DE4209690A1 - Kolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Zylinder, in welchem ein Kolben einen in Längsrichtung des Zylinders hin- und hergehenden Hub ausführt und welcher Steuermit­ tel zum Öffnen und Verschließen des Einlasses und Auslas­ ses aufweist.

Eine als Pumpe für eine Munddusche ausgebildete Kolbenma­ schine der vorstehenden Art ist beispielsweise in der DE- A-29 10 982.8 beschrieben. Die Kolbenmaschine hat, wie es bei Kolbenmaschinen üblich ist, ein Einlaßventil und ein Auslaßventil. Diese Ventile werden durch jeweils eine Fe­ der in Schließstellung gehalten und öffnen und schließen durch den wechselnden Druck im Pumpenraum zwangsläufig.

Die Anordnung von Ventilen stellen bei Kolbenmaschinen einen beträchtlichen Kostenfaktor dar und sind häufig Ur­ sache für Störungen beim Arbeiten der Kolbenmaschine. Bei Kolbenpumpen für Mundduschen kommt es zum Beispiel oft­ mals vor, daß die Ventile durch Verschmutzungen hängen­ bleiben und die Kolbenpumpe dadurch funktionsuntüchtig wird. Man hat deshalb auch schon ventillose Kolbenmaschi­ nen entwickelt. Als Beispiel hierfür sei auf die GB-A-2 18 759 verwiesen, welche eine als Flüssigkeitspumpe ausge­ bildete Kolbenpumpe beschreibt, bei der die Trägheit von durch den Kolben bewegten Flüssigkeitssäulen so geschickt genutzt wird, daß weder ein Einlaß- noch ein Auslaßventil erforderlich wird. Diese Pumpe hat einen sehr hohen volu­ metrischen Wirkungsgrad, vermag jedoch keine hohen Drücke zu erzeugen.

Wenn man mit einer Kolbenpumpe einen hohen Druck erzeugen will, dann kann man, was die GB-A-382 430 lehrt, auch auf das Auslaßventil verzichten. Diese Pumpe ohne Auslaßven­ til ist zur Erzeugung des pulsierenden Flüssigkeitsstrah­ les einer Munddusche bestimmt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kolbenma­ schine der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der der Einlaß und Auslaß periodisch geöffnet und geschlossen wird, ohne daß hierzu jeweils ein Ventil im Einlaß und Auslaß erforderlich wird.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuermittel durch Ausnehmungen in der Mantelfläche des Kolbens gebildet sind und daß der Kolben mittels ei­ nes Getriebes zur gleichzeitigen Ausführung einer Drehbe­ wegung um seine Längsachse während seiner Hubbewegung ausgebildet ist.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der Kolbenma­ schine kann man auf übliche Ventile im Einlaß und Auslaß verzichten. Der Einlaß und Auslaß wird dennoch periodisch vollständig abgesperrt oder freigegeben, so daß keine Überströmverluste auftreten. Der Kolben der erfindungsge­ mäßen Kolbenmaschine hat zusätzlich zu seiner Funktion als Kolben die Funktion eines Steuerschiebers. Die erfin­ dungsgemäße Kolbenmaschine hat eine gewisse Ähnlichkeit mit einem Zweitaktmotor mit Schlitzsteuerung, bei dem die Steuerschlitze durch die Oberkante des Kolbens gesteuert werden. Durch die Drehbewegung des Kolbens wird bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zur Schlitzsteuerung beim Zweitakter jedoch erreicht, daß der Einlaß und Aus­ laß niemals gleichzeitig geöffnet sind. Dadurch ist der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine hoch. Wenn sie als Pumpe ausgebildet ist, dann lassen sich mit ihr sehr hohe Drücke erreichen. Da der Kolben durch einen motorischen Antrieb seine den Einlaß und Auslaß steuernde Drehbewe­ gung ausführt, arbeitet die Kolbenmaschine auch mit zu Anbackungen neigenden Flüssigkeiten zuverlässig.

Der Kolben könnte zur Steuerung des Einlasses und Auslas­ ses während seiner Hubbewegung sich um seine Längsachse über einen bestimmten Winkelbetrag hin- und herdrehen. Besonders einfach ist jedoch die Kolbenmaschine gestal­ tet, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung das Getriebe zur Erzeugung einer umlaufenden Drehbewegung des Kolbens ausgebildet ist.

Die Hubbewegung des Kolbens kann von seiner Drehbewegung auf einfache Weise abgeleitet werden, wenn zur Erzeugung der Hubbewegung eine abgewickelt etwa sinusförmig ausge­ bildete Steuernut in der Mantelfläche des Kolbens umläuft und wenn fest im Zylinder ein in die Steuernut eingrei­ fender Nocken vorgesehen ist.

Konstruktiv besonders einfach ist die Kolbenmaschine ge­ staltet, wenn der Kolben auf einer Welle unverdrehbar, jedoch axial verschieblich angeordnet ist.

Die zur Steuerung des Einlasses und Auslasses erforderli­ chen Ausnehmungen in der Mantelfläche des Kolbens können sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Besonders einfach ist der Kolben gestaltet, wenn die Ausnehmungen einen einzigen, sich über weniger als 180° des Kolbenumfangs erstreckenden, den Durchmesser des Kolbens herabsetzen­ den, bis zur oberen Stirnseite des Kolbens reichenden Be­ reich bilden.

Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine kann für sehr unter­ schiedliche Zwecke eingesetzt werden. Eine sich als be­ sonders vorteilhaft erwiesene Anwendung besteht darin, daß es sich bei der Kolbenmaschine um eine Flüssig­ keitspumpe handelt und die Motorwelle von einem Elektro­ motor unter Zwischenschaltung eines Getriebes angetrieben ist. Eine solche Kolbenmaschine eignet sich ganz beson­ ders als Pumpe für eine Munddusche, da sie sehr kosten­ günstig herstellbar ist und wegen des Fehlens von Venti­ len besonders zuverlässig arbeitet.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine als Flüssigkeitspumpe ausgebildete, erfindungsgemäße Kolben­ maschine in der Zeichnung dargestellt und wird nachfol­ gend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Kolbenma­ schine, bei der sich der Kolben in seiner obersten Stellung befindet,

Fig. 2 eine abgewickelte Steuerkurve der Kolbenma­ schine,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit in unterster Stellung befindlichem Kolben.

Die Fig. 1 zeigt einen Zylinder 1, welcher einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 aufweist. Im Inneren des Zylinders 1 befindet sich ein Kolben 4, welcher sich in Fig. 1 in seiner untersten Stellung befindet. Dieser Kolben 4 wird von einem Elektromotor 5 über ein beispielsweise als Pla­ netengetriebe ausgebildetes Getriebe 6 in eine gleichför­ mige Umlaufbewegung um seine Längsachse 7 versetzt.

Ein obererer Bereich der Mantelfläche des Kolbens 4 weist eine Ausnehmung 8 auf, die sich über weniger als 180° auf der Mantelfläche erstreckt, so daß zwei senkrechte Steu­ erkanten 9, 10 entstehen. In Fig. 1 hat der Einlaß 2 über die Aufnehmung 8 noch Verbindung mit einem Zylinder­ raum 11 oberhalb des Kolbens 4. Beim dem der in Fig. 1 gezeigten untersten Stellung des Kolbens 4 folgenden Auf­ wärtshub dreht sich der Kolben 4 entgegen dem Uhrzeiger­ sinn. Dabei fährt die Steuerkante 10 vor den Einlaß 2, so daß dieser während des Aufwärtshubes vom Kolben 4 ver­ sperrt ist. Gleichzeitig mit dem Schließen des Einlasses 2 gelangt die Steuerkante 9 vor den Auslaß 3, so daß die­ ser während des Aufwärtshubes geöffnet bleibt. Die vom Kolben 4 aus dem Zylinderraum 11 verdrängte Flüssigkeit kann deshalb über den Auslaß 3 abfließen.

Die Fig. 1 läßt weiterhin in der Mantelfläche des Kol­ bens 4 unterhalb einer eine Dichtung 14 aufweisenden, um­ laufenden Nut 15 eine umlaufende Steuernut 12 erkennen, in die ein den Zylinder 1 durchdringender, ortsfester Nocken 13 eingreift.

In Fig. 2 ist die Steuernut 12 abgewickelt dargestellt. Man erkennt, daß die Steuernut 12 sinusförmig ausgebildet ist. Bei einem vollen Abwärtshub des Kolbens 4 kommt es infolge der Steuernut 12 zu einer zwangsläufigen Verdre­ hung des Kolbens um 180° und bei einem sich anschließen­ den Aufwärtshub zu einer weiteren Drehung um 180° im gleichen Drehsinn.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß sich der Kolben 4 in sei­ ner dort dargestellten obersten Stellung auf einer vom Elektromotor 5 über das Getriebe 6 angetriebenen Welle 16 nach oben verschoben hat. Die Welle 16 ist, was die Fig. 3 erkennen läßt, mit einem in den Kolben 4 eingreifenden Bereich als Vierkant ausgebildet, damit der Kolben 4 sich relativ zur Welle 16 nur axial verschieben, nicht aber verdrehen kann.

Wenn sich der Kolben 4 aus der in Fig. 3 gezeigten Stel­ lung geringfügig weiterdreht, dann passiert die Steuer­ kante 10 dem Einlaß 2, so daß von dort Flüssigkeit über die Ausnehmung 8 in den sich durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 4 vergrößernden Zylinderraum 11 strömen kann. Der Auslaß 3 ist nach Passieren der Steuerkante 9 so lange verschlossen, bis der Kolben 4 seine unterste Stel­ lung erreicht hat und mit dem Aufwärtshub beginnt.

Bezugszeichenliste

 1 Zylinder
 2 Einlaß
 3 Auslaß
 4 Kolben
 5 Elektromotor
 6 Getriebe
 7 Längsachse
 8 Ausnehmung
 9 Steuerkante
10 Steuerkante
11 Zylinderraum
12 Steuernut
13 Nocken
14 Dichtung
15 Nut
16 Welle

Claims (6)

1. Kolbenmaschine mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Zylinder, in welchem ein Kolben einen in Längsrichtung des Zylinders hin- und hergehenden Hub aus­ führt und welcher Steuermittel zum Öffnen und Verschlie­ ßen des Einlasses und Auslasses aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuermittel durch Ausnehmungen in der Mantelfläche des Kolbens (4) gebildet sind und daß der Kolben (4) mittels eines Getriebes (6) zur gleichzeitigen Ausführung einer Drehbewegung um seine Längsachse (7) während seiner Hubbewegung ausgebildet ist.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Getriebe (6) zur Erzeugung einer umlaufenden Drehbewegung des Kolbens (4) ausgebildet ist.

3. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erzeugung der Hubbewegung eine abgewickelt etwa sinusförmig ausgebildete Steuernut (12) in der Man­ telfläche des Kolbens (4) umläuft, und daß fest im Zylin­ der (1) ein in die Steuernut (12) eingreifender Nocken (13) vorgesehen ist.

4. Kolbenmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) auf einer Welle (16) unverdrehbar, jedoch axial verschieblich angeordnet ist.

5. Kolbenmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (8) in der Mantelfläche des Kolbens (4) einen einzigen, sich über weniger als 180° des Kolbenumfangs erstrecken­ den, den Durchmesser des Kolbens (4) herabsetzenden, bis zur oberen Stirnseite des Kolbens (4) reichenden Bereich bilden.

6. Kolbenmaschine nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Flüssigkeitspumpe handelt und die Welle (16) von einem Elektromotor (5) unter Zwischenschaltung eines Getriebes (6) angetrieben ist.