EP0034641A1

EP0034641A1 - Spherical piston pump

Info

Publication number: EP0034641A1
Application number: EP80100923A
Authority: EP
Inventors: Peter Greiner; Hubert Pflüger
Original assignee: G and P Motoren GmbH
Current assignee: G and P Motoren GmbH
Priority date: 1980-02-23
Filing date: 1980-02-23
Publication date: 1981-09-02

Abstract

In a spherical piston pump, the piston (2), which has the shape of a sector of a sphere and rotates with tumbling movements which vary the space, is articulated on a pin (6), the fixed axis of rotation of which extends obliquely to the driving axis (M) and intersects the latter in the centre point (P) of the spherical shell. To simplify and increase operational reliability, the piston (2) is mounted on the drive shaft (13), which is preferably forked, by means of a joint (15, 16), the axis of which extends parallel to the apex line (5) of the piston (2) and likewise through the centre point (P). The fixed bearing of the pin (6) is preferably arranged on a supporting rod (11) which passes through the drive shaft (13), designed as a tube. A backgear (22) for driving the spherical piston pump is attached to the latter. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelkolbenpumpe mit einem kugelsektorförmigen Kolben, dessen symmetrische Sektorflächen sich in einer Scheitellinie schneiden und der in einer Kugelschale mit raumverändernden Taumelbewegungen umläuft und an einem Exzenterzapfen mit schräg zur Antriebsachse verlaufender Drehachse gelagert ist, welche die Achse der Antriebswelle im Mittelpunkt der Kugelschale schneidet. Der Scheitel des Kugelkolbens ist mit einer Dichtleiste versehen, die sich am Abschlußdeckel der Kugelschale abwälzt und als Dichtgrenze zwi-, schen den Arbeitsräumen wirkt.The invention relates to a spherical piston pump with a spherical sector-shaped piston, the symmetrical sector surfaces intersect in a crest line and which rotates in a spherical shell with space-changing wobble movements and is mounted on an eccentric pin with an axis of rotation extending obliquely to the drive axis, which intersects the axis of the drive shaft at the center of the spherical shell . The apex of the spherical piston is provided with a sealing strip, which rolls on the end cover of the spherical shell and acts as a sealing boundary between the work rooms.

Bei derartigen Verdrängungssystemen, wie sie z. B. in DE-A-2 161 572 und DE-A-2 514 945 gezeigt sind, wird der Kolben über ein Kegelradgetriebe angetrieben, das aus einem mit dem Kolben konzentrisch zu einer Achse verbundenen, drehenden Hohlrad und mit einem diesem kämmenden koaxial zur Antriebswelle angeordneten fest-' stehenden Ritzel besteht, wobei die Mittelachsen von Hohlrad und Ritzel einen spitzen Winkel miteinander bilden, dessen Schnittpunkt im Mittelpunkt der Kugelschale liegt. Diese Antriebselemente erfordern als Präzisionsteile einen hohen Fertigungs- und Wartungsaufwand, wobei das Kegelradgetriebe als verschleißgefährdeter Bauteil besonderer Kühl- und Schmiermaßnahmen bedarf, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.Außerdem wirken sich die Flieh- und Trägheitskräfte bei den großen drehenden und schwingenden Massen des Kolbens mit Hohlrad und dessen Lager entsprechend nachteilig aus. Schließlich ist eine ständige Dichtwirkung der Dichtleiste bei der bekannten Antriebsart nicht gesichert, da die Dichtleiste nicht bei allen Bewegungszuständen des Kolbens in ihrer ganzen Länge an der Fläche des Abschlußdeckels anliegt, was eine Verringerung der Pumpleistung bewirken kann.In such displacement systems, as z. B. are shown in DE-A-2 161 572 and DE-A-2 514 945 the piston is driven by a bevel gear, which consists of a rotating ring gear connected to the piston concentrically to an axis and with a fixed pinion which meshes with it and coaxial with the drive shaft, the center axes of the ring gear and pinion forming an acute angle with one another, whose intersection lies in the center of the spherical shell. These drive elements, as precision parts, require a high level of manufacturing and maintenance work, and the bevel gear as a wear-prone component requires special cooling and lubrication measures in order to guarantee trouble-free operation Ring gear and its bearing accordingly disadvantageous. Finally, a permanent sealing effect of the sealing strip is not ensured in the known type of drive, since the sealing strip does not abut the entire length of the end cover in all movement states of the piston, which can result in a reduction in the pump output.

Durch die Erfindung sollen die bekannten Kugelkolbenpumpen der behandelten Art so verbessert werden, daß die genannten Mängel beseitigt sind. Insbesondere wird eine gegenüber bisher vereinfachte, leichtere Bauweise mit weniger Wartungsbedarf und größerer Betriebssicherheit sowie eine exakte ebene Führung der Dichtleiste angestrebt.The invention is intended to improve the known ball piston pumps of the type dealt with in such a way that the deficiencies mentioned are eliminated. In particular, a Compared to the previously simplified, lighter design with less need for maintenance and greater operational safety as well as an exact level guidance of the sealing strip.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Kolbenbewegung kreuzgelenkartig angeordnete Mittel vorgesehen sind, wobei der Exzenterzapfen in einem ortsfesten Lager geführt und mit dem Kolben über ein Gelenk verbunden ist, dessen Achse rechtwinklig zur Scheitellinie des Kolbens durch den Kugelschalenmittelpunkt verläuft, und wobei der Kolben außerdem an der Antriebswelle gelenkig so gelagert ist, daß die Gelenkachse ebenfalls durch den Kugelschalenmittelpunkt, jedoch parallel zur Scheitellinie des Kolbens verläuft.This is achieved according to the invention in that means arranged for universal joint movement are provided, the eccentric pin being guided in a fixed bearing and being connected to the piston via a joint whose axis is perpendicular to the apex line of the piston through the center of the spherical shell, and wherein the Piston is also articulated on the drive shaft so that the hinge axis also runs through the center of the spherical shell, but parallel to the apex line of the piston.

Bei dieser Anordnung werden die angestrebten Kolbenbewegungen ohne das bisherige Kegelradgetriebe erreicht, so daß die Fertigung und Montage vereinfacht und das Betriebsverhalten der Mittel für den Kolbenantrieb verbessert ist, was sich insbesondere in einer Verringerung des Wartungsbedarfs und des Verschleisses vorteilhaft auswirkt. Außerdem sind die umlaufenden bzw. schwingenden Massen verkleinert, wodurch sich weitere konstruktive und funktionelle Vorteile ergeben. Ferner ist durch die Kinematik des Kreuzgelenkes erreicht, daß die Bewegungen der Dichtleiste im Kolbenscheitel in einer exakten Ebene ablaufen, so daß die Dichtwirkung voll gewährleistet ist.In this arrangement, the desired piston movements are achieved without the previous bevel gear, so that the manufacture and assembly are simplified and the operating behavior of the means for the piston drive is improved, which has a particularly advantageous effect in reducing the need for maintenance and wear. In addition, the rotating or vibrating masses are reduced, which results in further constructive and functional advantages. Furthermore is by the kinematics of the universal joint ensures that the movements of the sealing strip in the crown of the piston run in an exact plane, so that the sealing effect is fully guaranteed.

Ferner ist nach der Erfindung das im Kolben angeordnete Lager des Exzenterzapfens an einem Tragstab angebracht, der durch die hohle zentrale Antriebswelle des Kolbens hindurchgeführt und an einem ortsfesten Bauteil, vorzugsweise an einem Gehäuseteil, befestigt ist. Dabei wäre es z. B. bei der unmittelbaren Anflanschung eines Elektromotors an das Pumpengehäuse möglich, den Tragstab am Motorgehäuse zu befestigen. Diese Ausführung würde jedoch voraussetzen, daß nur ein Motor mit hohler Rotorwelle und entsprechend präpariertem Gehäusedeckel verwendet werden könnte.Furthermore, according to the invention, the bearing of the eccentric pin arranged in the piston is attached to a support rod which is guided through the hollow central drive shaft of the piston and is fastened to a stationary component, preferably to a housing part. It would be z. B. with the direct flange mounting of an electric motor to the pump housing possible to attach the support rod to the motor housing. However, this version would require that only a motor with a hollow rotor shaft and a correspondingly prepared housing cover could be used.

Die Erfindung bevorzugt daher eine Ausführung, bei welcher dem Kolbenantrieb ein Zahnradvorgelege vorgeschaltet ist, an dessen Gehäuse der Tragstab befestigt ist. Dadurch kann jeder handelsübliche Motor als Antrieb angeschlossen werden. Außerdem besteht eine größere Freizügigkeit in der Wahl der Daten der Antriebsleistung.The invention therefore prefers an embodiment in which a gear train is connected upstream of the piston drive, on the housing of which the supporting rod is fastened. This means that any commercially available motor can be connected as a drive. In addition, there is greater freedom of movement in the choice of the data of the drive power.

An sich würde für die erfindungsgemäße Kolbenanlenkung an der Antriebswelle ein einziges, entsprechend ausgebildetes, Gelenk genügen. Aus Gründen einer guten Auswuchtung und besseren Lastverteilung bevorzugt die Er-. findung jedoch eine Bauweise, bei welcher die zentrale Antriebswelle im hohlen Kugelkolben axialsymmetrisch gegabelt ist, wobei jeder Gabelarm mit einem Lager für die Kolbenanlenkung versehen ist. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kugelkolbenpumpe mit Vorgelege und
Fig. 2 einen Querschnitt.

In itself would be for the piston linkage according to the invention on the drive shaft, a single, appropriately trained joint is sufficient. For reasons of good balancing and better load distribution, the Er-. however, a construction in which the central drive shaft is forked axially symmetrically in the hollow spherical piston, each fork arm being provided with a bearing for the piston linkage. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. It shows:

Fig. 1 shows a longitudinal section through the ball piston pump with gear and
Fig. 2 shows a cross section.

In der Halbkugelschale 1 ist der kugelsektorförmige Kolben 2 um eine Antriebsachse M drehbar geführt. Die Kugelschale ist durch einen innen ebenen Deckel 3 abgeschlossen, an welchem sich eine am Kolbenscheitel 5 angebrachte Dichtleiste 4 als Dichtgrenze abwälzt. Ein Exzenterzapfen 6 ist mit einer Nabe 7 versehen, welche auf einem Lagerbolzen 8 befestigt ist, der in Lagern 12 (Fig. 2) im Kolbenkopf 9 so gelagert ist, daß seine rechtwinklig zum Kolbenscheitel 5 verlaufende Achse die Antriebsachse M im Kugelschalenmittelpunkt P schneidet. Der Exzenterzapfen 6 ist in einem Zapfenlager 10 drehbar gelagert, welches von einem Tragstab 11 ortsfest gehalten wird.In the hemispherical shell 1, the spherical sector-shaped piston 2 is rotatably guided about a drive axis M. The spherical shell is closed off by an internally flat cover 3, on which a sealing strip 4 attached to the piston crown 5 rolls as a sealing limit. An eccentric pin 6 is provided with a hub 7 which is fastened to a bearing pin 8 which is mounted in bearings 12 (FIG. 2) in the piston head 9 in such a way that its axis perpendicular to the piston crown 5 intersects the drive axis M at the center of the spherical shell P. The eccentric pin 6 is rotatably mounted in a pin bearing 10, which is held stationary by a support rod 11.

Der Antrieb des Kolbens 2 erfolgt über die Antriebswelle 13, welche im Kolben axialsymmetrisch gegabelt ist. Jeder Gabelarm 14 trägt einen Gelenkbolzen 15, der in einem Lager 16 sitzt, das in ein Lagerauge 17 des Kolbens eingesetzt ist. Die Achse der Lager 16 verläuft ebenfalls durch P, jedoch parallel zum Kolbenscheitel 5.The piston 2 is driven via the drive shaft 13, which is forked axially symmetrically in the piston. Each fork arm 14 carries a hinge pin 15 which is seated in a bearing 16 which is inserted into a bearing eye 17 of the piston. The axis of the bearing 16 runs also through P, but parallel to the crown of the piston 5.

Die in Fig. 2 sichtbaren, von den Kolbensektorflächen 2a und der Kugelschale begrenzten Arbeitsräume 18 und 19 werden durch die Dichtleiste 4 und weitere Dichtmittel 20, 21 gegenseitig und nach außen abgedichtet.The working spaces 18 and 19 which are visible in FIG. 2 and delimited by the piston sector surfaces 2a and the spherical shell are mutually and externally sealed by the sealing strip 4 and further sealing means 20, 21.

Der Antrieb des Kolbens erfolgt aus den eingangs erwähnten Gründen über ein Zahnradvorgelege 22 mit den Zahnrädern 23, 24, wobei der Motor an die Nebenwelle 25 anschließbar ist. Der Tragstab 11 für das Zapfenlager 10 ist durch die hohle Antriebswelle 13 hindurchgeführt und am Gehäusedeckel 26, z. B. durch eine Keilverbindung 27, festgelegt.For the reasons mentioned at the outset, the piston is driven via a gear train 22 with the gear wheels 23, 24, the motor being connectable to the auxiliary shaft 25. The support rod 11 for the journal bearing 10 is passed through the hollow drive shaft 13 and on the housing cover 26, for. B. fixed by a wedge connection 27.

Auf der Antriebswelle 13 kann zum Massenausgleich ein Auswuchtkörper 28 vorgesehen werden.A balancing body 28 can be provided on the drive shaft 13 for mass compensation.

Die angestrebte Pumpwirkung wird durch periodisch erzwungene Veränderungen des Volumens der Arbeitsräume 18 und 19 (Fig. '2) erreicht, wobei der Kolben Taumelbewegungen ausführt. Dabei schwenkt er zwischen der in Fig. 2 gezeigten Mittellage und den Totpunktlagen (eine ist strichpunktiert eingezeichnet) nach beiden Seiten um die Gelenkbolzen 15 und dreht sich gleichzeitig um die Antriebsachse M. Bei einer Drehung der Antriebswelle um 360° ergeben sich zwei Arbeitshübe, die wechselweise in den Räumen 18 und 19 ablaufen,The desired pumping effect is achieved by periodically forced changes in the volume of the working spaces 18 and 19 (FIG. 2), the piston performing wobbling movements. He pivots between the center position shown in Fig. 2 and the dead center positions (one is shown in dash-dotted lines) on both sides around the hinge pin 15 and at the same time rotates around the drive axis M. When the drive shaft is rotated through 360 °, there are two working strokes which take place alternately in rooms 18 and 19,

Gleichzeitig ist auch erreicht, daß der Kolbenscheitel 5 und mit ihm die Dichtleiste 4 in einer zur Antriebsachse M rechtwinklig liegenden Ebene umlaufen, wobei die Dichtleiste sich entsprechend den Kolbenbewegungen an der Innenfläche des ebenen Deckels 1 abwälzt und die angestrebte Dichtwirkung gewährleistet.At the same time it is also achieved that the piston crown 5 and with it the sealing strip 4 revolve in a plane lying at right angles to the drive axis M, the sealing strip rolling along the inner surface of the flat cover 1 in accordance with the piston movements and ensuring the desired sealing effect.

Die Steuerung des Fördermediums, z. B. eines Gases, erfolgt durch den Kolben, wobei die Steueröffnungen in bekannter Weise in unmittelbarer Nähe der Totpunktzonen angeordnet sind.The control of the medium, e.g. B. a gas, takes place through the piston, the control openings being arranged in a known manner in the immediate vicinity of the dead center zones.

Claims

1. Ball piston pump with a spherical sector-shaped piston, whose symmetrical sector surfaces intersect in an apex line and that in a spherical. rotates shell with space-changing wobble movements and is mounted on an eccentric pin with an axis of rotation extending obliquely to the drive axis, which intersects the axis of the drive shaft in the center of the spherical shell,
characterized,
that means are provided for universal movement in the manner of a universal joint, the eccentric pin (6) being guided in a fixed bearing (10) and connected to the piston (2) via a joint (7, 8), the axis of which is perpendicular to the apex line (5) of the Piston runs through the center of the spherical shell (P), and the piston is also articulated on the drive shaft (13) so that the hinge axis of the bearing pin (15) also runs through the center of the spherical shell, but parallel to the apex line of the piston.

2. ball piston pump according to claim 1,
characterized,
that the arranged in the piston bearing (10) of the eccentric pin (6) is attached to a support rod (11) which passes through the hollow central drive shaft (13) of the piston and is attached to a stationary component, preferably on a housing (26) .

3. ball piston pump according to the preceding claims,
characterized,
that the piston drive is preceded by a gear train (23, 24), on the housing of which the support rod (11) is attached.

4. ball piston pump according to the preceding claims,
characterized,
that the central drive shaft (13) is forked axially symmetrically in the hollow spherical piston (2), and that each fork arm (14) is provided with a bearing (16) for the piston linkage.