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Flüssigkeitspumpe mit sternförmig angeordneten Zylindern Gegenstand
der Erfindung ist eine Pumpe mit sternförmig angeordneten Zylindern, bei der zwecks
Verstellung der Fördermenge und Förderrichtung mehrere um die Antriebswelle herum
liegende Zylinderpaare auf einen gemeinsamen, einen Steuerschlitz des Zylinderkörpers
aufweisenden Hubraum arbeiten. Dabei werden die Kolben von zwei getrennten und in
ihrer gegenseitigen Phasenlage durch Zahnräder verstellbaren Exzentern von unveränderlicher
Exzentrizität gesteuert.
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Bei einer bekanntgewordenen Pumpe dieser Art sind die Verstellexzenter
auf der Antriebswelle gelagert; sie werden von dieser angetrieben und sind damit
der umlaufende Teil der Pumpe. Diese Bauweise bedingt einen großen Aufwand von wenig
betriebssicheren und teueren Einzelteilen, wie Zahnräder, Kugellager, Achsen und
Zahnsegmenten, um den von einem am Gehäuse angebrachten Verstellmittel ausgehenden
Verstellimpuls auf die umlaufenden Exzenter zu übertragen. Da hier ein großer Teil
dieser Bauelemente im Innern des Zylinderblocks untergebracht ist, so muß diese
Pumpe mit großem Durchmesser ausgeführt sein, um brauchbare Verstellwege für die
Exzenter und genügend Einbauraum für die einzelnen Steuerungsteile zu erhalten.
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Durch die vorliegende Erfindung ergeben sich demgegenüber wesentliche
funktionelle und bauliche Vorteile dadurch, daß zwei Exzenter, die um den die Zylinderpaare
enthaltenden Zylinderblock angeordnet sind, mit ihren gleichachsigen Umfängen konzentrisch
zu der Welle drehbar im Gehäuse
gelagert sind, und mit ihrem exzentrischen
Innendurchmesser die Kolben stützen und steuern.
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Da hier die Exzenter den Zylinderblock umfassen und nicht umlaufen,
so ist ihre Verstellung mit verhältnismäßig einfachen Mitteln bei sehr günstiger
Anordnung dieser Mittel möglich. Infolge des großen Exzenterdurchmessers steht nunmehr
auch ein großer Verstellweg unmittelbar zur Verfügung, so daß die sehr empfindliche
Änderung der Phasenlage besser beherrscht und genauer abgestuft vorgenommen werden
kann als bisher.
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Erfindungsgemäß sind die Exzenter mit zueinander weisenden Zahnkränzen
versehen, die mit einem gemeinsamen Kegelrad im Eingriff stehen, welches mit der
Verstelleinrichtung verbunden ist. Dadurch sind die Exzenter in entgegengesetztem
Drehsinn, jedoch um den gleichen Drehwinkel beliebig verstellbar.
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In den Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Pumpe mit sternförmig angeordneten Zylindern dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt durch die Pumpe; Fig. 2 zeigt einen
Längsschnitt durch die Pumpe; Fig. 3 bis io zeigen schematische Darstellungen der
Hubraumänderungen während eines Arbeitsganges.
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Das Gehäuse 3o der Pumpe ist mit einem Deckel 31 versehen, in welchem
die über die Klauenverzahnung 32 direkt mit dem Zylinderblock 33 verbundene Antriebswelle
34 gelagert ist. Im Gehäuse 30 ist eine Welle 35 starr befestigt; auf dieser
ist der Zylinderblock 33 drehbar gelagert. Die Zylinderbohrungen 36, 37 gehören
zwei Zylinderblöcken an, die beispielsweise aus je fünf Zylindern bestehen und in
axialer Richtung um einen gewissen Betrag versetzt angeordnet sind. Die axial hintereinanderliegenden
Zylinder sind zu Paaren vereinigt, indem sie je einen Verbindungskanal 38 und eine
gemeinsame Steueröffnung 39 besitzen. Die Welle 35 ist im Bereich der Steueröffnungen
39 mit zwei Aussparungen 4o, 41 versehen, von denen je eine Bohrung 42 zu den Außenanschlußöffnungen
43 führen. Die Kolben 44 stützen sich, unter Zwischenschaltung von Rollen 45, gegen
die Exzenter 46, 47. Die Exzenter 46, 47 sind im Gehäuse, 3o konzentrisch zur Welle
34 bzw. 35 drehbar gelagert und durch das von außen an seinen Wellenzapfen, z.-
B. mittels Handrad bedienbare Kegelrad 48, im entgegengesetzten Drehsinn und um
den gleichen Drehwinkel beliebig verstellbar. Der Exzenter 46 betätigt alle Kolben
des linken Sterns, der Exzenter 47 alle Kolben des rechten Sterns.
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In Fig. i sind zwar beide Exzenter 46, 47, aber der Übersichtlichkeit
halber nur die Kolben des rechten Zylindersterns eingezeichnet. Die Kolben des linken
Sterns würden demnach in Fig. i etwa hinter den gezeichneten liegen und sich gegen
das teilweise gestrichelt angedeutete Exzenter stützen.
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Je nach Stellung der Exzenter 46, 47 ergibt sich bei Drehung der Welle
34 und damit der Zylindersterne eine mehr oder weniger große Volumenänderung in
den gemeinsamen Hubräumen der einzelnen Kolbenpaare, die sich über die Steueröffnungen
39, je nach der augenblicklichen Lage auf die Aussparungen 40, 41 und damit
auf die Anschlußbohrungen 42, 43, als Saug- oder Druckwirkung übertragen. Die Hubraumtotpunktlage
bleibt' jedoch bei jeder Exzenterstellung stets so, daß die Strömung durch die Steueröffnungen
39 genau dann gleich Null ist, wenn sie die Stege N., -All zwischen den beiden
Aussparungen 4o der Welle 35 überfahren.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Pumpe sei an Hand der schematischen
Darstellungen nach Fig.3 bis io erläutert. Mittels eines in der Zeichnung nicht
dargestellten Handrades werden die Exzenter 46, 47 gegenläufig so gedreht, daß sie
nacheinander alle Stellungen stufenlos einnehmen, von denen in den Fig. 3 bis io
einige herausgegriffen sind. Im stetigen Übergang wird dadurch stufenlos die spezifische
Fördermenge und gegebenenfalls die Förderrichtung geändert.
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In den schematischen Einzeldarstellungen bedeuten die dünn ausgezogenen
Kurven die Hubraumvolumenänderung, die von dem betreffenden Exzenter allein verursacht
würden, während die stark ausgezogenen Linien bzw. Kurven die Hubraumänderung angeben,
die sich aus dem Zusammenwirken der beiden Exzenter ergibt und der wirklichen Fördermenge
entspricht.
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Die Amplitude der Volumenkurven der einzelnen Exzenter ist mit H,
die Amplitude der als Summe der Einzelkurven wirksamen wirklichen Volumenänderung
des Hubraumes mit H bezeichnet. Die Linien N" und N, entsprechen den neutralen Zonen
der Steuerung. Ihr Abstand entspricht jeweils einer Drehung der Antriebswelle um
i8o° oder i T. Der besseren Übersicht wegen sind die einzelnen Exzenter untereinander
und als Kurbeln gezeichnet.
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In Fig. 3 stehen die beiden Exzenter so, daß ihre Totpunkte genau
zwischen den neutralen Zonen N,. und N, liegen. Der theoretische Einfluß der Einzelexzenter
auf den von beiden Exzentern zusammen beeinflußten Hubraum wäre dem Wert r - sin
99 proportional, wobei r die Exzentrizität bzw. den Kurbelradius und. 99 den Drehwinkel
der Kurbel, von der Totpunktlage Nx oder N, aus gemessen, bedeuten.
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Beim Drehen eines Exzenters würde also das Hubraumvolumen innerhalb
einer Drehung von 36o° um den Wert 2 r - sin go° - C oder, da sin go° = i ist, um
den Wert 2 r - C schwanken. C bedeutet dabei eine Konstante, die z. B. dem Flächeninhalt
der Zylinderbohrung des Hubraumes entsprechen kann.
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Beim Drehen beider Exzenter erfährt also der Hubraum eine Volumenänderung,
deren Momentanwert jeweils der algebraischen Summe der Einzeleinflüsse entspricht.
Der Verlauf der so ermittelten wirksamen Volumenänderung des Hubraumes ist mittels
einer stark ausgezogenen Linie bzw. Kurve angedeutet.
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In Fig. 3 heben sich die Einzeleinflüsse auf, die Hubraumveränderung,
und damit auch die Fördermenge der Pumpe, ist gleich Null.
In Fig,
4 sind die Exzenter (Kurbeln) entgegengesetzt um je 30° verdreht. Die wirksameVolumenänderung
entspricht der Amplitude H.
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In Fig. 5 sind die Exzenter entgegengesetzt um je 9o° verdreht. Die
AmplitudeH hat den Größtwert 4 r C.
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In Fig. 6 sind die Exzenter entgegengesetzt um je 15o° verdreht. Die
wirksame Hubraumänderung H hat wieder abgenommen.
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In Fig. 7 ist die Hubraumänderung bei einer Exzenterverdrehung von
je i8o° wieder gleich Null.
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In Fig. 8 sind die Einzelexzenter um je 2io° entgegengesetzt verdreht,
die Amplitude H der wirksamenHubraumänderung nimmt wieder zu. Es zeigt sich aber
noch eine andere Eigenschaft der Hubraumkurve, nämlich, daß sie bei N, erst zu steigen
beginnt und von N, ab fällt. Das hat praktisch zur Folge, daß jetzt, im Gegensatz.
zu den Beispielen Fig.4 bis 6, die bisherige Druckseite zur Saugseite und umgekehrt
wird, also die Förderrichtung eine umgekehrte ist.
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In Fig. 9 sind die beiden Einzelexzenter entgegengesetzt um je 27o°
verdreht. Die Volumenänderungskurve zeigt für diese Förderrichtung den Größtwert
R = 4 y - C.
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In Fig. io sind die beiden Einzelexzenter entgegengesetzt um je 33o°
verdreht. Man sieht, daß die Fördermenge der Pumpe wieder abnimmt und so bei einer
weiteren Exzenterdrehung um 36o° wieder der Zustand von Fig.3, also der Wert H =
Null, erreicht wird.
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Bei einer weiteren Verstellung wiederholt sich das Spiel. Von einer
der beiden Nullvorderstellungen ausgehend, hängt der Drehsinn der Verstellung nur
von der gewünschten Förderrichtung, der Verstellwinkel nur von der gewünschten spezifischen
Fördermenge ab.