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Umlaufende Maschine, insbesondere Pumpe mit einer Anzahl in einem
umlaufenden Zylinderblock angeordneter Kolben Die Erfindung bezieht sich auf insbesondere
als Pumpen, jedoch auch als Gebläse, Kraftmaschinen, Meßvorrichtungen u. dgl. verwendbare
umlaufende Maschinen, bei welchen eine Anzahl in einem umlaufenden Zylinderblock
angeordneter Kolben mittels eines Kugeldrucklagers gegen eine schräge Fläche anliegen
und mit dieser durch eine zwischen den Kolben gelagerte und parallel zu der schrägen
Fläche umlaufende Gegendruckplatte o. dgl., die sich von ihrem Drehpunkt radial
zu den einzelnen Kolben erstreckt, ständig in Eingriff gehalten werden. Der Zweck
der Erfindung ist, die bisher bekannten umlaufenden Maschinen dieser Art in ihrer
Bauart, insbesondere mit Rücksicht auf eine Massenherstellung, zu vereinfachen und
zu verbessern und ihre Wirksamkeit zu erhöhen. Dies wird gemäß der Erfindung in
der Hauptsache dadurch erreicht, daß die den Kolben zugekehrte Lauffläche des Kugeldrucklagers
in an sich bekannter `Veise eben ausgeführt ist und die Kolben sowohl mit dieser
Fläche des Drucklagers als auch mit der Gegendruckplatte o. dgl. durch vorzugsweise'
lose gelagerte Kugeln in punktförmiger Berührung stehen. Es ist zwar bei umlaufenden
Maschinen ähnlicher Bauart bereits bekannt, durch Anordnung lose gelagerter Kugeln
zwischen den Kolbenenden und der ebenen Gegendruckfläche der Taumelscheibe eine
Punktberührung zwischen diesen Teilen zu schaffen. Neu und Gegenstand der Erfindung
ist jedoch, die Kolbenenden sowohl mit der ebenen Fläche des Drucklagers als auch
mit der Gegendruckplatte in Punktberührung zu bringen, wodurch der Vorteil erzielt
wird, daß die Reibung zwischen diesen Teilen auf ein Mindestmaß herabgesetzt und
die Herstellung vereinfacht und verbilligt wird, da die Flächen, an denen die Kolben
mit der schrägen Platte in Berührung stehen, nicht besonders genau bearbeitet zu
werden brauchen.
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Da sich die Zylinder- und die Lauffläche des Kugeldrucklagers der
feststehenden schrägen Platte gegenüber drehen oder bei umgekehrter Anordnung die
umlaufende schräge Platte sich gegenüber den feststehenden Zylindern dreht, kann
der Fall eintreten, daß an der Lauffläche des Drucklagers an den Berührungsstellen
mit den Kolben elliptische Einkerbungen entstehen. Um die zur Entstehung dieser
Einkerbungen führende Reibung soweit wie möglich herabzusetzen, wird das zwischen
den Kolben und der schrägen Platte befindliche Kugellager zweckmäßig in besonderer
Weise ausgeführt, und zwar besteht es erfindungsgemäß aus einem an der Lauffläche
des Drucklagers angeordneten Wälzkörper, dessen der Kugellauffläche zugekehrte Oberfläche
konzentrisch zu der Kugellauffläche gewölbt ist und mit ihr durch zwischen den beiden
Flächen angeordnete Kugeln in Eingriff
steht, während die entgegengesetzte
Oberfläche des Wälzkörpers und die mit dieser in Berührung stehende Kolbenfläche
bzw. Lauffläche des Drucklagers so ausgebildet sind, daß sie sich bei ihrer gegenseitigen
Bewegung aufeinander abwälzen.
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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen zwei beispielsweise Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes, und zwar ist Abb. i ein Längsschnitt durch eine insbesondere
als Luftverdichter verwendbare umlaufende Maschine und Abb. 2 ein Längsschnitt durch
eine kleinere und leichter ausgeführte, die insbesondere zur Verwendung als Flüssigkeitspumpe
geeignet ist.
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Abb. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des an den Kolbenenden vorgesehenen
Kugellagers, und Abb.-4 ist eine Ansicht des Ventilkörpeis der in Abb. 2 dargestellten
Maschine.
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Bei der in Abb. i dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
i ein feststehender Ventilkörper, in welchem eine Welle 2 in Kugellagern 3, 4. gelagert
ist. Auf der Welle 2 ist ein im ,Querschnitt kreisförmiger trommelartiger Zylinderblock
5 befestigt, welcher sechs von dem einen Ende ausgebohrte Zylinderbohrungen 6 aufweist,
die in gleichen Abständen konzentrisch zu der Achse der Welle 2 liegen. In jedem
Zylinder 6 gleitet ein Kolben 7, welcher beispielsweise durch Anordnung von Öffnungen
8 möglichst leicht ausgeführt ist. Die Kolben 7 sind mit Ringnuten g versehen, um
Verluste durch Übertritt von Luft zu vermeiden. Gegebenenfalls können auch Kolbenringe
vorgesehen werden. Die auf die Kolben 7 einwirkende schräge Platte wird durch einen
an einer schrägen feststehenden Endplatte ii befestigten Kugellagerring io gebildet.
Die Platte ii ist an ihren vier Ecken mit Stehbolzen 1a verschraubt, welche an dem
Ventilkörper i befestigt sind. Die Übertragung des Druckes von der schrägen Platte
auf die Kolben 7 erfolgt durch ein Kugeldrucklager, welches durch den Kugelkäfig
mit den Kugeln 13 und dem dagegen anliegenden Laufring 14 gebildet wird. Jeder Kolben
7 ist an dem der schrägen Platte zugekehrten Ende mit einem mittleren halbkugelförmigen
Ansatz 15 versehen, welcher mit Punktberührung gegen die ebene Lauffläche des Laufringes
14 anliegt. Die Kolben 7 werden gegen die schräge Platte durch eine speichenradartige
Gegendruekplatte 16 gehalten, welche an dem inneren Ende der mittleren Welle 2 beweglich
gelagert ist und unter der Einwirkung einer Feder 17 steht, die auf die Gegendruckplatte
16 einen Druck in Richtung auf die schräge Platte ausübt. Die Gegendruckplatte 16
ist in ihrer Mitte auf einem kugelförmigen Drehzapfen 18 gelagert. Ihre Arme erstrecken
sich durch in den Kolbenwandungen vorgesehene Schlitze in das Innere der Kolben,
und ihre äußeren Enden stehen mit kugelförmigen Drehzapfen in Eingriff, die in den
Kolben in der Nähe der Kolbenenden konzentrisch zu den Ansätzen 15 angeordnet sind.
Das innere Ende der Feder 17 liegt gegen das Ende der Welle 2 an.
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Die Bemessung und Anordnung der beschriebenen Teile ist so getroffen,
daß der Schnittpunkt der Drehachse des Laufringes 14 mit der Drehachse der Welle
2 in der Ebene der mit den Kolbenenden in Eingriff stehenden Oberfläche des Laufringes
14 liegt und ferner die Eingriffspunkte zwischen den äußeren Enden der Arme des
Teils 16 mit dem in dem Innern der Kolben 7 befestigten Drehzapfen sämtlich in einer
Ebene liegen, welche zu der Ebene des Laufringes 14 parallel liegt und den Mittelpunkt
des kugelförmigen. Drehzapfens 18 enthält.
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Der Ventilkörper i weist eine bearbeitete Ventilfläche ig auf, welche
mit einer entsprechenden bearbeiteten Ventilfläche 2o an dem anstoßenden Ende des
Zylinder-: Blocks 5 zusammenwirkt. Von jedem der sechs Zylinder 6 führt eine mittlere
Öffnung 21 zu den Ventilflächen. Der Ventilkörper i ist mit Einlaß- und Auslaßöffnungen
22 bzw. 23 versehen, die in die Ventilfläche ig einmünden. Die Einlaßöffnung 22
erstreckt sich bogenförmig über die Ventilfläche, und zwar liegt ihre Mittellinie
auf einem Kreisbogen, der mit der Mittellinie der von den Öffnungen 2i beschriebenen
Bahn zusammenfällt. Die in den Zylindern 6 befindlichen Kolben 7 werden bei ihrem
Umlauf mit dem Zylinderblock 5 der schrägen Platte gegenüber hin Und her bewegt.
Bei ihrer Bewegung nach außen wird das Arbeitsmittel durch die Einlaßöffnung 2z
angesaugt und bei ihrer Bewegung nach innen die angesaugte Flüssigkeit durch die
Auslaßöffnung 23 ausgeschoben.
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Bei der in Abb. z dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
die Maschine im wesentlichen nach denselben Grundsätzen ausgebildet wie der vorstehend
beschriebene Luftverdichter, nur ist sie wesentlich leichter ausgeführt. Auch bei
dieser Maschine ist ein Ventilkörper 30, eine mittlere Welle 31 und ein umlaufender
Zylinderblock 32 vorgesehen. Der Zylinderblock 32 ist im vorliegenden Falle mit
vier Zylinderbohrungen 33 versehen, in welchen Kolben 34. gleiten. Die Kolben 34.
werden auch hier durch eine unter der Einwirkung einer Feder stehende Gegendruckplatte
36 unter Einschaltung eines durch einen Laufring 38 und Kugeln 37 gebildeten Kugeldrucklagers
gegen eine durch den feststehenden Kugellagerring 35 gebildete schräge Platte gehalten.
Die Welle 31 ist in Kugellagern 39, 40 gelagert. Der innere Lagerring 7o
des Lagers 39 ist auf der Welle 31 verschiebbar angeordnet, und neben dem
Lagerring 7o ist ein auf der Welle 31 befestigter Ring
71 vorgesehen,
durch welchen vier Stellschrauben 72 hindurchgeschraubt sind, die eine genaue Einstellung
des Zylinderblocks gegenüber dem Ventilkörper gestatten. Zwischen den Lagern
39 und 40 ist eine Abstandhülse 74 angeordnet.
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Der umlaufende Zylinderblock 32 mit dem Kolben 34 wird von einem aus
einem Stück bestehenden Blechgehäuse 44 umschlossen, dessen Vorderseite der schrägen
Platte entsprechend schräg ausgebildet ist.
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Der Ventilkörper besteht aus einer runden Platte aus gehärtetem Stahl,
welche segmentförmige Einlaß- und Auslaßöffnungen 48 bzw. 49 aufweist (Abb. 4).
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Die Kolben 34 sind besonders leicht und einfach ausgeführt und bestehen
im wesentlichen aus einem an,dem Druckende des Kolbens geschlossenen Rohr, an dessen
entgegengesetztem Ende ein beiderseits mit einem Kopf versehener Stift 24 angeordnet
ist. Das letzterwähnte Ende des den Kolben bildenden Rohres ist mit einem Ausschnitt
25 versehen, und der neben diesem Ausschnitt liegende Teil der Rohrwandung ist um
den mittleren Teil des Stiftes 24 herumgebogen, so daß dieser in einer zu dem Rohr
koaxialen Lage festgehalten wird.
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An den äußeren Enden der Zylinder 33 sind in dem Zylinderblock 32
Stopfbuchsen 75 angeordnet.
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In Abb. 3 ist eine verbesserte Ausführung des mit der schrägen Platte
in Eingriff stehenden Kolbenendes dargestellt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß
bei der in Abb. x dargestellten Anordnung eines halbkugelförmigen Ansatzes an der
Berührungsstelle dieses Ansatzes mit der Oberfläche des Laufringes 14 infolge der
Reibung eine kleine elliptische Aussparung entsteht, so daß insbesondere bei großen
Umlaufgeschwindigkeiten und hohen Drücken Reibungsverluste entstehen.
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Die in Abb. 3 dargestellte Anordnung hat nun den Zweck, diese Reibungsverluste
zu verringern. Zu diesem Zweck ist an dem Kolbenende ein Kugellager vorgesehen,
welches aus einer Kugel 5o besteht, die gegen einen Kugelring 52 anliegt, welcher
sich auf einer nach innen gewölbten Lauffläche frei bewegen kann, so daß er sich
in Abhängigkeit von der Druckrichtung des von der schrägen Platte auf den Kolben
übertragenen Druckes beliebig einstellen kann. Die Lauffläche 51 ist an einem Stutzen
53 vorgesehen, der in das Ende des Kolbens 7 eingeschraubt ist und mit einem die
Lauffläche 51 überdeckenden Deckel 54 versehen ist. Die Arme der Gegendruckplatte
16 stehen im Innern des Kolbens durch eine Kugel 55 mit dem Kolbenende in Berührung.
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An dem dargestellten Ausführungsbeispiel können natürlich in baulicher
Hinsicht im Rahmen der Erfindung verschiedenartige Änderungen vorgenommen werden.
Beispielsweise kann die Gegendruckplatte o. dgl., durch welche die Kolben gegen
die schräge Platte gehalten werden, anstatt nachgiebig gelagert zu sein, mittels
einer geeigneten Einstellvorrichtung in ihrer Lage gegenüber der schrägen Platte
fest eingestellt werden. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Gegendruckplatte
o. dgl. an dem Ende einer in die Antriebswelle eingeschraubten Einstellschraube
befestigt wird, so daß der auf die Gegendruckplatte o. dgl. ausgeübte Druck auf
die Welle übertragen wird. Die den Zylinderblock tragende Antriebswelle kann gegebenenfalls
mit einer einstellbaren Lagerung oder mit einem einstellbaren Anschlag versehen
werden, durch welchen ein Abheben des Zylinderblocks von dem Ventilkörper verhindert
wird. Bei einer derartigen Anordnung wird die Gegendruckplatte o. dgl. vorzugsweise
nachgiebig an der Antriebswelle oder an dem Zylinderblock gelagert, so daß sie sich
der schrägen Platte gegenüber einstellen kann. Man kann natürlich auch die Gegendruckplatte
o. dgl. fest mit der Welle oder dem Zylinderblock verbinden, jedoch muß man hier
den Nachteil in Kauf nehmen, daß bei Änderung der Lage des Zylinderblocks gegenüber
dem Ventilkörper auch die Lage der Kolben gegenüber der schrägen Platte zwangläufig
geändert wird. Die Druckkräfte, durch welche der Zylinderblock gegen den Ventilkörper
oder Verteiler gehalten wird, können gegebenenfalls durch in entgegengesetzter Richtung
auf die dem Ventilkörper oder Verteiler zugekehrten Flächen des Zylinderblocks wirkende
Gegendrücke ausgeglichen werden. Zur Erzeugung dieser Gegendrücke kann das in den
Druckstutzen der Maschine geförderte verdichtete Arbeitsmittel verwendet werden,
und man kann zu diesem Zweck in dem Ventilkörper oder Verteiler einen Kanal vorsehen,
welcher den Auslaßkanal mit einer mittleren Druckkammer verbindet, welcher einerseits
durch eine an der die Ventilfläche aufweisenden Seite des Ventilkörpers vorgesehenen
Aussparung und andererseits durch den mittleren Teil der die Ventilfläche enthaltenden
Stirnseite des Zylinderblocks begrenzt wird.