DE1653579B2 - Gesteuerte Mengenpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine regelbare Pumpe mit einem Kolben, einem den Kolben betätigenden Stößel, einer Kurbewelle mit einem als Schrägzapfen ausgebildeten Abschnitt, einer relativ zum Schräglapfen verschiebbar angeordneten Nockenscheibe, einem Verstellmechanismus zum relativen Verschicben von Nockenscheibe und Kurbelwelle und mit einem Schneckenradantrieb zum Drehen der Kurbel-Welle, Eine Pumpe dieser Art ist zum Fördern kleinerer Mengen geeignet und um die geförderte Menge während des Betriebs durch Verstellen des Hubs genau zu regeln, wobei die Fördermenge linear vom Verstellweg abhängig ist.

Bei einer solchen Pumpe gleitet die Kolbenstange mit ihrem einen Ende auf der Nockenscheibe bzw. einem sie umgebenden Kugellagerring, an den sie durch Federn angedrückt wird. Die Kurbelwelle ist axial unverschiebbar, die Nockenscheibe axial verschiebbar. Das Schneckenrad ist auf der Kurbelwelle fest. Die Erfindung geht einen anderen Weg.

Gemäß der Erfindung ist die Kurbelwelle in einer Hülse axial verschiebbar und in Drehrichtung festgelegt geführt, die in dem Gehäuse der Pumpe drehbar gelagert ist, und außen auf der Hülse ist das Zahnrad des Schneckenradantriebs angeordnet, das mit der Schnecke auf der Antriebswelle kämmt. Das macht einen formschlüssigen Antrieb der Kolben durch die Nockenscheibe möglich, so daß die störanfälligen Federn entfallen.

ίο Vorzugsweise sind an den Enden des Schrägzapfens zwei Endstücke vorgesehen, von denen das eine in der Hülse drehbar und axial verschiebbar gelagert ist, das andere in einem hohlzylindrischen Ansatz am Gehäuse der Pumpe. Die Kurbelwelle wird dadurch weitgehend von den Biegemomenten von der Kraft im Stößel her entlastet. Die Ausbildung erlaubt es auch, die Nockenscheibe dadurch einfach gegen axiale Verschiebung zu sichern, f^aß sie mit ihrer einen Stirnseite am Stirnende des hohlzylindrisehen Gehäuseansatzes, mit ihrer anderen Stirnseite am Stirnende der Hülse anliegt.

Die Kurbelwelle kann aber auch nur ein einziges geführtes Endteil aufweisen, mit dem ein freitragender Schrägzapfen verbunden ist. Der freitragende

Schrägzapfen ist an sich bekannt, aber nicht für eine Pumpe mit Schneckenradantrieb, deren Kurbelwelle die sich mit der gleichen Drehzahl dreht wie die Antriebswelle. Der freitragende Schrägzapfen erlaubt einen größeren Hub ohne entsprechende Erhöhung der übrigen Abmessungen der Pumpe, wie weiter unten noch ausgeführt wird.

Dadurch, dall die Kurbelwelle axial verschiebbar und dementsprechend die Nockenscheibe axial unverschiebbar ist, läßt sich die Pumpe gut in der Weise ausbilden, daß sie eine Mehrzahl von Kolben aufweist, die durch je eine Pleuelstange mit der axial unverschiebbaren Nockenscheibe formschlüssig verbunden sind. Der formschlüssig^ Antrieb einer Mehrzahl von Kolben durch die Nockenscheibe ist an sich bekannt, aber nicht bei solchen Pumpen mit Schnekkenradantrieb.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt einer gesteuerten Mengenkolbenpumpe gemäß der Erfindung.

F i g. 2 A und 2 B zeigen perspektivisch einen Teil einer Nockenscheibe und eines schrägen Wellenteils, die zu der Pumpe nach F i g. 1 gehören.

Fig. 3 A zeigt perspektivisch die Hubverstellcinrichtung, die zu der Pumpe nach F i g. 1 gehört.

Fig. 3 B und 3 C zeigen perspektivisch und in Draufsicht zwei Arten konventioneller llubverstellcinrichtungen.

F i g. 4, 5 und 6 zeigen andere Ausführungsformen der Erfindung.

In F i g. 1 ist 51 ein Schrägzapfen, der zwischen zwei Endstücken 52 und 53 gehalten wird und mit diesen zusammen eine exzentrische Welle 1 in der Weise bildet, daß eine Achse P—P' des Schrägzapfens 51 eine Achse X-X' der Endstücke 52 und 53 in einem spitzen Winkel 0 schneidet.
Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine Nockenscheibe bezeichnet, die eine schräge Bohrung 54 hat, durch die der Schrägzapfen 51 zentrisch, wie Fig. 2 A zeigt, oder exzentrisch durchläuft, wie Fig. 2 B

zeigt. Pie Nockenscheibe 2 ist mit Hilfe der schrägen Bohrung 54 so am Schrügzapfcn 51 angebracht, daß sie immer senkrecht zu der Achse X-X' der exzentrischen Welle 1 ausgerichtet ist. Eine Verbindungsstange 3 wird in hin- und hergehende Bewegung durch die Bewegung der Nockenscheibe 2 gebracht, \sobei diese durch eine Drehung der Exzenterwelle 1 hervorgerufen wird. 7 ist ein Kreuzkopf, der durch die Verbindunpsstange 3 mit der Nockenscheibe 2 verbunden ist, und 4 ist ein Einstellglied in Form einer Schraubenspindel, die mit der exzentrischen Welle 1 fluchtet, 13 eine Wellenführung und 8 eine Wellcnhülse. 10 ist ein Schneckenrad, das zusammen mit einer Schnecke 11 ein Reduziergetriebe bildet, wobei die Schnecke 11 auf einer Antriebswelle 11' sitzt, und das Schneckenrad durch einen Keil 9 an der Wellenhülse 8 befestigt ist. 12 ist ein Lager, 20 ein Punipengehäuse und 9' ein Keil für die Kraftübertragung.

Folgende Beziehung besteht zwischen der Abweichung e der Nockenscheibe 2 von der Achse Λ"—.V" und der Länge des Hubs S

Bei bekannten Einrichtungen mit Exzentcrscheiben 2 gemäß den Fig. 3 B und 3 C ist die Exzentrizität direkt abhängig von deren Abmessungen, so daß mit einer Zunahme der Hublänge .V auch die Abmessungen der Exzenterscheibe vergrößert werden mußte. Bei der Erfindung ist die Kurbelwelle mit dem Schrägzapfen 51 axial verschiebbar. Die Exzentrizität c und damit der Hub ändert sich proportional mit und hängen nicht von der Größe der Nokkenscheibe ab.

Durch die Antriebskraft der Antriebswelle, die direkt mit einem Motor gekuppelt ist, kann die Nokkenscheibe 2 durch den Schrägzapfen 51 der Exzenterwelle 1 mit vorbestimmter Drehgeschwindigkeit geschwenkt werden, die durch das Reduziergetriebe herabgesetzt ist, wogegen die mit der Nockenschcibe 2 gekoppelte Verbindungsstange 3 in hin- und hergehende Bewegung gebracht wird. Die Exzenterwelle 1 ist durch ein Lager 6 mit der Gewindespindel 4, die Z\ix Hubverstellung dient, verbunden, wobei diese in ein Innengewinde einer Führung 14 eingreift, die an dem Gehäuse 20 angebracht ist und als feste Mutter dient. Durch Drehung der Gewindespindel 4 wird somit die Exzenterwelle 1 in ihrer Axialrichtung X—X' durch die Wellenhülse 8, die Nockenscheibe 2 und die Wellenführung 3 vcrschoben. Durch diesen Mechanismus kann die Hublänge linear von Null bis zum vollen Hub verstellt werden. Falls die schräge Bohrung54 in der Mitte der Nokkenscheibe 2 liegt und einen schiefen Winkel I) /ur Achse X—X' bildet, wie in Fig. 2 Λ gezeigt ist, so bewirkt der Teil a—b des Schrägzapfens 51 die lineare Umstellung der Hublänge von Null bis zum vollen Hub, während der restliche Teil a—<■ nicht direkt mit der Hubverstellung zusammenhängt. Wenn die Bohrung 54 im obigen Fall exzentrisch zur Mitte der Nockenscheibe 2 liegt, wie in Fig. 2 B gezeigt ist, erreicht man die Hubverstellung von Null bizum vollen Hub durch den Teil c—h des Schrägzapfens 51. Dieser Ausbau kann geeignet in Bezug auf den Durchmesser der Nockenscheibe 2 und auf die Länge des Schräg/aufcns 51 ausgeführt werden. In der dargestellten Ausführungsform wird die Exzenterwelle 1 durch die Wellenführung 13 und die Wellenhülse 8 abgestützt. Die Drehfläche ist zwischen dem Umfang der Nockenscheibe 2 und der Verbindungsstange vorgesehen, nicht dagegen au der Einpaßfläche der Nockenscheibe 2 mit dem Schrägzapfen 51. Die Gewindespindel 4 ist durch einen Keil 17, ein Einstellzahnrad 15 und ein Einstellritzel 16 mit einer Einstellwelle 5 verbunden, die an einem Einstellkopf 19 angebracht ist. Ein Ende der Einstellwelle 5 wird als Einstellende verwendet, an dem ein Handgriff 18 befestigt ist, so daß die Gewindespindel 4 und damit die mit ihr fluchtende und verbundene Exzenterwelle 1 durch Drehung des Handgriffs oder Handrads 18 verschoben werden. Die Verschiebung der Exzenterwelle 1 ist demgemäß einer Anzahl von Umdrehungen des Handrads 18 proportional, während die Stellung des Handrads 18 konstant bleibt. Das Handrad kann leicht durch eine automalische rotierende oder hin- und hergehende Einstelleinrichtung ersetzt werden. Bei Verwendung einer automatischen, hin- und Iv.gehenden Einstelleinrichtung wird die Führung 14 csetzt durch eine Führung, die kein Innengewinde hat, und die Gewindespindel 9 wird direkt mit einer Ausgangswelle der Einstelleinrichtung verbunden. Mit dieser Anordnu'.-.g wird die automatische Verstellung der Bewegung der Gewindespindel 4 direkt ausgeführt, so daß die Bewegung dieser Ausgangswelle diejenige der Exzenterwelle 1 längs ihrer Achse hervorruft und diese ist direkt proportional zu der Veränderung der Hublänge. Außerdem liegt die Achse der Bewegung der Gewindespindel 4 immer fest, wodurch die Verstelleinrichtungen einfach angebracht werden können.

Durch geeignete Wahl der Getriebeübersetzung kann jedes Reduktionsverhältnis des Reduziergetriebes erreicht werden, das aus der Schnecke 11 und dem Schneckenrad 10 besieht. Dieser ir sich geschlossene Reduziermechanismus ist vorteilhaft für die Hubverstellvorrichtung der Erfindung wegen der Eignung für verhältnismäßig hohe Drehzahlen im Gegensatz zu bekannten Hubverslclleinrichtungen, die ir.it Hebeln arbeiten, und weil ihr Reduktionsverhältnis in einem verhältnismäßig weiten Bereich von hohen bis zu niedrigen Werten gewählt werden kann. Darübcrhinaus ist erfindungsgemäß das Schneckenrad 10 an der Wellenhülse 8 befestigt, um einen Teil der Hubverstclleinrichtung zu bilden, wodurch man einen kompakten Aufbau der Pumpe erhält, die durch das Gehäuse 20 vollständig staubdicht abgeschlossen ist.

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Vielzahl der Kreuzköpfc 7. die mit der ein/igen Nockenscheibe 2 i'urcli die Verbindungsstange 3 gekoppelt sind, in hin- und hergehende Bewegimg durch einen einzigen Motor ge bracht werden, der die Exzenterwelle 1 über das Reduziergetriebe 11, 10 antreibt, wobei die Hubliingen der Kreuzköpfe 7 durch eine einzige manuelle Einstelleinrichtung, die aus dem Handrad 18 besteht, über die Einstellwelle 5, das Ritzel 16 und die Gewindespindel 4 eingestellt werden können. Deshalb kann durch diese gesteuerte Mengenpumpe Motorleistung gespart werden, ferner Schwankungen im Ilüssigkeitsausgang unterbunden werden, und es kann die Steuerung des Ausstoßes der Pumpe von Null bis zum Maximum z. B. bei der Herstellung eines einzigen Produkts durch Mischen verschiedener medizinischer Flüssigkeiten leicht erreicht werden. In

Fig. 4 ist die Flüssigkeilsseite nicht gezeigt. Ein Ende von jeder der Verbindungsstangen 3, entfernt von den Kreuzköpfen, hat die Form eines Nockenfolgestücks mit teilweise entfernter Flügelform, so daß beim Betrieb keine der Verbindungsstangen 3 auf der Nockenscheibe 2 in Berührung mit einer anderen Stange kommen kann, Bei Drehung der Exzenterwelle 1 führen die entsprechenden Kreuzköpfe 7, die mit den Vcrbindungsstangen 3 verbunden sind, an jeder Flüssigkeitsseiitc eine Pumpbewegung durch. Die anderen Teile sind gleich denjenigen, die in F i g. 1 gezeigt sind.

Die Kombination der Pumpe nach F i g. 4 ergibt zwei Kreuzköpfe oder Pumpen, die um 180° C versetzt sind. In gleicher Weise können drei Kreuzköpfe oder Pumpen, die gegeneinander um 120' C versetzt sind, leicht an einer einzigen Nockenscheibe angebracht werden. Die Pumpe liefert eine weniger schwankende Fördermenge als eine Pumpe mit nur einem Kolben.

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Flüssigkeitsseite nicht gezeigt ist, und wobei eine gemeinsame Antriebswelle, die eine gemeinsame Schnecke 11 trägt, zwischen zwei Schneckenrädern 10 von zwei Pumpen α und b angeordnet ist, von denen jede den Hubeinstellmechanismus besitzt, der in Fig. 1 gezeigt ist, wodurch man eine Vielfachpumpe imit einem gemeinsamen Gehäuse 20 erhält. Die anderen Teile sind gleich den in Fig. 1 gezeigten. Die Schnecke der Antriebswelle 11 greift in die Schneckenräder 10 ein, so daß die Phasendifferenz der Pumpen α und b 180° C beträgt. Die für die beiden Pumpen erforderliche Leistung ist gleich derjenigen, die für eine einzige Pumpe notwendig ist, außer daß der mechanische Reibungsverlust doppelt so hoch ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat jede der Pumpen a und b ihren eigenen Hubeinstellmechanismus, so daß jede Pumpe unabhängig von der anderen funktioniert. Außerdem können die Hublängen und damit der Flüssigkeitsausstoß der Pumpen α und b gleichzeitig dadurch eingestellt werden, daß die entsprechenden Einstellwellen 5 der Einstelleinrichtung durch die eine Kupplung miteinander fluchtend verbunden werden. Die beiden Pumpen sind in einem einzigen Gehäuse mit gemeinsamer Schmierung untergebracht, so daß der Raumbedarf gering ist.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Flüssigkeitsseite nicht gezeigt

ίο ist. In dieser Ausführungsform wird eine freitragende Exzenterwelle 1 verwendet, die man dadurch erhält, daß der Sdirägzapfen 51 mit dem einen Endstück 52 verbunden ist. Das andere, in F i g. 1 dargestellte Endstück 53 ist weggelassen. Eine Führung 30 verhindert eine Bewegung der Nockenscheibe 2 in der Axialrichtung X—Λ". Die anderen Teile sind gleich den in F i g. 1 gezeigten.

Soll der Sdirägzapfen 51 der Exzenterwelle 1, wie in F i g. 1 gezeigt, verlängert werden, um eine Zu-

ao nähme der Hublänge zu erhalten, so müssen auch die Durchmesser der Endstücke 52 und 53, zwischen denen der Schrägzapfen 51 gehalten wird, und damit auch der Durchmesser des Schneckenrades 10 des Reduziergetriebes vergrößert werden. Bei einer ge-

*5 gebenrr. Hublänge erfordert ferner eine Vergrößerung des Durchmessers des Schrägzapfens 51 naturgemäß auch eine Vergrößerung der Durchmesser der Endstücke 52 und 53. Wem. demgemäß die Exzenterwelle 1 mit zwei Endstücken 52 und 53 versehen ist, haben die Abmessungen der Endstücke und des schrägen Wellenstücks großen Einfluß auf die gesamte Konstruktion der Pumpe. Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 ist diese Beschränkung durdi Wcglassung des Endstücks 53 weitgehend aufgcho-

ben. So erreicht man bei demselben Endstück 52, demselben Durchmesser des Schneckenrades 10 und demselben Lager 12, wie den in F i g. 1 gezeigten, etwa das l,5fachc der maximalen Hublänge, die linear von Null bis zum vollen Hub variiert werden kann, auch wenn die Pumpe in Betrieb ist oder nicht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   J. Regelbare Pumpe mit einem Kolben, einem den Kolben betätigenden Stößel, einer Kurbelwelle mit einem als Schrägzapfen ausgebildeten Abschnitt, einer relativ zum Schrägzapfen axiai verschiebbar angeordneten Nockenscheibe, einem Verstellmechanismus zum relativen Verschieben von Nockenscheibe und Kurbelwelle und mit einem Schneckenradantrieb zum Drehen der Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (1, 52, S3) in einer Hülse (8) axial verschiebbar und in Drehrichtung festgelegt geführt ist, die in dem Gehäuse (20) der Pumpe drehbar gelagert ist, und daß außen auf der Hülse (8) das Zahnrad (10) des Schneckenradantriebs angeordnet ist, das mit der Schnecke (11) auf der Antriebswelle (H') kämmt.
2. 2. Regelbare Pumpe nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Endstücke (52, 53) an den beiden Enden des Schrägzapfens (51) vorgesehen sind, von denen das eine in der Hülse (8) drehbar und axial verschiebbar gelagert ist, das andere in einem hohlzylindrischen Ansatz (13) am Gehäuse der Pumpe.
3. 3. Regelbare Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenscheibe (2) dadurch gegen axiale Verschiebung gesichert ist, daß sie mit mrer einen Stirnseite am Stirnende des hohlzylindrischen Gehäuseansatzes (13), mit ihrer anderen Stirnseite am Stirnende der Hülse (8) anliegt.
4. 4. Regelbare Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (1) nur ein einziges geführtes Endteil (52) aufweist, mit dem ein freitragender Schrägzapfen (51) verbunden ist (F i g. 6).
5. 5. Regelbare Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Kolben aufweist, die durch je eine Pleuelstange (3) mit der axial unverschiebbar gelagerten Nockenscheibe (2) formschlüssig verbunden sind.