DE10295421T5

DE10295421T5 - Fluidpumpvorrichtung

Info

Publication number: DE10295421T5
Application number: DE10295421T
Authority: DE
Inventors: William H. Kohler Lynn; Ross P. Kiel Christiansen
Original assignee: Thomas Industries Inc
Current assignee: Thomas Industries Inc
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2004-04-15
Also published as: US6450777B2; US20010014288A1; WO2002057629A3; WO2002057629A2

Abstract

Axialkolben-Fluidpumpvorrichtung, aufweisend:
– eine Antriebswelle;
– einen eine Bohrung aufweisenden Zylinder;
– einen Fluideinlass und eine Fluidauslass in Kommunikation mit jeder Zylinderbohrung;
– ein auf der Welle angebrachtes Lager, wobei die Mittellinie des Lagers unter einem Winkel zur Wellenachse liegt;
– einen Kolbenträger, der am Lager angebracht ist; und
– einen Taumelkolben, der für eine Hin- und Herbewegung in der Bohrung bei Drehung der Welle am Kolbenträger angebracht ist; und
– eine Blattfeder, die den Kolben im Zylinder unterstützt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Zwei bekannte Arten von Kompressoren sind der Taumelkolbentyp und der Taumelscheibentyp. Exemplarisch beschrieben ist der Taumelkolbentyp im US-Patent 3,961,868, ausgegeben am 08. Juni 1976 für Droege, Sr., et al. unter "Luftkompressor" (Air Compressor). Ein derartiger Kompressor verwendet einen Kolben, dessen Kopf eine periphere Dichtung aufweist, die eine Dichtung mit einer Zylinderbohrung herstellt. Die Kolbenstange ist radial an einer Kurbelwelle angebracht. Der Kolben enthält keine Verbindungsstellen oder Gelenke. Infolgedessen wird der Kolbenkopf dazu gezwungen, in zwei Dimensionen innerhalb der Zylinderbohrung zu "taumeln", wenn er durch die Kurbelwelle angetrieben wird.
Der Taumelscheiben-Kompressor verwendet eine Mehrzahl von axialen Zylindern, die um eine Antriebswelle auf einem Kreis angeordnet sind. Eine Taumelscheibe ist relativ zur Wellenachse derart geneigt, dass die Scheibe oder Platte bei Drehung der Antriebswelle kreist, beziehungsweise gyriert. Es sind in jedem der Zylinder Kolben angebracht. Die Enden der Kolbenstangen sind mit Elementen verbunden, die bei Drehung der Taumelscheibe über die Oberfläche der Taumelscheibe gleiten. Die Folge hiervon ist, dass die Mittellinie des Kolbenkopfes allein in einer axialen Richtung bewegt wird, wenn die Kolben innerhalb der Zylinder der Hubbewegung unterzogen werden. Ein Beispiel für einen derartigen Axialkolben-Taumelscheibenkompressor findet sich im US-Patent 5,362,208, ausgegeben am 08. November 1994 für Inagaki et al. unter "Taumelscheiben-Kompressor" (Swashplate Type Compressor). Ein weiteres Beispiel ist das US-Patent 4,776, 257, ausgegeben am 11. Oktober 1988 für Hansen unter "Axialpumpenmotor" (Axial Pump Engine). Im Hansen Patent ist die Mittellinie der Kolbenköpfe relativ zur Mittellinie der Zylinderbohrung geneigt, jedoch werden die Kolbenköpfe nur entlang der Kolbenkopfmittellinie in einer Richtung bewegt.
Die vorliegende Erfindung kombiniert die Taumelkolben, die normalerweise in Radialkolbenpumpen verwendet werden, mit einer nutierenden Platte oder Taumel scheibe, statt der Taumelscheibe, die normaler Weise in Axialkolbenpumpen verwendet wird. Das Ergebnis ist eine einfache und effektive Fluidpumpvorrichtung.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäss der Erfindung umfasst eine Fluidpumpvorrichtung eine Antriebswelle und einen Zylinder, der eine Bohrung aufweist. Fluideinlass- und -auslassventile kommunizieren mit der Zylinderbohrung. Ein Lager ist an der Welle angebracht, wobei die Mittellinie des Lagers unter einem Winkel zur Wellenachse liegt. Ein Kolbenträger ist am Lager angebracht. Ein Taumelkolben ist starr am Arm befestigt und in der Zylinderbohrung angeordnet. Bei Drehung der Antriebswelle wird die Mittellinie des Lagers eine Präzession um die Wellenachse ausführen und der Arm wird bewegt werden, wodurch der Taumelkolben veranlasst wird, sich innerhalb der Zylinderbohrung in drei Dimensionen zu bewegen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird der Kolben durch eine Blattfeder unterstützt beziehungsweise getragen, die dazu beiträgt, die Bewegung des Kolbens zu steuern und die Lagerbelastung zu reduzieren. Vorzugsweise sind mehrere Kolben und Blattfedern vorgesehen und die Blattfedern werden daran gehindert, in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse zu rotieren.
Nach einem weiteren Aspekt sind die Kolben durch radial nachgiebige oder biegsame bzw. federnde, jedoch axial steife Verbindungsstangen mit dem Kolbenträger verbunden. Die axiale Steifigkeit der Verbindungsstangen ist ausreichend, um auf den Kolben die erforderlichen Kompressionskräfte und Vakuum auszuüben, ohne signifikante Längenänderungen der Stange, ist jedoch radial nachgiebig, um so die radialen Lasten, die auf die Kolbendichtung ausgeübt werden, zu reduzieren, und erhöht folglich die Lebensdauer der Kolbendichtung.
Nach einem weiteren Aspekt sind, speziell wenn mehrere Kolben verwendet werden, die in phasengesteuerte Beziehung zu einander arbeiten, der Kolbenträger, die Blattfedern und die offenen Enden der Zylinder zur Geräuschverminderung umschlossen. In der Einfassung oder Umschliessung kann eine Filteröffnung vorgesehen sein, wobei diese erforderlich ist, falls der Einlass oder der Ansaug durch die Kolben stattfindet, wie bevorzugt ist. Die Einfassung schliesst bevorzugt nicht die aussen liegenden Oberflächen der Zylinder ein, um so zu ermöglichen, dass Kühlluft um diese zirkuliert.
Nach einem weiteren bevorzugten Aspekt ist jeweils ein Ende der Zylinder mit Sitz gegen ein Gehäuse vorgesehen und das Gehäuse trägt Lager, die die Welle so lagern, dass der Rotor des Motors innerhalb des Stators frei tragend vorliegt, wobei der Stator an der bezüglich des Kurbelgehäuses der Pumpe entgegengesetzten Seite des Gehäuses angebracht ist. Ein Zylinderhalteteil ist mit Sitz gegen die entgegengesetzten Enden der Zylinder vorgesehen und ist am Gehäuse fixiert, um die Zylinder am Gehäuse anzuklemmen. Das Zylinderhalteteil umfasst vorzugsweise eine konisch verjüngte Einlass- oder Einführungsoberfläche in die offenen Enden der Zylinder. Das Zylinderhalteteil definiert auch Vertiefungen um die Blattfedern, und eine Abdeckung ist so auf das Zylinderhalteteil abgestimmt, dass sie das Kurbelgehäuse zur Geräuschverminderung umschliesst. Es sind mehrere Zylinder in phasengesteuerter Beziehung zu einander so angeordnet, dass das Volumen des Kurbelgehäuses bei hin- und hergehenden Bewegung der Kolben in den Zylindern im wesentlichen konstant bleibt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Einlassventile in Kolben vorgesehen und Auslassventile sind in dem Gehäuse vorgesehen. Ein Kopf über den Auslassventilen definiert eine Auslasskammer, die allen Zylindern gemeinsam ist und eine Auslassöffnung vorsieht.
Nach einem weiteren bevorzugten Aspekt liegt die "obere Fläche" jedes Zylinders in Form eines Konusschnittes vor, um so das Kompressionsvolumen des Zylinders bei Bewegung des Zylinders durch seinen oberen Totpunkt zu minimieren.
Es ist ein prinzipieller Gegenstand der Erfindung, eine vereinfachte Axialkolben-Pumpvorrichtung unter Verwendung von Taumelkolben vorzusehen.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Axialkolbenpumpe mit ruhigem Betrieb, effizienter Leistungsausnutzung und guter Langlebigkeit vorzusehen, die nicht die Verwendung eines gleitenden Elements, welches kontinuierliche Schmierung erfordert, verlangt.
Die vorgenannten und weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung offenbar. In der Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die bevorzugte Ausführungen der Erfindung darstellen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches ein Paar Zylinder und Taumelkolben nutzt;
2 ist eine Stirnseitenansicht der Vorrichtung aus 1;
3 ist eine Schnittansicht in der Ebene der Linie 3-3 der 2;
4 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die eine bevorzugte Naben- und Lageranordnung zeigt;
5 ist eine Draufsicht einer Ventilplatte, aufgenommen in der Ebene der Linie 5-5 der 3;
6 ist eine vergrösserte Schnittansicht durch eine Kolbenkopf und aufgenommen in der Ebene der Linie 6-6 der 3;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches zwei Paare von Zylindern und Taumelkolben nutzt;
8a bis 8d sind schematische Darstellungen alternativer Anordnungen zur Verbindung der Zylinder in dem Ausführungsbeispiel der 7;
9 ist eine teilweise Schnittansicht ähnlich der 3, wobei hier jedoch eine alternative Ausführung gezeigt ist, in der die Mittellinien der Zylinderbohrungen parallel zur Mittellinie des Lagers sind;
10 ist eine teilweise Schnittansicht ähnlich der 3, wobei jedoch eine alternative Ausführung gezeigt ist, in der die Mittellinien der Zylinderbohrungen als ein Bogen eines Kreises ausgebildet sind, dessen Zentrum im Schnittpunkt der Wellenachse und der Lagermittellinie liegt;
11 ist eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem Zylinderbohrungen verschiedener Durchmesser bei unterschiedlichen Distanzen von der Wellenachse angeordnet sind;
12 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Ausführung der 11;
13 ist eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem Zylinderbohrungen unterschiedlicher Durchmesser mit derselben Distanz von der Wellenachse angeordnet sind;
14 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels, welches eine kompakte, gestapelte Anordnung von Elementen vorsieht;
15 ist eine Ansicht der Ausführung der 14 im Längsschnitt;
16 ist eine Aufrissansicht und dabei speziell im Schnitt, aufgenommen in der Ebene der Linie 16-16 der 15;
17 ist eine Schnittansicht ähnlich der 3, wobei jedoch eine Ausführung gezeigt ist, in der die Einlassventile in den Taumelkolben liegen;
18 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführung, die Blattfedern aufweist, welche den Kolbenträger und ein umschlossenes Kurbelgehäuse tragen; 19 ist eine Querschnittsansicht der Ausführung der 18;
20A ist eine perspektivische Explosionsansicht des vorderen Abschnitts der Ausführung der 18 und 19, vom Zylinderende der Pumpe aus gesehen;
20B ist eine perspektivische Explosionsansicht des hinteren Abschnitts der Ausführung der 18 und 19, vom Zylinderende der Pumpe aus gesehen;
21A ist eine perspektivische Explosionsansicht des vorderen Abschnitts der Ausführung der 18 und 19, vom Motorende der Pumpe aus gesehen; 21B ist eine perspektivische Explosionsansicht des hinteren Abschnitts der Ausführung der 18 und 19, vom Motorende der Pumpe aus gesehen; 22 ist eine detaillierte perspektivische Ansicht der Anordnung aus Kolbenträger/Blattteder für die Ausführung der 18 bis 21;
23 ist eine detaillierte perspektivische Ansicht eines Abschnitts der 22;
24 ist eine ähnliche Ansicht wie 19 einer modifizierten Ausführung;
25A ist eine ähnliche Ansicht wie 20A, jedoch der Ausführung der 24;
25B ist eine ähnliche Ansicht wie 20B, jedoch von der Ausführung der 24;
26A ist eine ähnliche Ansicht wie 21A, jedoch der Ausführung der 24; und
26B ist eine ähnliche Ansicht wie 21B, jedoch der Ausführung der 24.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Obgleich die Erfindung zum Pumpen einer breiten Vielfalt von Fluiden adaptierbar ist, ist sie von speziellem Nutzen in einem Luftkompressor oder einer Vakuumpumpe. Gemäss den 1 bis 6 ist eine Elektromotor 10 in ein Gehäuse 11 eingefügt. Das Gehäuse umfasst eine Trägerplatte 12, an der ein Lager beziehungsweise Wellenlager 13 für eine Motorantriebswelle 14 angebracht ist. Gemäss Darstellung in 4 ist eine Nabe 15 mittels eines Keiles 16 mit der Welle 14 verbunden. Die Nabe 15 ist axial mittels einer Schraube 17 auf der Antriebswelle 14 gesichert, wobei die Schraube in eine axiale Bohrung im Ende der Antriebswelle 14 geschraubt ist. Zwischen den Kopf der Schraube 17 und die Nabe 15 ist eine Ausgleichs-Unterlegscheibe gelegt, um eine Einstellung des axialen Spiels zwischen der Welle 14 und der Nabe 15 zu gestatten. Wie aus den 3 und 4 hervorgeht, liegt die Mittellinie oder Achse der Nabe 15 unter einem spitzen Winkel zu Achse der Welle 14.
Am Gehäuse 11 sind ein Paar axialer Zylinder 20 und 21 angebracht, die Zylinderbohrungen 22 aufweisen, welche jeweils durch eine Zylinderbuchse 23 definiert sind. Die Mittellinien der Zylinderbohrungen 22 verlaufen parallel zur Achse der Antriebswelle 14. Eine Ventilplatte 24 schliesst die Oberseite jedes Zylinders 20 und 21 ab. Jede Ventilplatte 24 umfasst eine Einlassventilöffnung 25 und eine Auslassventilöffnung 26. Die Ventilöffnungen 25 und 26 sind normalerweise durch eine Einlassklappe 27 beziehungsweise ein Auslassklappenventil 28 oder auch Selbstschlussventil geschlossen. An jeder Ventilklappe 24 ist ein Zylinderkopf 30 angebracht. Die Zylinderköpfe 30 umfassen jeweils eine Einlasskammer 31 und eine Auslasskammer 32. Die Köpfe 30 weisen Einlass- oder Auslassanschlusspunkte 33 und 34 auf, die zur Einlasskammer 31 führen, und ähnliche Anschluss punkte 35 und 36, die zur Auslasskammer 32 führen. Wie weiter unten näher erläutert wird, können die Einlass- und Auslasskammern in einer Vielzahl von Möglichkeiten über die Anschlusspunkte 33 bis 36 zum externen Rohrnetz angeschlossen sein.
Die Köpfe 30 und Ventilplatten 24 sind mittels Schrauben 37 mit den Zylindern 20 und 21 verbunden. Geeignete O-Ringe dichten die Passflächen des Kopfes 30 zur Ventilplatte 24 und der Zylinderbuchse 22 zur Ventilplatte 24 ab. Der Aufbau der Ventilplatten 24, Köpfe 30 und Zylinderbuchsen 22 sind ähnlich demjenigen, der im US-Patent 4,995,795, erschienen am 26. Februar 1991 im Namen von Hetzel et al. und auf den Anmelden der vorliegenden Anmeldung übertragen, dargestellt und beschrieben. Die Offenbarung des Hetzel et al. '795 Patentes wird durch die Bezugnahme so hier eingeschlossen, als wäre sie in dieser Schrift vollständig vorgetragen.
Eine Taumelplatte 40 weist eine mittige Pfanne 41 mit einer erweiterten hinteren Öffnung 42 auf, die die Antriebswelle 14 aufnimmt. Ein Paar Rillenkugellager 43 und 44 sind mit ihren inneren Laufringen um die Nabe 15 herum und mit ihren äusseren Laufringen innerhalb des Pfannenabschnitts 41 der Platte 40 angebracht. Die Platte 40 umfasst eine Paar Arme 45, die sich lateral in entgegengesetzten Richtungen vom Pfannenabschnitt 41 aus erstrecken. An jedem der Arme 45 ist ein Taumelkolben 46 starr angebracht, dessen Kolbenkopf 47 in der Bohrung eines der Zylinder 20 und 21 angeordnet ist. Die Kolbenköpfe 47 weisen einen bekannten Aufbau auf. Kurz ausgeführt, umfassen sie einen Hauptkolbenabschnitt 48, an dem eine Dichtung 49 angebracht ist, die mittels einer Klemmplatte von Klemmen 50 am Hauptabschnitt 48 angeklemmt ist. Die Dichtung 49 hat einen Umfangsflansch 51, der eine Dichtung zur Zylinderbohrung 22 bewirkt. Die Dichtung 49 ist vorzugsweise aus Teflon oder einem ähnlichen Material hergestellt, das keine Schmierung erfordert. Die Details des Aufbaus vom Kolbenkopf sind im US-Patent 5,006,047 gezeigt, das am 09. April 1991 im Namen von O'Connell erschien und auf den Anmelden dieser Anmeldung übertragen wurde. Die Offenbarung des O'Connell '047 Patentes wird durch die Bezugnahme so hier eingeschlossen, als wäre sie in dieser Schrift vollständig vorgetragen.
Wenn die Antriebswelle 14 durch den Motor 10 gedreht wird, wird die Mittellinie oder Achse der Nabe 15 auf einem konischen Pfad um die Achse der Welle 14 präzidieren. Die Bewegung der Nabe 15 wird in eine dreidimensionale Bewegung des Kolbenkopfes 47 innerhalb der Zylinderbohrungen 22 umgesetzt. Die Enden der Arme 45 werden sich über einen Bogen in der Ebene des Schnitts der 3 bewegen. Die Enden der Arme 45 werden sich auch über einen viel kleineren Bogen in einer Ebene bewegen, die senkrecht zur Ebene des Schnitts der 3 liegt.
Für den bestmöglichen Betrieb liegt der Schwerpunkt 52 der Anordnung aus der Platte 40 und dem Taumelkolben 46 bei oder nahe dem Schnittpunkt der Achsen der Nabe 15 und der Antriebswelle 14. Dies wird den glattesten, ruhigsten Betrieb mit der geringsten Schwingung sicherstellen.
Die bevorzugte Anordnung der Nabe 15, der Lager 43 und 44 und der Pfanne 41 ist in 4 gezeigt. Der äussere Laufring eines der Lager 43 ist gegen einen vorstehenden Rand 55 in der Pfanne 41 liegend angeordnet. Die inneren Laufringe der Lager 43 und 44 sind gegen einen Flansch 56 liegend angeordnet, der sich von der Nabe 15 erstreckt. Schliesslich stösst der äussere Laufring des zweiten Lagers 44 gegen eine gewellte Unterlegscheibe 57, die mit einem Schnappring 58 an ihrem Platz gehalten wird.
Die Fluidpumpvorrichtung umfasst keine Gleitflächen, die geschmiert werden müssten, wie es in axialen Kolben-Taumelscheibenkompressoren typisch ist. Die einzige Gleitaktion ist die der Dichtung 49 der Taumelkolben auf den Zylinderbohrungen 22. Die Dichtungen 49 erwiesen sich als imstande, eine solche Bewegung ohne das Erfordernis der Schmierung auszuführen.
Die Vorrichtung kann entweder als Kompressor oder als Vakuumpumpe verwendet werden abhängig davon, welche Vorrichtungen an den Einlass- und Auslasskammern angeschlossen werden. Die Vorrichtung der 1 bis 6 ist dazu ausgelegt, als Kompressor zu arbeiten. Um als Vakuumpumpe zu arbeiten, wird bevorzugt, die Dichtung 49 in einer Weise anzubringen, dass ihre peripheren Flansche 51 sich vom Boden des Zylinders weg erstrecken. Dies ist die Umkehrung der in 1 bis 6 gezeigten Weise.
Obgleich das erste Ausführungsbeispiel ein Paar symmetrisch angeordneter Zylinder verwendet, kann jedwede Anzahl von Zylindern mit entsprechenden Anzahlen von Taumelzylindern ebenfalls verwendet werden. Die Zylinder können symmetrisch um die Wellenachse angeordnet werden. Ferner ist die Erfindung auch bei nur einem einzigen Zylinder mit einem einzigen Arm von Nutzen, an dem ein Taumelkolben angebracht ist, der im einzigen Zylinder angeordnet ist.
Im Ausführungsbeispiel der 7 sind eine Paar Zylinder mit Taumelkolben an jedem Ende einer Durchgangswelle 60 eines Motors 61 angebracht. In der Anordnung der 7 ist die Anordnung von Naben, Lagern, Zylindern, Ventilplatten, Köpfen und Taumelplatten oder Taumelscheiben gemäss Beschreibung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 an jedem Ende der Durchgangswelle 60 des Motors 61 dupliziert. Die Zylinderanordnungen 62 und 63 an einem Ende der Durchgangswelle 60 sind mit den Zylinderanordnungen 64 und 65 am anderen Ende der Durchgangswelle 60 ausgerichtet. Um die dynamischen Kräfte am besten auszugleichen, bewegen sich die in jedem Paar der ausgerichteten Zylinder 62, 64 und 63, 65 arbeitenden Kolben in entgegengesetzter Richtung zu einander.
Die Fluidpumpvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch als Kompressor oder Vakuumpumpe verwendet werden. Sie kann auf eine Vielzahl von Arten installiert werden. Beispielsweise können im Ausführungsbeispiel der 1 bis 6 die Zylinder jeweils separat installiert werden, so dass jeder Zylinder als unabhängige Pumpvorrichtung entweder als Kompressor oder als Vakuumpumpe wirkt. Bei einer Alternative kann die Auslasskammer 32 eines der beiden Zylinder mit der Einlasskammer der anderen der beiden Zylinder verbunden werden, so dass eine zweistufiger Druck- oder Vakuumbetrieb erzielt wird.
Die Vier-Zylinderanordnung des Ausführungsbeispiels der 7 gestattet noch grössere Alternativen für den Anschluss. Einige der möglichen Alternativen sind in den 8a bis 8d gezeigt, in denen die vier Zylinder mit I bis IV identifiziert sind. In 8a ist eine Kompressor-Pumpenanordnung gezeigt, in der die Ein lasskammern von Zylinder III und I parallel verbunden sind und die Auslasskammern von Zylindern III und I gleichermassen parallel geschaltet sind. Das Ergebnis ist, dass die Zylinder I und III als zwei separate Kompressoren oder zwei separate Pumpen arbeiten. Die Zylinder IV und II können einfach parallel installiert werden, so dass sie als zwei separate Kompressoren oder zwei separate Pumpen arbeiten können. In der Anordnung der 8a können die Zylinder I und III als Kompressoren arbeiten, während die Zylinder II und IV als Pumpen arbeiten können, oder umgekehrt. In der in 8b gezeigten Anordnung sind das Zylinderpaar I und III in Serie geschaltet. Dies bedeutet, dass die Auslasskammer des Zylinders III mit der Einlasskammer des Zylinders I verbunden ist. Demzufolge liegt eine zweistufige Kompression bzw. Pumpvorgang vor.
In 8b sind die Zylinder II und IV ähnlich in Serie geschaltet, sie können jedoch auch parallel geschaltet sein, wie in 8a.
8c zeigt eine Anordnung, in der alle vier Zylinder I bis IV in Serie geschaltet sind, so dass sich eine vierstufige Pump- oder Kompressionswirkung ergibt. In 8d sind drei der Zylinderköpfe I, II und III in Serie geschaltet, während der vierte separat arbeitet. Der Durchschnittsfachmann wird zahlreiche zusätzliche Installationsauslegungen in Betracht ziehen, die verwendet werden könnten.
In den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Mittellinien der Zylinderbohrungen parallel zur Achse der Motorwelle. Die 9 und 10 zeigen zwei Alternativen zu dieser Anordnung. In 9 nimmt ein Zylinder 70 einen Taumelkolben 71 auf, der starr an einem Arm 72 befestigt ist, der sich von einer Taumelplatte oder Taumelscheibe 73 erstreckt. Die Platte 73 ist auf Lagern 74 und 75 angebracht, die um eine Nabe 76 angeordnet sind. Wie in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen ist die Mittellinie 77 der Nabe 76 unter einem spitzen Winkel zur Achse einer Welle 78 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 9 liegt die Mittellinie 79 der Bohrung des Zylinder 70 parallel zur Mittellinie 77 der Nabe 76. An der Platte 73 könnten mehrere Arme 72 mit Taumelkolben 71 angebracht sein, die in mehreren Zylindern 70 angeordnet sind.
Gemäss 10 ist ein Zylinder 80 mit einer zylindrischen Bohrung 81 ausgebildet, deren Mittellinie 82 längs einem Bogen eines Kreises angeordnet ist, dessen Mittelpunkt 83 sich im Schnittpunkt der Nabenachse 77 und der Wellenachse 84 befindet.
In den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen weisen die Zylinderbohrungen eine identische Abmessung auf und liegen unter der selben Distanz zur Motorwelle. Die 11 und 12 zeigen eine Anordnung, in der die Zylinderbohrungen verschiedene Durchmesser aufweisen und unter verschiedenen Distanzen zur Motorwelle angeordnet sind. Genauer sind dabei zwei Sätze von Zylinderbohrungen 90 und 91 symmetrisch bezüglich der Motorwelle 92 angeordnet. Die Zylinderbohrungen 90 des ersten Satzes weisen einen grösseren Durchmesser als die Bohrungen 91 des zweiten Satzes auf. Entsprechend grössere Taumelkolben 93 arbeiten in grösseren Bohrungen 90 und kleine Taumelkolben 94 arbeiten in kleineren Bohrungen 91. Die grösseren Taumelkolben 93 sind auf Armen einer Platte 95 unter einer Distanz R von der Achse der Welle 92 angebracht. Die kleineren Taumelkolben 94 sind auf der Platte 95 mit einem geringeren Abstand r von der Achse der Welle 92 angebracht. Als Folge der Anordnung der 11 wird infolge der kürzeren Distanz zur Motorwelle 92 der Hub der grösseren Kolben 93 länger als derjenige der kleineren Kolben 94 sein.
13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem zwei Sätze von Zylinderbohrungen 96 und 97 unterschiedliche Abmessungen aufweisen, jedoch unter derselben radialen Distanz r zur Mittellinie der Welle 92 angeordnet sind.
Durch Auswahl der Kombinationen von Bohrungsabmessung und Kolbenhub können dieselben oder unterschiedlichen Drücke in jedem der Zylinder erzielt werden. Grössere Bohrungen mit einem kürzeren Kolbenhub können einen niedrigen Druck, jedoch eine hohe Strömung erbringen. Gleichzeitig können kleinere Bohrungen mit einem längeren Kolbenhub einen Betrieb mit höherem Druck, jedoch einer geringeren Strömung erbringen. Die Zylinder können derart abgestuft sein, dass man eine hohe Auslassströmung hat und der Zylinder mit geringerem Druck am Einlass eines Zylinders mit höherem Druck installiert ist.
Das Ausführungsbeispiel der 14 bis 16 stellt eine kompakte, gestapelte Anordnung mit drei Zylindern dar, die symmetrisch um eine Motorwellenachse angeordnet sind. Die Zylinderbohrungen 100 sind in einer extrudierten Aluminium-Zylinderbuchse 101 ausgebildet, die auch eine grosse mittige Öffnung 102 aufweist. Die Zylinderbuchse 101 weist eine äussere zusammenhängende Schale 102 auf, von der sich Augen 104 einwärts erstrecken, die ferner Schraubenöffnungen 105 aufweisen.
Eine einzelne Ventilplatte 108, die bevorzugt auch aus Aluminium gefertigt ist, umfasst drei identische Ventilträger 109, die in den drei Zylinderbohrungen 100 aufgenommen sind. An jedem Ventilträger 109 ist eine Einlassklappenventil 110 angebracht, das normalerweise eine Einlassöffnung 111 schliesst, sowie ein Auslassklappenventil 112, das normalerweise eine Auslassöffnung 113 schliesst.
Ein Aluminiumgusskopf 120 weist eine Lagervertiefung 121 auf seiner Rückseite und jeweils von seiner Vorderseite abstehende Innen- beziehungsweise Aussenwandungen 122 und 123 auf. Ein mittiger kreisförmiger Flansch 124 steht ebenfalls von der Vorderseite um eine zentrale Öffnung 125 ab. Der Raum zwischen dem mittigen Flansch 124 und der Innenwandung 122 begrenzt eine Einlasskammer 126, während der Raum zwischen den Innen- und Aussenwandungen 122 und 123 eine Auslasskammer 127 begrenzt. Ein Überströmkanal 128 führt vom äusseren des Kopfes 120 zur Einlasskammer 126 und ein weitere Überströmkanal 129 führt vom äusseren des Kopfes 120 zur Auslasskammer 127.
Die Zylinderbuchse 101, Ventilplatte 108 und der Kopf 120 sind dazu ausgelegt, zusammengesteckt zu werden. Im zusammengesteckten Zustand kommunizieren die Einlassöffnungen 111 für alte drei Zylinderbohrungen 100 mit der Einlasskammer 126 im Kopf 120. Gleichermassen kommunizieren dann die Auslassöffnungen 113 für alle drei Zylinderbohrungen 100 mit der Auslasskammer 127 des Kopfes 120. O-Ring-Dichtungen längs der Kanten des mittigen Flansches 124 und der inneren und äusseren Wandungen 122 und 123 dichten zu den flachen Flächen der Ventilplatte 108 ab. Ferner dichten O-Ring-Dichtungen, die die Ventilträger 109 umgeben, gemäss Darstellung in 15 mit den Kanten der zylindrischen Bohrungen 100 ab.
Ein Rotor 130 eines Elektromotors ist auf einer Motorwelle 131 angebracht, die in einem Rollenlager 132 gelagert ist, welches in der Lagervertiefung 121 des Kopfes 120 gehalten ist, sowie in einem zweiten Rollenlager 133 gelagert ist, das in einer Endkappe 134 angebracht ist. Ein Motorstator 135 ist um den Rotor 130 herum angeordnet und eine Buchse 136 umgibt den Stator beziehungsweise Ständer.
Die Motorwelle 131 ragt durch die mittigen Öffnungen im Kopf 120, der Ventilplatte 108 und der Zylinderbuchse 101. Am Ende des herausragenden Abschnitts der Welle 121 ist eine Nabe 140 montiert. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen liegt die Mittellinie der Nabe 140 unter einem spitzen Winkel zur Achse der Welle 131. Ein Kolbenträger 145 wird von Lagern 146 auf der Aussenseite der Nabe 140 getragen. Der Kolbenträger 145 weist drei symmetrische Arme 147 auf, an die die Enden der Taumelkolben 148 geschraubt sind, die in den Zylinderbohrungen 100 aufgenommen sind.
Die Motorwelle 131 steht über die Nabe 140 hinaus vor, um einen Lüfter 149 anzubringen. Ein Lüftergehäuse 150 vervollständigt die Anordnung. Die Anordnung aus Endkappe 134, Buchse 136, Kopf 120, Ventilplatte 108 und Zylinderbuchse 101 wird durch Schrauben 151 fixiert. Die Schrauben 151 sind vorzugsweise in Gewindeöffnungen in der Endkappe 134 eingeschraubt. Das Lüftergehäuse 150 wird durch (nicht dargestellte) radiale Schrauben fixiert gehalten.
Gemäss Darstellung in 15 ist die Seitenfläche 152 jedes Ventilträgers 109, welche dem Kopf eines Taumelkolbens 148 gegenüber liegt, geneigt, so dass sie scheinbar parallel zum Kopf des Kolbens 148 liegt, wenn der Kolben sich im oberen oder äusseren Totpunkt befindet. Dies minimiert das Kompressionsvolumen und führt zu höheren Drücken und einem höheren Wirkungsgrad.
Im Ausführungsbeispiel der 14 bis 16 können die Ventilplatte 108 und die Zylinderbuchse 102 durch Giessen oder Spritzgiessen als einzelnes beziehungsweise einstöckiges Teil ausgebildet sein. Gleichermassen kann die Buchse 136 integral mit dem Kopfteil 120 ausgebildet werden. Obgleich gegossenes oder extrudiertes Aluminium für die Zylinderbuchse 101, Ventilplatte 108 und das Kopfteil 120 bevorzugt wird, können auch andere Materialien einschliesslich gefüllte Kunststoffe, Stahl und Gusseisen verwendet werden.
Im Ausführungsbeispiel der 17 sind die Einlassventile in den Taumelkolben ausgebildet und es ist Vorkehrung dafür getroffen, ankommende Luft zu filtern und die Vorrichtung hinsichtlich des Ausschlusses von Schmutz und geringem Geräuschpegel abzudichten. Wie in den voraus gegangenen Ausführungsbeispielen ist an der Motorwelle 160 eine Nabe 161 angebracht, deren Mittellinie unter einem spitzen Winkel zur Achse der Welle 160 liegt. An der Nabe 161 ist ein Kugellager 162 angebracht, welches wiederum einen Träger 163 lagert. Am Träger 163 sind Kolbenanordnungen angebracht, die insgesamt durch die Bezugszahl 164 angezeigt sind. Die Anordnungen 164 umfassen ein äusseres zylindrisches Gehäuse 165 und eine integrale mittige Kolbenstange 166, die eine mittige Längspassage 167 aufweist. Das Ende der Passage 167 ist durch ein Filtermedium 168 und ein Rost 169 geschützt, das auf einem äusseren zylindrischen Abschnitt 165 angebracht ist. Ein Taumelkolbenkopf 170 ist am Ende des Stangenabschnitts 166 angebracht und umfasst eine mittige Öffnung 171. Eine pfannenartige Dichtung 172 ist zwischen dem Kolbenkopf 170 und einem Halteteil 173 gehalten. Das Halteteil 173 weist eine Einlassöffnung 174 auf, die mit der Öffnung 171 und der Passage 167 kommuniziert. Ein Klappenventil 175 schliesst normalerweise die Einlassöffnung 164.
Jeder Kolben arbeitet in einem Zylinder 180, der auf einer Platte 181 gehaltert ist, welche ein Wellenlager 182 umfasst. Eine Auslassventilplatte 183 stellt eine Dichtung zur Bohrung des Zylinders 180 her. Die Ventilplatte 183 umfasst eine Auslassöffnung 184, die normalerweise durch eine Klappenventil 185 geschlossen ist. Der Abschnitt des Zylinders 180 unterhalb der Ventilplatte 183 umfasst eine Auslasskammer, mit der ein Auslassrohr 186 verbunden ist. Am äusseren zylindrischen Abschnitt 165 jeder Kolbenanordnung 164 ist eine radiale Dichtung 188 angebracht, die zum äusseren des Zylinders 180 eine Abdichtung bewirkt, wenn sich die Kolbenanordnung 164 in den Zylinder 180 hinein und aus diesem heraus bewegt. Die Dichtung 188 kann aus einem Filz oder anderem Material gebildet sein, welches verhindert, dass Schmutz oder andere Partikel in die Grenzfläche zwischen Kolben und Zylinder eindringen.
Die Fläche 189 jeder Ventilplatte 183, die dem Kolbenhalteteil 173 gegenüber liegt, ist so geneigt, dass sie nahezu parallel zur Oberfläche des Halteteiles 173 liegt, wenn der Kolben sich im oberen Totpunkt befindet.
Das Ausführungsbeispiel 198 der 18 bis 23 stellt eine weitere kompakte, gestapelte Anordnung mit drei Zylindern dar, die symmetrisch um eine Motorwellenachse angeordnet sind. Die Zylinderbohrungen 200 sind durch separate Zylinder 202 gebildet, die sandwichartig zwischen einem Zylinderhalteteil 204 und einem Gehäuse 206 aufgenommen sind. Das Halteteil 204 ist am Gehäuse 206 mit Schrauben 208 angeschraubt. Lager 210 und 212 sind in einer zentralen Öffnung im Gehäuse 206 angebracht und eine Motorwelle 214 ist durch die Lager gelagert, um den Rotor 216 innerhalb des Stators 218 freitragend oder auskragend zu halten, wobei der Stator in einem Motorgehäuse 220 angebracht ist. Die Welle 214 erstreckt sich über das entgegengesetzte Ende des Rotors 216 hinaus und haltert an diesem Ende einen Lüfter 222, der Luft durch ein Kühlluft-Ansaugrost 226 in den Motor zieht, um den Motor zu kühlen und den Kopf 230 zu kühlen, der mittels Schrauben 232 mit dem motorseitigen Ende des Gehäuses 206 verschraubt ist. Lange Schrauben 234 befestigen den Motor am Gehäuse 206 und der Gehäusemantel 220 kann ferner auf einen Flansch 238 des Gehäuses 206 aufgepresst werden.
Die Welle 214 haltert ferner einen zweistöckigen Lüfter 240, der ein Aussenflügelteil 242 und ein Innenflügelteil 244 zur Zirkulation von Kühlluft dichter am Kopf 230 vorbei aufweist, wobei dieser ein Aluminiumdruckgussteil mit Kühlrippen ist. Das Aussenflügelteil 242 ist am Flügelteil 244, welches an der Welle befestigt ist, mittels (nicht dargestellter) Schrauben befestigt. Das Aussenflügelteil 242 kann unterteilt sein, so dass es in zwei Hälften abnehmbar ist. Als solches kann der Kopf ohne Entfernung der Welle 214 abgenommen werden.
Jeder der Zylinder 202 bläst in die Auslasskammer 248 durch zwei Löcher 250 aus, die im Gehäuse 206 ausgebildet sind, und zwar über ein Klappenventil 252, das beispielsweise mit einer (nicht dargestellten) Schraube an einer Stange 254 des Gehäuses 206 befestigt ist, um die Löcher 250 normalerweise zu schliessen.
Im Kopf 230 sind ein oder mehrere Auslassöffnungen 256 ausgebildet, die mit Rohren oder Schläuchen (nicht dargestellt) verbindbar sind.
Die obere Seite 260 jedes Zylinders 200 ist unter einem spitzen Winkel geneigt, wie in 19 gezeigt ist, und in der Richtung senkrecht zum Schnitt der 19 (in das Papier) derartig ballig gedreht, dass sie durch einen Abschnitt einer konischen Oberfläche definiert ist, welche ihren Scheitelpunkt angenähert am in 19 gezeigten Schwenk- oder Drehpunkt 262 haben würde. Daher stimmen die Oberseiten oder oberen Enden 260 mit der Bewegung der Kolben 264 überein, wenn diese in dichter Nähe hierzu über die Oberseiten "wandern".
Die Kolben 264 haben jeweils einen Halteteil 268, in welchem eine Reihe Einlasslöcher 270 ausgebildet sind. Eine Halteschraube 272 hält das Halteteil 268 auf einem Kolbenkopf 274, wobei eine pfannenartige Teflondichtung 275 sandwichartig zwischen dem Halteteil 268 und dem Kopf 274 angeordnet ist. Die Halteteilschraube 272 hält auch eine radiale Anordnung von Einlassklappenventilen 277 (z.B. aus rostfreiem Metallblech) über den Löchern 270, um auf diese Weise beim Saughub des Kolbens 264 zu öffnen und beim Kompressionshub zu schliessen. Daher sind in diesem Ausführungsbeispiel die Einlassventile in die Kolben eingebaut.
Ein Ende einer Kolbenstange 278 ist an jedem Kolbenkopf 274 starr befestigt, beispielsweise durch Einschrauben in den Kopf oder durch eine andersartige starre Befestigung am Kopf, und das andere Ende ist am Kolbenträger 280 starr befestigt, indem es beispielsweise in einem engen Passloch im Träger aufgenommen wird und mit einem Haltering gesichert wird. Da der Kolben 264 sich tatsächlich bei seiner hin- und hergehenden Bewegung im Zylinder 200 auf einem Bogen bewegt, wobei der Bogen generell im Drehpunkt 262 zentriert ist, sind der Kolben 264 und der Zylinder 202 bezüglich einander so positioniert, dass sie die radial aussen liegende Seite (bezüglich der Drehachse der Welle 214) der Dichtung 275 bei einer Position auf halbem Wege zwischen oberen und unterem Totpunkt etwas komprimieren und die radial liegende Innenseite der Dichtung 275 an den Positionen des oberen und unteren Totpunktes komprimieren.
Die Kolbenstangen 278 sind axial steif und radial biegsam, um so ein geringes Biegemass zur Reduzierung der Radialkräfte zu ermöglichen, die die Dichtung 275 zwischen dem Halteteil 268 und dem Zylinder 202 zu komprimieren suchen. Beispielsweise sind die Stangen 278 aus einem relativ steifen und nachgiebigen Kunststoff wie Acetal gefertigt und weisen zwischen der Kolbenbefestigung 290 und dem Kolbenkopf 274 einen solchen Durchmesser und eine solche Länge auf, dass sie während der Hin- und Herbewegung des Kolbens eine minimale radiale Kraft auf die Dichtung 275 ausüben. Das Verhältnis der radialen Steifigkeit der Stange, dividiert durch die axiale Steifigkeit der Stange, ist vorzugsweise geringer als 0,05, jedoch kann die Stange nicht so radial nachgiebig sein, dass dies zu einem Knicken der Stange führt oder dazu, dass der Kolbenkopf sich am oberen Totpunkt so neigt, dass er gegen das Gehäuse 206 schlägt. Das Gesamtausmass der Biegungsauslenkung jeder Stange 278 beträgt plus oder minus 0,13 mm (0,005 Inches) (aus der geraden Position) während der Hubbewegung des Kolbens. Daher wird, wenn der Kolbenkopf im Zylinder zentriert ist, die Stange 278 in einer Richtung um 0,13 mm (0,005 Inches) gebogen, und wenn der Kolben sich entweder im oberen Totpunkt oder unteren Totpunkt befindet, wird die Stange in der entgegen gesetzten Richtung um 0,13 mm (0,005 Inches) gebogen. Bei diesem Auslenkungsbetrag beträgt der maximale Wert der Seitenbelastungskraft, die durch die Stange 278 der Dichtung 275 auferlegt wird, bevorzugt weniger als 2270 g (5 lbs), welche Kraft über den halben Bereich der Dichtung 275 verteilt wird, um so die Dichtung 275 nicht übermässig zu beanspruchen. Bei einem Steifigkeitsverhältnis von 0,05 würde die maximale Kraft auf den Kolben 227 kg (100 Pfund) betragen (2270 g (5 lbs) maximale Radialkraft, dividiert durch das Steifigkeitsverhältnis von 0,05). Unter Vernachlässigung von Trägheits- und Reibungskräften auf den Kolbenkopf und die Kolbenstange, müsste bei einem maximalen Druck von 1,03 × 10⁵ N/m² (15 psi) der Kolbendurchmesser weniger als etwa 74 mm (2,9 Inches) betragen.
Es ist auch zu beachten, dass die Biegsamkeit der Stangen 278 nicht nur die seitliche Belastung der Dichtungen 275 reduziert, um so deren Lebensdauer zu verlängern, sondern auch erleichtert, die Mitte-zu-Mitte-Toleranzen der Zylinder 202 und der Kolben 264 beziehungsweise deren Achse-zu-Achse-Toleranzen in einem vernünftigen Ausmass gross zum machen, während dabei noch der Zusammenbau und die Funktion der Pumpe möglich sind.
Die Motorwelle 214 ragt durch eine mittige Öffnung im Kolbenträger 280 und es ist eine Nabe 282 mit einem Gegengewicht 284 am Ende des herausragenden Endabschnitts der Welle 214 angebracht und an der Welle 214 verkeilt. Die Nabe 282 ist exzentrisch, wobei ihre Mittellinie unter einem spitzen Winkel zur Achse der Welle 214 liegt. Der Kolbenträger 280 wird durch ein Lager 286 auf der Aussenseite der Nabe 282 gelagert. Der Kolbenträger 280 weist drei unter gleichen Winkeln beabstandete Kolbenbefestigungen 290 auf, die wie oben dargelegt, Löcher aufweisen, in denen die Kolbenstangen 278 angebracht sind.
Der Kolbenträger 280 wird auch durch drei Blattfedern 292 getragen, die genauer in den 22 und 23 gezeigt sind. Jede Blattfeder 292 ist im Wesentlichen A-förmig mit drei Beinen 294, 296, 298, die ein Dreieck bilden, wobei die Beine 294 und 296 gleich sind und das Bein 298 kürzer ist und eine Basis bildet, und weist ferner einen Befestigungsflansch 299 auf, der sich vom Basisbein oder Basisschenkel 298 in das Dreieck erstreckt. Die Blattfedern 292 können beispielsweise aus dünnem Federstahl hergestellt sein (zum Beispiel mit einer Feinheitsnummer 18–1,21 mm (0,0478"). Der Flansch 299 ist an seinem Ende gabelförmig aufgebogen, um eine Rippe 302 aufzunehmen, die sich von der Kolbenträger-Befestigungsoberfläche aufwärts erstreckt, um so eine relative Drehung zwischen den Blattfedern 292 und dem Kolbenträger 280 zu verhindern. Im Flansch 299 ist ein Loch ausgebildet zur Anbringung des Kolbenträgers mit einer Schraube 304 und es ist ein Loch in der Ecke der Feder 292 ausgebildet, in der die Schenkel oder Beine 294, 296 zusammenlaufen, um eine Anbringung am Gehäuse 206 mit einer Schraube 308 vorzusehen. Die Blattfedern 292 tragen die Kolbenträger/Kolbenanordnung zumindest teilweise und sorgen so für eine gewisse Entlastung der Lagerbelastungen.
Das Halteteil 204 umschliesst in Kombination mit einer Abdeckung 310, wobei diese beiden Teile als Kunststoffteile in Form hergestellt werden können, einen Grossteil des Arbeitsmechanismus einschliesslich der Blattfedern 292, der Enden der Zylinder 202 auf der gegenüberliegenden Seite der Kompressionskammern, der Rückseiten der Kolben, der Kolbenstangen und der Kolbenträger und der Nabe 282 sowie der Lager 286, ohne dabei die Zylinder 202 zu umschliessen, um auf diese Weise eine Luftzirkulation um das Äussere des Zylinder 202 zum Zwecke der Kühlung zu ermöglichen. Das Halteteil 204 selbst hat eine mittige Öffnung 312, in der ein sich nach vorn erstreckender ringförmiger Abschnitt des Gehäuses 206 aufgenommen ist, weist ferner drei Öffnungen 314 auf, von denen jede das offene Ende eines der Zylinder 202 aufnimmt, und drei im wesentlichen dreieckige Strukturen 316, die gegen das Gehäuse 206 stossen, um die Blattfedern 292 zu umgeben. Eine verjüngte, beziehungsweise konisch verlaufende Einführungsfläche 318 (19) jeder Öffnung 314 erleichtert die Einführung der Dichtung 275 in die Zylinder 202. Die Abdeckung 310 nimmt einen Flansch des Halteteils 204 auf und kann durch eine Schnapp- oder Reibpassung oder andere geeignete Mittel gehalten werden, und umfasst ferner ein Einlassloch 320, in welchem ein Filter 321 zum Filtern von Ansaugluft angebracht ist. Auf diese Weise umschliessen das Gehäuse 206, das Halteteil 204 und die Abdeckung 310 das Kurbelgehäuse 224 (19) um zur Geräuschminderung beizutragen und das Kurbelgehäuse sauberer zu halten, während die Aussenflächen der Zylinder 202 der äusseren Luftkühlung ausgesetzt sind. Da drei Kolben vorhanden sind, die sämtlich bezüglich einander ausser Phase arbeiten, wird es nur eine geringe oder gar keine Änderung des Volumens vom Kurbelgehäuse geben, was auch dazu beiträgt, Geräusche zu vermindern.
Das Ausführungsbeispiel 398 der 24 bis 26B entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel 298 mit Ausnahme des im Folgenden erläuterten. Grundsätzlich sind Elemente der Pumpe 398, die den Elementen der Pumpe 298 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen jeweils plus 100 identifiziert.
Ein Unterschied besteht in der Kolbenstange 378, die ein separates Teil ist, das starr mit dem Kolbenträger 380 und dem Kolben 364 mit einer Schraube an jedem Ende verbunden ist. Die Enden der Kolbenstange 378 sind am jeweiligen Kolbenträger 380 beziehungsweise Kolben 264 starr befestigt, jedoch ist die Stange 378 radial nachgiebig oder biegsam, allerdings in Längsrichtung nicht dehnbar und nicht komprimierbar. Dadurch wird die Stange in ihrer Länge beim Auftreten des Pumpens nicht signifikant komprimiert oder gedehnt, jedoch kann sich die Stange elastisch biegen, um zu ermöglichen, dass der Kolben 364 in der Zylinderbohrung 300 mit geraden Wänden hin- und hergehen kann. Die Stange 378 sollte sich leicht elastisch biegen können, um der Dichtung 375 keine übermässige Belastung aufzuerlegen, wobei die Dichtung zwischen dem Kolben 264 und der Bohrung 300 gleitet, wie oben im Hinblick auf die Stangen 278 erläutert wurde. Beispielsweise können die Stangen 378 aus Acetat-Kunststoff hergestellt sein und von einer Länge und einem Durchmesser sein, derart, dass sie eine maximale seitliche Belastungskraft von 2270 g (5 lbs) oder weniger auf die Dichtungen 375 ausübt, wie weiter oben mit Bezug auf die Stangen 278 erläutert wurde.
Der Kolben 364 unterscheidet sich auch etwas in seiner Konstruktion, wobei er ein Halteteil 368 umfasst, dass auf dem Kolbenkopf 374 mittels zwei Schrauben 373 (26A) gehalten ist, und ein Einlassklappenventil 377 aufweist, das zwei gegenüberliegend angeordnete Einlasslöcher 370 abdeckt. Das Klappenventil 377 ist mit einer Schraube 372 befestigt. Darüber hinaus zeigen die 25A und 26A die Auslassklappen oder Auslassklappenventile 352 in Explosionsansicht vom Gehäuse 306 abgenommen, welche normalerweise Löcher 350 abdecken, wobei die Ventile mit einer Schraube 353 am Gehäuse 306 befestigt sind. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der Lüfter 340 aus einem Stück vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist, wie dies beim Lüfter 322 der Fall ist, der auch aus einem Stück hergestellt ist. Die Lüfter 340 und 322 können durch Federklemmen oder andere geeignete Mittel an der Welle 315 befestigt werden.
Ferner ist ein ringförmiges Luftleitblech 341 am Kopf 330 mittels Schrauben 343 befestigt. Das Luftleitblech 341 bewirkt, dass Luft, die (durch darin ausgebildete Löcher) in das Motorgehäuse 320 gezogen wird, an den Rippen des Kopfes 330 vorbei gezogen wird und dann aus dem Motorgehäuse durch darin ausgebildete Löcher auf der Aussenseite des Luftleitblechs 341 ausgetrieben wird. Der Luftströmungspfad ist in 24 durch Pfeile 345 angezeigt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in beträchtlichem Masse detailliert erläutert worden. Für die Fachleute auf diesem Gebiet sind zahlreiche Modifikationen und Variationen offensichtlich. Daher sollte die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern sollte durch die folgenden Ansprüche definiert sein.
Zusammenfassung
Fluidpumpvorrichtung
Axialkolben-Fluidpumpvorrichtung, in der Taumelkolben starr mit Armen einer Taumelplatte verbunden sind, die drehbar auf einem Lager angebracht ist, welches an einer Antriebswelle angebracht ist. Die Achse des Lagers liegt unter einem spitzen Winkel zur Achse der Welle. Die Taumelkolben bewegen sich innerhalb von Zylindern, deren Bohrungen um die Achse der Welle angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel werden die Kolben durch Blattfedern unterstützt und radial nachgiebige Verbindungsstangen und das Kurbelgehäuse sind umschlossen.
(1)

Claims

Axialkolben-Fluidpumpvorrichtung, aufweisend: – eine Antriebswelle; – einen eine Bohrung aufweisenden Zylinder; – einen Fluideinlass und eine Fluidauslass in Kommunikation mit jeder Zylinderbohrung; – ein auf der Welle angebrachtes Lager, wobei die Mittellinie des Lagers unter einem Winkel zur Wellenachse liegt; – einen Kolbenträger, der am Lager angebracht ist; und – einen Taumelkolben, der für eine Hin- und Herbewegung in der Bohrung bei Drehung der Welle am Kolbenträger angebracht ist; und – eine Blattfeder, die den Kolben im Zylinder unterstützt.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das Lager auf einer Nabe angebracht ist, die auf der Welle angebracht ist, wobei die Achse der Nabe unter einem spitzen Winkel zur Wellenachse liegt, so dass die Nabenachse eine Präzession um die Wellenachse ausführt, wenn die Welle gedreht wird.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Zylinderbohrung parallel zur Achse der Welle liegt.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher drei der Blattfedern den Kolben unterstützen.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Blattfeder zwischen dem Kolbenträger und einem Gehäuse angebracht ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 5, in welcher das Gehäuse den Zylinder haltert.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 6, in welcher das Gehäuse die Welle haltert.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 5, in welcher der Kolbenträger und die Blattfeder umschlossen sind und eine äussere Fläche des Zylinders freiliegt.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Kolben eine axial steife und radial nachgiebige Verbindungsstange aufweist, die mit dem Kolbenträger verbunden ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 9, in welcher die Verbindungsstange starr mit dem Kolbenträger verbunden ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 10, in welcher die Verbindungsstange starr an einem Kopf des Kolbens befestigt ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher eine Fläche innerhalb des Zylinders, die auf den Kolben gerichtet ist, die Form eines Schnittes eines Konus aufweist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Zylinderhalteteil und ein Gehäuse, wobei der Zylinder zwischen dem Zylinderhalteteil und dem Gehäuse positioniert ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 13, in welcher das Zylinderhalteteil eine konisch zulaufende Einführungsfläche aufweist, die in den Zylinder führt.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Fluideinlass im Kolben vorgesehen ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 15, ferner aufweisend ein Gehäuse, und in welcher der Fluidauslass in diesem Gehäuse vorgesehen ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Blattfeder so angebracht ist, dass sie in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse der Welle nicht rotiert.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 1, aufweisend mehrere Zylinder und eine entsprechende Anzahl von Kolben.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 17, aufweisend mehrere Blattfedern, die die Kolben unterstützen.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 19, in welcher die Blattfedern und der Kolbenträger umschlossen sind.
Axialkolben-Fluidpumpvorrichtung aufweisend – eine Antriebswelle; – einen eine Bohrung aufweisenden Zylinder; – einen Fluideinlass und eine Fluidauslass in Kommunikation mit jeder Zylinderbohrung; – ein auf der Welle angebrachtes Lager, wobei die Mittellinie des Lagers unter einem Winkel zur Wellenachse liegt; – einen Kolbenträger, der am Lager angebracht ist; und – einen Taumelkolbenkopf, der eine radial nachgiebige Verbindungsstange aufweist, die den Taumelkolben am Kolbenträger für eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in der Bohrung bei Drehung der Welle anbringt.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 21, in welcher die Verbindungsstange starr am Kolbenträger befestigt ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 21, in welcher die Verbindungsstange starr an einem Kopf des Kolbens befestigt ist.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 21, in welcher die Verbindungsstange starr am Kolben und am Kolbenträger befestigt ist und in welcher das Verhältnis der maximalen durch die Stange auf den Kolben ausgeübten radialen Kraft, dividiert durch die maximale axiale Kraft, die von der Stange auf den Kolben ausgeübt wird, kleiner als oder gleich 0,05 ist.
Fluidpumpvorrichtung, aufweisend – eine Antriebswelle; – ein Gehäuse; – mehrere röhrenförmige Zylinder mit Bohrungen, die symmetrisch um die Achse der Welle angeordnet sind, wobei ein Ende jedes Zylinders auf das Gehäuse gerichtet ist und das andere Ende offen sind, – Fluideinlass- und -auslassventile, die mit jeder Zylinderbohrung kommunizieren; – einen Kolbenträger, der auf einem Lager unter einem spitzen Winkel zur Wellenachse so drehbar angebracht ist, dass der Kolbenträger um die Wellenachse bei Drehung der Welle eine Präzession ausführt; und – mehrere Taumelkolben, einer für jeder der Zylinder, wobei jeder solcher Kolben am Kolbenträger befestigt ist und in einer jeweiligen Zylinderbohrung so angeordnet und abgedichtet ist, dass er bei der Präzession des Kolbenträgers in der Zylinderbohrung hin- und hergeht; und – eine Einfassung, die den Kolbenträger und die offenen Enden der Zylinder umschliesst und äussere Oberflächen der Zylinder nicht umschliesst.
Fluidpumpvorrichtung, aufweisend – eine Antriebswelle; – ein Gehäuse; – mehrere Zylinder mit Bohrungen, die symmetrisch um die Achse der Welle angeordnet sind, offenen Enden und äusseren Oberflächen, – Fluideinlass- und -auslassventile, die mit jeder Zylinderbohrung kommunizieren; – einen Kolbenträger, der auf einem Lager unter einem spitzen Winkel zur Wellenachse so drehbar angebracht ist, dass der Kolbenträger um die Wellenachse bei Drehung der Welle eine Präzession ausführt; und – mehrere Taumelkolben, einer für jeder der Zylinder, wobei jeder solcher Kolben am Kolbenträger befestigt ist und in einer jeweiligen Zylinderbohrung so angeordnet und abgedichtet ist, dass er bei der Präzession des Kolbenträgers in der Zylinderbohrung hin- und hergeht; und – mehrere Blattfedern, die den Kolbenträger unterstützen.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 26, ferner aufweisend eine Einfassung, die den Kolbenträger, die offenen Enden der Zylinder und die Blattfedern umschliesst und die äusseren Oberflächen der Zylinder nicht umschliesst.
Fluidpumpvorrichtung nach Anspruch 27, ferner aufweisend ein Gehäuse an einem Ende der Zylinder entgegengesetzt vom offenen Ende, wobei das Gehäuse die Zylinder, die Welle und die Einfassung trägt.