkes erreicht, daß die Bewegungen der Dichtleiste im Kolbenscheitel in einer exakten Ebene ablaufen, so daß die Dichtwirkung voll gewährleistet ist.

[0006] Ferner ist nach der Erfindung das im Kolben angeordnete Lager des Exzenterzapfens an einem Tragstab angebracht, der durch die hohle zentrale Antriebswelle des Kolbens hindurchgeführt und an einem ortsfesten Bauteil, vorzugsweise an einem Gehäuseteil, befestigt ist. Dabei wäre es z. B. bei der unmittelbaren Anflanschung eines Elektromotors an das Pumpengehäuse möglich, den Tragstab am Motorgehäuse zu befestigen. Diese Ausführung würde jedoch voraussetzen, daß nur ein Motor mit hohler Rotorwelle und entsprechend präpariertem Gehäusedeckel verwendet werden könnte.

[0007] Die Erfindung bevorzugt daher eine Ausführung, bei welcher dem Kolbenantrieb ein Zahnradvorgelege vorgeschaltet ist, an dessen Gehäuse der Tragstab befestigt ist. Dadurch kann jeder handelsübliche Motor als Antrieb angeschlossen werden. Außerdem besteht eine größere Freizügigkeit in der Wahl der Daten der Antriebsleistung.

[0008] An sich würde für die erfindungsgemäße Kolbenanlenkung an der Antriebswelle ein einziges, entsprechend ausgebildetes, Gelenk genügen. Aus Gründen einer guten Auswuchtung und besseren Lastverteilung bevorzugt die Er-. findung jedoch eine Bauweise, bei welcher die zentrale Antriebswelle im hohlen Kugelkolben axialsymmetrisch gegabelt ist, wobei jeder Gabelarm mit einem Lager für die Kolbenanlenkung versehen ist. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kugelkolbenpumpe mit Vorgelege und

Fig. 2 einen Querschnitt.

[0009] In der Halbkugelschale 1 ist der kugelsektorförmige Kolben 2 um eine Antriebsachse M drehbar geführt. Die Kugelschale ist durch einen innen ebenen Deckel 3 abgeschlossen, an welchem sich eine am Kolbenscheitel 5 angebrachte Dichtleiste 4 als Dichtgrenze abwälzt. Ein Exzenterzapfen 6 ist mit einer Nabe 7 versehen, welche auf einem Lagerbolzen 8 befestigt ist, der in Lagern 12 (Fig. 2) im Kolbenkopf 9 so gelagert ist, daß seine rechtwinklig zum Kolbenscheitel 5 verlaufende Achse die Antriebsachse M im Kugelschalenmittelpunkt P schneidet. Der Exzenterzapfen 6 ist in einem Zapfenlager 10 drehbar gelagert, welches von einem Tragstab 11 ortsfest gehalten wird.

[0010] Der Antrieb des Kolbens 2 erfolgt über die Antriebswelle 13, welche im Kolben axialsymmetrisch gegabelt ist. Jeder Gabelarm 14 trägt einen Gelenkbolzen 15, der in einem Lager 16 sitzt, das in ein Lagerauge 17 des Kolbens eingesetzt ist. Die Achse der Lager 16 verläuft ebenfalls durch P, jedoch parallel zum Kolbenscheitel 5.

[0011] Die in Fig. 2 sichtbaren, von den Kolbensektorflächen 2a und der Kugelschale begrenzten Arbeitsräume 18 und 19 werden durch die Dichtleiste 4 und weitere Dichtmittel 20, 21 gegenseitig und nach außen abgedichtet.

[0012] Der Antrieb des Kolbens erfolgt aus den eingangs erwähnten Gründen über ein Zahnradvorgelege 22 mit den Zahnrädern 23, 24, wobei der Motor an die Nebenwelle 25 anschließbar ist. Der Tragstab 11 für das Zapfenlager 10 ist durch die hohle Antriebswelle 13 hindurchgeführt und am Gehäusedeckel 26, z. B. durch eine Keilverbindung 27, festgelegt.

[0013] Auf der Antriebswelle 13 kann zum Massenausgleich ein Auswuchtkörper 28 vorgesehen werden.

[0014] Die angestrebte Pumpwirkung wird durch periodisch erzwungene Veränderungen des Volumens der Arbeitsräume 18 und 19 (Fig. '2) erreicht, wobei der Kolben Taumelbewegungen ausführt. Dabei schwenkt er zwischen der in Fig. 2 gezeigten Mittellage und den Totpunktlagen (eine ist strichpunktiert eingezeichnet) nach beiden Seiten um die Gelenkbolzen 15 und dreht sich gleichzeitig um die Antriebsachse M. Bei einer Drehung der Antriebswelle um 360° ergeben sich zwei Arbeitshübe, die wechselweise in den Räumen 18 und 19 ablaufen,

[0015] Gleichzeitig ist auch erreicht, daß der Kolbenscheitel 5 und mit ihm die Dichtleiste 4 in einer zur Antriebsachse M rechtwinklig liegenden Ebene umlaufen, wobei die Dichtleiste sich entsprechend den Kolbenbewegungen an der Innenfläche des ebenen Deckels 1 abwälzt und die angestrebte Dichtwirkung gewährleistet.

[0016] Die Steuerung des Fördermediums, z. B. eines Gases, erfolgt durch den Kolben, wobei die Steueröffnungen in bekannter Weise in unmittelbarer Nähe der Totpunktzonen angeordnet sind.

Ansprüche

1. Kugelkolbenpumpe mit einem kugelsektorförmigen Kol= ben, dessen symmetrische Sektorflächen sich in einer Scheitellinie schneiden und der in einer Kugel- . schale mit raumverändernden Taumelbewegungen umläuft und an einem Exzenterzapfen mit schräg zur Antriebsachse verlaufender Drehachse gelagert ist, welche die Achse der Antriebswelle im Mittelpunkt der Kugelschale schneidet,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Kolbenbewegung kreuzgelenkartig angeordnete Mittel vorgesehen sind, wobei der Exzenterzapfen (6) in einem ortsfesten Lager (10) geführt und mit dem Kolben (2) über ein Gelenk (7, 8) verbunden ist, dessen Achse rechtwinklig zur Scheitellinie (5) des Kolbens durch den Kugelschalenmittelpunkt (P) verläuft, und wobei der Kolben außerdem an der Antriebswelle (13) gelenkig so gelagert ist, daß die Gelenkachse der Lagerbolzen (15) ebenfalls durch den Kugelschalenmittelpunkt, jedoch parallel zur Scheitellinie des Kolbens verläuft.

2. Kugelkolbenpumpe nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das im Kolben angeordnete Lager (10) des Exzenterzapfens (6) an einem Tragstab (11) angebracht ist, der durch die hohle zentrale Antriebswelle (13) des Kolbens hindurchgeführt und an einem ortsfesten Bauteil, vorzugsweise an einem Gehäuse (26) befestigt ist.

3. Kugelkolbenpumpe nach den vorhergehenden Patentansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kolbenantrieb ein Zahnradvorgelege (23, 24) vorgeschaltet ist, an dessen Gehäuse der Tragstab (11) befestigt ist.

4. Kugelkolbenpumpe nach den vorhergehenden Patentansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zentrale Antriebswelle (13) im hohlen Kugelkolben (2) axialsymmetrisch gegabelt ist, und.daß jeder Gabelarm (14) mit einem Lager (16) für die Kolbenanlenkung versehen ist.

Zeichnung