DE10216684A1 - Antriebseinrichtung für eine Maschine, insbesondere Pumpe - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung mit einer Hubverstelleinrichtung für eine Maschine mit mehreren Kolben-/Zylindereinheiten zu schaffen, die eine stufenlose Einstellung des Hubes der Kolben von Null bis zum maximalen Hub ermöglicht. DOLLAR A Die Antriebseinrichtung für eine mehrere Kolben-/Zylindereinheiten 2, 3 aufweisende Maschine besitzt zwischen einem Antrieb mit einer Antriebswelle 1 und den Kolben-/Zylindereinheiten 2, 3 eine Hubverstelleinrichtung 4. Die Hubverstelleinrichtung 4 besteht z. B. aus einer gabelförmigen Schwinge 6, die zwischen den beiden Gabelarmen eine Gabelarmachse 8 besitzt. Die Gabelarmachse 8 wird wiederum von einer Achse 10 gehalten. Der Fuß 7 der Schwinge 6 ist radial verschiebbar im Kurbelelement 5 angeordnet. Auf der Gabelarmachse 8 sind Pleuel 11 der Kolben 2 der Zylindereinheiten 3 gelagert. Die Gabelarmachse 8 führt beim Lauf der Antriebswelle 1 eine hin- und hergehende Bewegung aus. Die Hubhöhe der Kolben 2 richtet sich nach der Auslenkung des Fußes 7 im Kurbelelement 5 und kann von einer maximalen Auslenkung bis auf Null im Lauf der Antriebseinrichtung eingestellt werden. DOLLAR A Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Maschinenbau, vorzugsweise das Fachgebiet der Pumpen.

Description

• Antriebseinrichtung für eine mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit aufweisende Maschine mit einer integrierten Hubverstelleinrichtung, insbesondere für eine Pumpe.
• Es sind sogenannte Verstellpumpen bekannt, die so gebaut sind, dass man den durch Zellen gebildeten Förderraum verstellen und damit die Fördermenge bei gleichbleibender Antriebsdrehzahl verändern kann. Ein Verstellen der Förderleistung erfolgt dabei durch die Veränderung der Exzentrizität des exzentrisch in einem Gehäuse gelagerten Rotors. Die Veränderung der Exzentrizität kann auch während des Laufs der Maschine erfolgen und verändert damit den Förderstrom bei gleichbleibender Drehzahl der Antriebsmaschine. Bei der Bauform der sogenannten Flügelzellenpumpen besitzt der Rotor Schlitze, in den radial verschiebliche Lamellen gleiten. Diese Lamellen werden z. B. durch die Fliehkraft gegen die Gehäusewandung gepresst und bilden bei der Drehbewegung sich sichelförmig erweiternde und verengende Förderzellen. Bei den sogenannten Kolbenzellenpumpen nach Trommelbauart verändert man die Fördermenge durch Schwenken des Steuerkörpers um einen Winkel gegen die Antriebswelle, die über eine Gelenkwelle die Trommel auf dem Steuerkörper antriebt.
• In der DE 37 11 643 C2 wird ein stufenlos regelbares Kurbelgetriebe insbesondere für Kräder beschrieben, welches eine stufenlose Anpassung an die jeweilige Belastung durch einen Drehmomentenwandler erreicht, der im weitesten Sinne einen Hebel aufweist, dessen wirksame Hebellänge in Abhängigkeit von der jeweils benötigten Antriebskraft mit Hilfe von Federelementen verändert wird. Hierbei wird ein Schlitten in einer Zylinderführung bei einsetzender Belastung so verschoben, dass die wirksame Hebellänge des Drehmomentenwandlers verkleinert bzw. vergrößert wird. Über eine Hubverstellung erfolgt hier eine Regelung.
• Eine Hubverstellung bei Kolbenpumpen ist in der DE 34 40 543 C2 beschrieben. Es handelt sich hierbei um eine fluidische Radialkolbenmaschine, bei welcher die mit ihren Mittelachsen in einer zur Maschinenlängsachse gemeinsamen Querebene angeordneten Arbeitskolben an einem radial verlagerbaren Stützglied wenigstens mittelbar gleitend anliegen, das mit einem die Querebene durchsetzenden und aus der Maschinenlängsachse verschwenkbaren Längsabschnitt der Maschinenwelle gelenkig verbunden ist, wobei das in die Maschinenlängsachse mündende Ende des unter den Einfluss eines kraftbeaufschlagbaren, translatorisch wirksamen Schiebeglieds gestellten schwenkbaren Wellenabschnitts an den um die Maschinenlängsachse rotierenden, axial unverschiebbaren Längsabschnitt der Maschinenwelle gelenkig angeschlagen ist und dass bezüglich der Anlenkung des schwenkbaren Wellenabschnitts an den um die Maschinenlängsachse rotierenden Wellenabschnitt auf der anderen Seite der Querebene radial verlagerbare Wellenende an ein hier vorgesehenes, um die Maschinenlängsachse drehbar gelagertes Schwenklenker-Getriebe mit senkrecht zur Maschinenlängsachse verlaufende Schwenkachse im Rotationssinne mitnahmefähig gekoppelt ist.
• Diese vorgenannten Lösungen beziehen sich auf spezielle technische Lösungen und bedingen zur ihrer Realisierung einen sehr hohen mechanischen Aufwand, der aufgrund der Anwendungsfälle durchaus auch gerechtfertigt erscheint.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung mit einer Hubverstelleinrichtung für eine Maschine mit mindestens einer Kolben-/Zylindereinheit zu schaffen, die eine stufenlose Einstellung des Hubes des oder der Kolben von Null bis zum maximalen Hub ermöglicht.
• Die Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Antriebseinrichtung zeichnet sich durch eine Hubverstelleinrichtung zum Einstellen der Hubhöhe des oder der Kolben in Zylindereinheiten aus. Somit kann z. B. in vorteilhafter Weise eine Fördervolumeneinstellung realisiert werden. Hierbei spielt das zu fördernde Medium, ob gasförmig oder flüssig, keine Rolle. Die Maschine kann bei laufendem Antrieb auf eine Förderleistung von Null gefahren werden. Gleiches ist auch umgekehrt möglich. Somit ist ein kontinuierlicher Anlauf möglich.
• Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Antriebseinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 2 besteht die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Hubhöhe des oder der Kolben aus einer Schwinge an der der oder die Kolben gelagert sind. Durch die Verschiebung des Fußes der Schwinge am Kurbelelement des Antriebes kann eine kontinuierliche Verstellung vorgenommen werden. Nach Anspruch 3 ist die Schwinge durch einen besonders gestalteten Körper ersetzt. Dieser Körper und eine darin gelagerte Achse tragen mindestens ein oder mehrere Pleuel für den oder die Kolben von Horizontal- und Vertikalzylindereinheiten. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 4 besitzt der Schwingkörper die Form eines Kegels. Dieser Kegel besitzt einen taumelnden Bewegungsablauf. Die Pleuel der Kolben sind an der Basis des Kegels gelagert. Nach Anspruch 5 ist der Kegel durch einen Rundstab ersetzt, der einen Stern bzw. eine Scheibe trägt. An den Sternspitzen bzw. am Umfang der Scheibe sind die Pleuel der Kolben gelagert. Der Stern bzw. die Scheibe besitzt ebenfalls einen taumelnden Bewegungsablauf. Die Weiterbildungen nach Anspruch 4 und 5 sind am Kurbelelement des Antriebes verschiebbar gestaltet und bestimmen damit die Hubhöhe der Kolben in den Zylindereinheiten.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 den Prinzipaufbau einer Antriebseinrichtung mit einer Schwinge mit zwei Gabelarmen und einer zwischen den Gabelarmen gelagerten Gabelarmachse mit daran gelagerten Pleuel für zwei Kolben-/Zylindereinheiten,
• Fig. 2 die gleiche Antriebseinrichtung um 90° um ihre Längsachse gedreht,
• Fig. 3 den Prinzipaufbau einer Antriebseinrichtung mit einem anders aufgebauten Schwingkörper mit einer Schwingkörperachse, wobei am Schwingkörper und an der Schwingkörperachse jeweils Pleuel für die Kolben von Horizontal- und von Vertikalzylindereinheiten gelagert sind,
• Fig. 4 die Antriebseinrichtung nach Fig. 3 um 90° um ihre Längsachse gedreht,
• Fig. 5 den Prinzipaufbau einer Antriebseinrichtung mit einem Schwingkörper in Form eines Kegels, einem Stern oder einer Scheibe.
• Die Antriebseinrichtung für eine Maschine mit mehreren Kolben-/Zylindereinheiten besitzt zwischen dem Antrieb mit einer Antriebswelle 1 und den Kolben-/Zylindereinheiten 2, 3 eine Hubverstelleinrichtung 4. Die Hubverstelleinrichtung 4 wird im Folgenden an drei verschiedenen Ausführungsarten beschrieben. Bei allen drei Ausführungsarten erfolgt die Verstellung der Schwinge 6, des Schwingkörpers 12 oder 23 am Kurbelelement 5 durch die vorgeschlagene Lösung gemäß DE 102 08 586. Bei einer Verstellung der Schwinge 6 in Richtung der Längsmittelachse der Antriebswelle 1 verringert sich die Hubhöhe der Kolben 2 in den Zylindereinheiten 3. Direkt in der Lage der Längsmittelachse der Antriebswelle 1 ist kein Hub mehr vorhanden. Trotz des Laufs der Antriebswelle 1 ist keine Förderleistung in den Kolben-/Zylindereinheiten 2, 3 zu verzeichnen. Somit ist auch ein sehr guter Lastanlauf regulierbar. Die Hubverstelleinrichtung 4 besteht im ersten Ausführungsbeispiel aus einer gabelförmigen Schwinge 6 mit zwei Gabelarmen und einem Fuß 7. Der Fuß 7 ist im Kurbelelement 5 radial verschiebbar. Die Lagerung der Schwinge 6 erfolgt über eine zwischen den beiden Gabelarmen angeordneten und in den Gabelarmen gelagerten Gabelarmachse 8, die mittig und im rechten Winkel zur Gabelarmachse 8 zusätzlich von der Achse 10 gehalten wird. Die Achse 10 ist im Gehäuse 9 der Antriebseinrichtung gelagert. Auf der Gabelarmachse 8 sind mindestens zwei Pleuel 11 der Kolben 2 der Zylindereinheiten 3 gelagert. Durch die kreisförmige Bewegung des Fußes 7 der Schwinge 6 zusammen mit dem Kurbelelement 5 führt die Gabelarmachse 8 um die Achse 10 eine ständige hin- und hergehende Kippbewegung aus. Der Ausschlag dieser Kippbewegung ist dabei abhängig von der Stellung des Fußes 7 der Schwinge 6 im Kurbelelement 5.
• Im zweiten Ausführungsbeispiel besitzt ein Schwingkörper 12 einen kreisringförmigen Endkörper 14 und eine Fuß 13. Der Fuß 13 ist ebenfalls im Kurbelelement 5 an der Antriebwelle 1 radial verschiebbar. Rechtwinklig zur Längsmittelachse der Antriebswelle 1 besitzt der kreisringförmige Endkörper 14 eine Schwingkörperachse 15. Diese Schwingkörperachse 15 ist im kreisringförmigen Endkörper 14 durch Schwingkörperlager 16 gelagert und ragt mit ihren beiden Enden über den kreisringförmigen Endkörper 14 hinaus. An diesen Enden der Schwingkörperachse 15 sind Pleuellager 17 für die Pleuel 18 der Vertikalkolben 2' der Vertikalzylindereinheiten 3' angeordnet. Die Schwingkörperachse 15 ist rechtwinklig durch einen Lagerkörper 19 geführt und dort nochmals gelagert. Der Lagerkörper 19 ist durch den inneren Kreis des kreisförmigen Endkörpers 13 geführt und besitzt im Gehäuse 9 der Antriebseinrichtung ein Lagerkörperlager 20. Auf dem kreisringförmigen Endkörper 14 befinden sich um 90° zu den Schwingkörperlagern 16 versetzte Pleuellager 21 für die Pleuel 22 der Horizontalkolben 2" der Horizontalzylindereinheiten 3". Bei der kreisförmigen Bewegung des Fußes 13 des Schwingkörpers 12 kommt es zu einer hin- und hergehenden Kippbewegung der Schwingkörperachse 15 um den Lagerkörper 19 mit den an der Schwingkörperachse 15 befestigten Pleuel 18 mit den Kolben 2' und gleichzeitig der gedachten Mittelachse des Schwingkörpers 12 vom Fuß 13 über die Schwingkörperachse 15. Dadurch bewegen sich die Pleuel 22 mit den Kolben 2" ebenfalls hin und her.
• Bei dem dritten Ausführungsbeispiel besteht der Schwingkörper 23 in Form eines Kegels, dessen Spitze als Führungselement 24 im Kurbelelement 5 ausgebildet ist. Am Kreisumfang der Basis sind die Lagerstellen 25 für die Pleuel 26 der Kolben 2 angeordnet. Mittig in der Basis sitzt ein Pendellager 27, in das ein Führungsbolzen 28 der Zylindereinheit mit den Zylindern 3 eingreift und als Stütze für den Schwingkörper 23 dient. Der Schwingkörper 23 führt eine mehr oder weniger taumelnde Bewegung in Abhängigkeit von der Auslenkung des Führungselementes 24 im Kurbelelement 5 aus und bewegt dabei die Kolben 2 in den Zylindern 3 hin und her.
• Der Schwingkörper 23 kann auch als Rundstab ausgebildet sein, dessen eine Ende als Führungselement 24 im Kurbelelement 5 ausgebildet ist und am anderen ende einen Stern oder eine Scheibe trägt. An den Sternspitzen oder am Umfang der Scheibe sind die Pleuellager 25 für die Pleuel 26 der Kolben 2 angeordnet. Mittig am Stern oder der Scheibe sitzt ebenfalls ein Pendellager 27. Zusammenstellung der Bezugszeichen 1 Antriebswelle
  2 Kolben
  2' Vertikalkolben
  2" Horizontalkolben
  3' Vertikalzylindereinheiten
  3" Horizontalzylindereinheiten
  4 Hubverstelleinrichtung
  5 Kurbelelement
  6 Schwinge
  7 Fuß der Schwinge
  8 Gabelarmachse
  9 Gehäuse
  10 Achse
  11 Pleuel
  12 Schwingkörper
  13 Fuß des Schwingkörpers
  14 kreisringförmiger Endkörper
  15 Schwingkörperachse
  16 Schwingkörperlager
  17 Pleuellager
  18 Pleuel
  19 Lagerkörper
  20 Lagerkörperlager
  21 Pleuellager
  22 Pleuel
  23 verschiebbarer Schwingkörper
  24 Führungselement
  25 Lagerstellen
  26 Pleuel
  27 Pendellager
  28 Führungsbolzen
  

Claims (5)

1. Antriebseinrichtung für eine mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit aufweisende Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Antrieb mit einer Antriebswelle (1) und einem oder mehreren Kolben- /Zylindereinheiten (2, 3) eine Hubverstelleinrichtung (4) angeordnet ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubverstelleinrichtung (4) aus einer in einem Kurbelelement (5) am Ende der Antriebswelle (1) verschiebbaren Schwinge (6) mit einem Fuß (7) und zwei Gabelarmen besteht, wobei der Fuß (7) im Kurbelelement (5) radial verschiebbar ist und zwischen den Enden der Gabelarme eine Gabelarmachse (8) angeordnet ist, die mittig und rechtwinklig zur Gabelarmachse (8) eine im Gehäuse (9) der Antriebseinrichtung gelagerte Achse (10) besitzt und auf der Gabelarmachse (8) mindestens ein Pleuel (11) eines Kolbens (2) einer Zylindereinheit (3) gelagert ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubverstelleinrichtung (4) aus einem in einem Kurbelelement (5) am Ende der Antriebswelle (1) verschiebbaren Schwingkörper (12) mit einem Fuß (13) an einem kreisringförmigen Endkörper (14) besteht, wobei der Fuß (13) im Kurbelelement (5) radial verschiebbar ist und der kreisringförmige Endkörper (14) rechtwinklig zur Längsmittelachse der Antriebswelle (1) eine Schwingkörperachse (15) besitzt, die im kreisringförmigen Endkörper (14) durch Schwingkörperlager (16) gelagert ist, mit ihren beiden Enden über den kreisringförmigen Endkörper (14) hinausragt und dort mindestens ein Pleuellager (17) für ein Pleuel (18) eines Vertikalkolben 2' einer Vertikalzylindereinheit 3' besitzt und rechtwinklig durch einen Lagerkörper (19) geführt und dort nochmals gelagert ist, der Lagerkörper (19) durch den inneren Kreis des kreisringförmigen Endkörpers (14) geführt ist und im Gehäuse (9) ein Lagerkörperlager (20) besitzt und der kreisringförmige Endkörper (14) zusätzlich um 90° zu den Schwingkörperlagern (16) versetzt mindestens ein Pleuellager (21) für ein Pleuel (22) eines Horizontalkolben (2") einer Horizontalzylindereinheit (3") besitzt.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubverstelleinrichtung (4) aus einem in einem Kurbelelement (5) am Ende der Antriebswelle (1) verschiebbaren Schwingkörper (23) in Form eines Kegels besteht, dessen Spitze als Führungselement (24) im Kurbelelement (5) ausgebildet ist und dessen Basis am Kreisumfang verteilt Lagerstellen (25) für die Pleuel (26) der Kolben (2) und mittig ein Pendellager (27) besitzt, wobei die Zylinder (3) in einem zylinderförmigen Körper auf der zum Schwingkörper (23) gerichteten Grundfläche angeordnet sind und mittig auf dieser Grundfläche einen Führungsbolzen (28) besitzt und der Führungsbolzen (28) in das Pendellager (27) eingreift.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkörper (23) aus einem Rundstab besteht, dessen eine Ende als Führungselement (24) im Kurbelelement (5) ausgebildet ist und am anderen Ende einen Stern oder eine Scheibe trägt, wobei an den Sternspitzen oder am Umfang der Scheibe die Pleuellager (25) für die Pleuel (26) der Kolben (2) angeordnet sind.