DE3040445A1

DE3040445A1 - Radial cylinder high pressure pump - has driving eccentric formed by two rings with varying diameter rollers between them

Info

Publication number: DE3040445A1
Application number: DE19803040445
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(Grad.) Schulze; Bohumir 7057 Winnenden Svoboda
Original assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Current assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Priority date: 1980-10-27
Filing date: 1980-10-27
Publication date: 1982-05-06
Also published as: DE3040445C2

Abstract

The pump has a shaft (6) with an eccentric on the end of it. The eccentric causes pistons (9) in radial cylinders (10) to reciprocate. The inner part of the eccentric is a ring (12) attached to or made integrally with the shaft. The outer part is an annular ring (14) the outside surface of which acts on the shoes of the pistons. Rollers (17) between the two rings increases in dia. over one half of the circumference of the rings and decrease over the other half. This gives the required eccentricity with a friction gear effect which reduces the outer ring speed below that of the shaft.

Description

Beschreibung : Description :

Kolbenpumpenantrieb Die Erfindung betrifft einen Kolbenpumpenantrieb, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist. Piston pump drive The invention relates to a piston pump drive, as indicated in the preamble of claim 1.

Bei bekannten Pumpen dieser Art, die beispielsweise für Hochdruckreinigungsgeräte eingesetzt werden, befindet sich am Wellenende der Motorwelle ein exzentrischer Zapfen, auf welchen ein Rollenlager aufgesetzt ist. Auf dem Außenring des Rollenlagers stützen sich der oder die Kolben mit ihrer Stirnseite ab und werden mittels geeigneter Federmittel gegen den Außenring gedrückt. Die Kolbenbewegung wird dabei durch die Exzentrizität des Wellenzapfens bewirkt. Dabei ist die Kolbenfrequenz gleich der Motordrehzahl. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß bei Hochdruckreinigungsgeräten, die beispielsweise mit vierpoligen oder zweipoligen Elektromotoren oder mit Benzinmotoren arbeiten, ein Getriebe vorgesehen werden muß, um die Drehzahl des Motors herabzusetzen und der gewünschten Kolbenfrequenz anzupassen. Außerdem war es bei praktischen Ausführungsformen notwendig, wegen des Exzenterzapfens Motorwellen mit wesentlich größerem Durchmesser zu verwenden.In known pumps of this type, for example for high-pressure cleaning devices are used, there is an eccentric one at the end of the motor shaft Pin on which a roller bearing is placed. On the outer ring of the roller bearing support the piston or pistons with their end face and are by means of suitable Spring means pressed against the outer ring. The piston movement is thereby through the Eccentricity of the shaft journal causes. The piston frequency is the same as that Engine speed. This has the disadvantage that in high-pressure cleaning devices, for example with four-pole or two-pole electric motors or with gasoline engines work, a gear must be provided to reduce the speed of the engine and to adapt to the desired piston frequency. In addition, it was in practical embodiments necessary because of the eccentric pin, motor shafts with a significantly larger diameter to use.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolbenpumpenantrieb derart zu verbessern, daß bei Antriebsmotoren, deren Drehzahl höher ist als die gewünschte Kolbenfrequenz, trotzdem kein zusätzliches Getriebe notwendig ist.The invention is based on the object of a generic piston pump drive to improve so that in drive motors whose speed is higher than the desired piston frequency, despite the fact that no additional gear is necessary.

Diese Aufgabe wird bei einem Kolbenpumpenantrieb der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.In the case of a piston pump drive, this task is described at the outset Type according to the invention by the specified in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantriebes wälzen sich die Wälzkörper sowohl auf der äußeren, konzentrisch zur Motorwelle angeordneten und von dieser verdrehten Abwälzfläche als auch auf der inneren Abwälzfläche des durch die unter Federkraft an der Außenfläche des Stützkörpers anliegenden Kolben an einer Drehung gehinderten Stützkörpers ab. Dadurch bewegen sich die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisenden Wälzkörper in Umfangsrichtung in dem Spalt zwischen äußerer und innerer Abwälzfläche, so daß der Mittelpunkt der inneren Abwälzfläche des Stützkörpers um den Mittelpunkt der äußeren Abwälzfläche wandert. Die dabei erzeugte Bewegung des Stützkörpers enthält eine periodische Verschiebung des Stützkörpers in Kolbenverschieberichtung, so daß die Kolben periodisch verschoben werden.When the piston pump drive according to the invention is operated, they roll around the rolling elements both on the outer, concentric to the motor shaft and from this twisted rolling surface as well as on the inner rolling surface of the by the pistons resting against the outer surface of the support body under spring force from a rotation hindered support body. As a result, they move differently Having diameter rolling elements in the circumferential direction in the gap between outer and inner rolling surface, so that the center of the inner rolling surface of the support body migrates around the center of the outer rolling surface. The movement created in the process the support body contains a periodic displacement of the support body in the piston displacement direction, so that the pistons are shifted periodically.

Dabei hängt die Bewegungsfrequenz des Stützkörpers bei vorgegebener Motordrehzahl von den jeweiligen Abmessungen der inneren Abwälzfläche, der äußeren Abwälzfläche und der dazwischen angeordneten Wälzkörper ab. Durch geeignete Wahl dieser Abmessungen kann das.Ubersetzungsverhältnis verändert werden, d.h. das Verhältnis der Motordrehzahl zur Kolbenfrequenz. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantriebes, der also gleichzeitig die Drehbewegung der Motorwelle in eine Translationsbewegung der Kolben umsetzt und als Untersetzung fungiert.The frequency of movement of the support body depends on a given one Motor speed of the respective dimensions of the inner rolling surface, the outer Abwälzfläche and the rolling elements arranged between them. By appropriate choice these dimensions can be the transmission ratio to be changed, i.e. the ratio of the engine speed to the piston frequency. This is an essential one Advantage of the piston pump drive according to the invention, that is, the rotary movement at the same time the motor shaft converts the piston into a translational movement and as a reduction acts.

Günstig ist es, wenn die Wälzkörper in einem Käfig gelagert sind.It is favorable if the rolling elements are mounted in a cage.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß ein drehfest mit der Welle verbindbarer Ring auf die Welle aufgeschoben ist und daß dessen äußere Umfangsfläche die äußere Abwälzfläche bildet. Es ist dann besonders vorteilhaft, wenn der Ring zusammen mit dem Stützkörper und den Wälzkörpern eine von der Welle lösbare Baueinheit bildet. Dadurch ist es möglich, solche Baueinheiten mit unterschiedlichen Abmessungen der inneren und äußeren Abwälzfläche und der Abwälzkörper gegeneinander auszutauschen, so daß in einfacher Weise das Untersetzungsverhältnis veränderbar ist.In a preferred embodiment it is provided that a rotatably connectable to the shaft ring is pushed onto the shaft and that whose outer circumferential surface forms the outer rolling surface. It is then special advantageous if the ring together with the support body and the rolling elements a forms detachable unit from the shaft. This makes it possible to build such units with different dimensions of the inner and outer rolling surface and the rolling elements exchange against each other, so that in a simple manner the reduction ratio is changeable.

Es kann vorgesehen sein, daß der Stützkörper ein Ring mit einer kreiszylindrischen Außenfläche ist. Bei einer solchen Ausgestaltung liegen die beiden Kolben mit ihren ebenen Stirnflächen linienförmig an der Außenfläche des Stützkörpers an und verhindern durch diese Anlage ein Drehen des Außenringes. Es ist aber möglich, daß zwischen den Kolbenstirnseiten und dem ringförmigen Stützkörper ein Schlupf auftritt, so daß sich der Stützring ein wenig dreht. Dadurch ist eine Anpassung der jeweiligen Kolbenfrequenz an dem Belastungszustand möglich, beispielsweise beim Anfahren der Pumpe.It can be provided that the support body is a ring with a circular cylindrical Outer surface is. In such a configuration, the two pistons lie with their flat end faces linearly on the outer surface of the support body and prevent this system causes the outer ring to rotate. But it is possible that between the piston end faces and the annular support body slip occurs, so that the support ring rotates a little. This is an adaptation of the respective Piston frequency possible at the load condition, for example when starting the Pump.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Außenfläche in dem den oder die Kolben abstützenden Bereich eben ausgebildet ist und senkrecht zur Verschieberichtung des Kolbens verläuft. Bei dieser Ausführungsform verhindern die ebenen Stirnflächen der Kolben ein Verdrehen des Stützkörpers. In another embodiment it is provided that the outer surface in the area supporting the piston or pistons is flat and perpendicular to the direction of displacement of the piston. Prevent in this embodiment the flat end faces of the pistons cause the support body to rotate.

Bei mehreren Kolben liegen vorzugsweise jeweils zwei Kolben auf gegenüberliegenden Seiten des Stützkörpers an dessen Außenfläche an. If there are several pistons, two pistons are preferably located on opposite sides Sides of the support body on its outer surface.

Günstig ist es dabei, wenn einander gegenüberliegende Kolben mittels einer einerseits an einem Kolben und andererseits am anderen Kolben angreifenden Zugfeder gegen den Stützkörper gespannt sind. It is beneficial when opposing pistons by means of one engaging on the one hand on a piston and on the other hand on the other piston Tension spring are tensioned against the support body.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Figur 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantriebs; Figur 2 eine Teilschnittansicht längs Linie 2-2 in Figur 1 und Figur 3 eine Ansicht ähnlich Figur 2 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Kolbenpumpenantriebes. The following description of preferred embodiments of the invention serves for a more detailed explanation in connection with the drawing. They show: figure 1 is a longitudinal sectional view of a piston pump drive according to the invention; Figure 2 a partial sectional view along line 2-2 in Figure 1 and Figure 3 is a view similar Figure 2 of a modified embodiment of a piston pump drive according to the invention.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kolbenpumpenantrieb umfaßt ein Gehäuse 1 mit einem gehäusefesten Stator 2 sowie einen mittels Kugellagern 3 und 4 im Gehäuse drehbar gelagerten Rotor 5, dessen Welle 6 in ein an das Motorgehäuse 1 anschließendes Pumpengehäuse 7 hineinragt. Dieses Pumpengehäuse weist radial von der Welle ausgehende Kolbengehäuse 8 auf, in denen Kolben 9 senkrecht zur Achse. der Welle 6 verschieblich gelagert sind. Die Kolben 9 tauchen abgedichtet in Pumpräume 10 an dem der Welle 6 gegenüberliegenden Ende der Kolbengehäuse 8 ein. Das Pumpengehäuse 7 mit den radial abstehenden Kolbengehäusen 8 kann einstückig mit dem Motorgehäuse 1 ausgebildet sein, lediglich auf der dem Motor abgewandten Seite ist das Kolbengehäuse 8 mittels eines Deckels 11 verschlossen.The piston pump drive shown in Figures 1 and 2 includes a housing 1 with a stator 2 fixed to the housing and a stator 3 by means of ball bearings and 4 rotatably mounted in the housing rotor 5, the shaft 6 of which is connected to the motor housing 1 adjoining pump housing 7 protrudes. This pump housing faces radially from the shaft outgoing piston housing 8, in which piston 9 perpendicular to the axis. the shaft 6 are slidably mounted. The pistons 9 plunge into pump chambers in a sealed manner 10 at the end of the piston housing 8 opposite the shaft 6. The pump housing 7 with the radially protruding piston housings 8 can be made in one piece with the motor housing 1, the piston housing is only on the side facing away from the engine 8 closed by means of a cover 11.

Auf dem zwischen die einander gegenüberliegenden Kolben 9 ragenden Ende der Welle 6 ist drehfest ein Ring 12 aufgesetzt, der eine kreiszylindrische, konzentrisch zur Wellenachse angeordnete äußere Abwälzfläche 13 aufweist. Dieser Ring wird von einem ebenfalls ringförmigen Stützkörper 14 mit einer kreiszylindrischen, inneren Abwälzfläche 15 umgeben, deren Achse parallel zur Achse der äußeren Abwälzfläche 13 verläuft.On the protruding between the opposing pistons 9 At the end of the shaft 6 a ring 12 is rotatably attached, which has a circular cylindrical, Has outer rolling surface 13 arranged concentrically to the shaft axis. This Ring is supported by a likewise ring-shaped support body 14 with a circular cylindrical, surrounding inner rolling surface 15, the axis of which is parallel to the axis of the outer rolling surface 13 runs.

In dem Spalt 16 zwischen äußerer Abwälzfläche 13 und innerer Abwälzfläche 15 sind eine Vielzahl von Wälzkörpern 17 in einem Käfig 18 in festem Abstand zueinander gelagert. Die Wälzkörper 17 weisen unterschiedlichenDurchmesser auf, und zwar in dem Sinne, daß die Durchmesser der.Wälzkörper in Umfangsrichtung des Spaltes 16 über eine Winkelbereich von 1800 kontinuierlich zunehmen, während sie über den sich anschließenden Winkelbereich von 1800 wieder kontinuierlich abnehmen. Die Abmessungen sind dabei so getroffen, daß alle Wälzkörper an der äußeren Abwälzfläche 13 und an der inneren Abwälzfläche 15 anliegen. Dadurch ist die innere Abwälzfläche 15 gegenüber der äußeren Abwälzfläche 13 exzentrisch angeordnet. Die Exzentrizität wird dabei bestimmt durch die Durchmesserunterschiede der Wälzkörper.In the gap 16 between the outer rolling surface 13 and the inner rolling surface 15 are a plurality of rolling elements 17 in a cage 18 at a fixed distance from one another stored. The rolling elements 17 have different diameters in in the sense that the diameter of the rolling elements in the circumferential direction of the gap 16 Increase continuously over an angular range of 1800 while moving over the subsequent Reduce the angular range from 1800 again continuously. The dimensions are included taken so that all rolling elements on the outer rolling surface 13 and on the inner Rolling surface 15 rest. As a result, the inner rolling surface 15 is opposite the outer Rolling surface 13 arranged eccentrically. The eccentricity is determined by the differences in diameter of the rolling elements.

Die beiden Kolben 9 werden mittels einer Zugfeder 19, die über an den Kolben befestigte, seitlich vorstehende Stifte 20 zwischen beiden Kolben gespannt ist , gegen die Außenfläche 21 des Stützkörpers 14 gespannt.The two pistons 9 are by means of a tension spring 19, which is on the piston attached, laterally protruding pins 20 stretched between the two pistons is tensioned against the outer surface 21 of the support body 14.

Im Betrieb des beschriebenen Kolbenantriebes dreht sich die Welle 6, so daß sich die Wälzkörper 17 sowohl auf der äußeren Abwälzfläche 13 als auch auf der inneren Abwälzfläche 15 abwälzen, wobei der Stützkörper 14 durch die an ihm anliegenden Kolben 9 gegen ein Verdrehen weitgehend gesichert ist.When the piston drive described is in operation, the shaft rotates 6, so that the rolling elements 17 both on the outer rolling surface 13 and roll on the inner rolling surface 15, the support body 14 by the piston 9 resting against it is largely secured against rotation.

Je nach den Abmessungen der äußeren Abwälzfläche (Durchmesser des Ringes 12) und inneren Abwälzfläche (Durchmesser dieser Abwälzfläche) sowie der entsprechenden Durchmesser der Wälzkörper ergeben sich unterschiedliche Ubersetzungsverhältnisse, d.h. das Verhältnis Wellendrehzahl zur Kolbenverschiebefrequenz ist verschieden. In jedem Fall ist die Kolbenfrequenz kleiner als die Drehzahl der Motorwelle.Depending on the dimensions of the outer rolling surface (diameter of the Ring 12) and inner rolling surface (diameter of this rolling surface) and the corresponding diameter of the rolling elements result in different transmission ratios, i.e. the ratio of shaft speed to piston displacement frequency is different. In any case, the piston frequency is lower than the speed of the motor shaft.

Wie sich aus der Darstellung der Figur 1 entnehmen läßt, kann die aus Ring 12, Wälzkörpern 17 und Stützkörper 14 bestehende Baueinheit von der Welle 6 abgezogen und gegen eine andere ausgetauscht werden, deren Abmessungen anders gewählt sind, so daß einfach durch den Austausch des exzentrischen Wälzlagers eine Änderung des Untersetzungsverhältnisses möglich ist.As can be seen from the illustration of Figure 1, the from ring 12, rolling elements 17 and support body 14 existing structural unit from the shaft 6 deducted and against a others are exchanged, their dimensions are chosen differently, so that simply by replacing the eccentric roller bearing a change in the reduction ratio is possible.

Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im wesentlichen dadurch von dem oben beschriebenen, daß die Außenfläche 21a des Stützkörpers 14 in dem Bereich, in dem sich ein Kolben 9 an ihr abstützt, eben ausgebildet ist und senkrecht zur Verschieberichtung des Kolbens verläuft.The embodiment shown in Figure 3 differs essentially different from that described above in that the outer surface 21a of the Support body 14 is flat in the area in which a piston 9 is supported on it and is perpendicular to the direction of displacement of the piston.

In dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier jeweils paarweise einander gegenüberliegende Kolben vorgesehen, die mittels die Kolben umgebenden Schraubenfedern 22 gegen die Außenflächen 21a des Stützkörpers gespannt werden. Die ebene und senkrecht zur Verschieberichtung verlaufende Außenfläche 21a führt im Zusammenwirken mit den Stirnflächen der Kolben dazu, daß der Stützkörper gegen Verdrehung gesichert ist.In the embodiment shown in Figure 3, there are four each Pairs of opposing pistons are provided, which by means of surrounding the pistons Coil springs 22 are tensioned against the outer surfaces 21a of the support body. The flat outer surface 21a running perpendicular to the direction of displacement leads in cooperation with the end faces of the piston to the fact that the support body against Rotation is secured.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist es selbstverständlich möglich, die aus Ring, Wälzkörpern und Stützkörpernbestehende Baueinheit gegen eine anders dimensionierte auszutauschen und damit das Untersetzungsverhältnis zu verändern.In this exemplary embodiment, too, it is of course possible the assembly consisting of the ring, rolling elements and support elements against a different one to replace dimensioned ones and thus to change the reduction ratio.

Mit dem erfindungsgemäßen Kolbenpumpenantrieb ist es beispielsweise möglich, mit zweipoligen Motoren, die eine Wellendrehzahl von 3000 U/min haben, zu arbeiten und trotzdem eine Pumpenfrequenz von 1500 U/min zu erreichen. Es ist auch möglich, Pumpen, die für 50-Hz-Betrieb optimiert sind, durch Austausch nur eines Teils, nämlich des exzentrischen Wälzlagers, an den Betrieb mit Strom der Frequenz 60-Hz anzupassen.With the piston pump drive according to the invention it is for example possible with two-pole motors that have a shaft speed of 3000 rpm, to work and still achieve a pump frequency of 1500 rpm. It is Pumps that are optimized for 50 Hz operation are also possible by replacing only of a part, namely the eccentric roller bearing, to operate with electricity Adjust frequency to 60 Hz.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch Auftreten eines Schlupfes zwischen den Wälzkörpern einerseits und der inneren bzw. äußeren Abwälzfläche eine lastabhängige Anpassung des Untersetzungsverhältnisses erfolgen kann. LeerseiteIt is also advantageous that by the occurrence of a slip between the rolling elements on the one hand and the inner or outer rolling surface a load-dependent Adjustment of the reduction ratio can be done. Blank page

Claims

Claims: Piston pump drive, especially for high pressure pumps in high-pressure cleaning devices, with a motor-driven rotating shaft, which by means of an eccentric element can be displaced at least one perpendicular to the shaft axis stored, pressed by an elastic energy storage device against the eccentric element Piston moves reciprocally, which means that the eccentric element one connected to the shaft (6) in a rotationally fixed manner or formed by the shaft (6) itself, circular cylindrical outer rolling surface arranged concentrically to the shaft axis (13), a support body (14) with a circular cylindrical, the outer rolling surface (13) surrounding, inner rolling surface (15) and in the gap (16) between outer and inner rolling surface with a fixed mutual spacing arranged rolling elements (17) includes whose diameter in the circumferential direction of the rolling surfaces over a Increase the angular range of 180 in such a way and over the remaining angular range of 1800 again in such a way that all rolling elements (17) both on the inner rolling surface (15) as well as on the outer rolling surface (11), the two rolling surfaces are arranged eccentrically to one another, and that the piston or pistons (9) by means of of elastic energy store (19; 22) against the outer surface (21; 21a) of the support body (14) is or are pressed.

2. Piston pump drive according to claim 1, characterized in that the rolling elements (17) are mounted in a cage (18).

3. Piston pump drive according to one of claims 1 or 2, characterized characterized in that a non-rotatably nit the shaft (6) connectable ring (12) on the Shaft (6) is pushed and that its outer peripheral surface is the outer rolling surface (13) forms.

4. Piston pump drive according to claim 3, characterized in that the ring (12) together with the support body (14) and the rolling elements (17) one of the shaft (6) forms a detachable unit.

5. Piston pump drive according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the support body (14) is a ring with a circular cylindrical outer surface (21) is.

6. Piston pump drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the outer surface (21a) is flat in the area supporting the piston or pistons (9) is formed and perpendicular to the direction of displacement of the piston (9).

7. Piston pump drive according to one of the preceding claims, characterized characterized in that when there are several pistons (9), two pistons are located on opposite sides Sides of the support body (14) bear against its outer surface (21; 21a).

8. Piston pump drive according to claim 7, characterized in that opposing pistons (9) by means of a one hand on a piston and on the other hand, the tension spring (19) acting on the other piston against the support body are excited.